串联动力蓄电池均衡充电技术的研究

摘要

电动汽车具有低噪声、几乎零排放的优点,是解决能源、环保等问题的重要途径。动力蓄电池是电动汽车的重要组成部分,在很大程度上决定了电动汽车的性能。电动汽车的大功率要求需要多节单体动力电池串联成电池组,并将其作为一个整体进行充电。由于电池问的差异,充电过程中导致各单体电池充电状态不一致,结果使电池组的使用寿命大大缩短。因而研究一种有效的均衡充电方法,弥补电池在使用过程中性能的不一致性,最大限度发挥动力蓄电池的效用,具有十分重要的意义。由于动力锂离子电池具有高功率密度,高单体电压的特性,受到电动汽车的青睐。为此,本文针对串联动力锂离子电池展开理论与实验研究,但所涉及的方法同样适用于其它动力蓄电池,主要研究内容如下:
　　 (1)分析了动力蓄电池特性及电池组不一致性原因,对均衡充电方法作了深入研究。电池组中各单体电池即使初始性能相同,频繁的充放电循环仍不可避免地造成各单体电池不一致,必须采用均衡措施。在对现有均衡电路结构及均衡控制方法进行详细分析的基础上,得出基于变换器电路结构的均衡充电技术具有调制灵活、控制高效的特性,是较优越的均衡电路拓扑结构。
　　 (2)通过深入研究均衡电路及控制方法,提出了一种基于储能电感对称分布的新型均衡充电电路。详细分析了均衡电路的工作原理及均衡工作过程,并根据蓄电池充电态动态模型建立的端电压与电池荷电状态之间关系,解决了均衡电路开关器件脉冲占空比计算问题,实现电池能量的动态转移,弥补电池组的不一致性,使各单体电池荷电状态在充电过程中实现均衡。
　　 (3)对该均衡充电系统进行了实验设计研究。主要以TI的DSP为控制核心,设计实现了电池组充电电路、保护电路、均衡模块驱动电路、参数检测电路等,实验验证该均衡充电方法达到良好效果。