串联电池组双向全桥SOC均衡控制系统设计_孙金磊

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基于电池模组重构的均衡充电控制方法

基于电池模组重构的均衡充电控制方法

基于电池模组重构的均衡充电控制方法
孙金磊;邹鑫;崔凯;朱金大
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2022(46)9
【摘要】锂离子电池以高功率密度、高能量密度和低自放电等优势被广泛应用于消费电子和储能等领域。

电池在制造和使用过程中的环境差异导致了电池组单体电量不均衡,严重影响电池成组后的整体可充入电量。

针对电池组由于电量不均衡而无法实现满充的实际问题,针对7节电池串联构成的电池组,提出了电池重构系统和状态监测系统,实现任意电池单体串联组合,并在此基础上以荷电状态(SOC)为判据进行聚类分组,根据电量整体从低到高的顺序进行梯级充电,最终实现电量不均衡电池组整体同步充满。

实验结果表明,该方法与无重构系统的充电方式相比,电池组可用容量提升达55.9%。

【总页数】4页(P1005-1008)
【作者】孙金磊;邹鑫;崔凯;朱金大
【作者单位】国网电力科学研究院有限公司(南瑞集团有限公司)
【正文语种】中文
【中图分类】TM912
【相关文献】
1.基于模糊控制的动力电池组均衡充电控制策略研究
2.改进锂离子电池主动均衡充电控制方法
3.充电模式下动力电池组分布式主动均衡控制方法
4.充电模式下锂离子电池组主动均衡控制方法研究
5.基于可重构电路的锂电池组充电均衡研究
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一种电动汽车串联电池组主动均衡器的设计和实现

一种电动汽车串联电池组主动均衡器的设计和实现

的 问题 ,结 合 开 关 电源 和 同 步整 流 技术 提 出一种 电池均 衡 拓 扑和 方法。 根据 串联 电池组 单体 剩 余 电量 ( S o C) 分布 选 定 需要 均 衡 的 电池单 体 ,确 定所 需 均衡 时 间 和均 衡 结 束 条件。 分 析 以正 激 变换 器 为主 体 的 均衡 器工作 模 式,得 到 能 量转 移 方程 。 利 用 同 步整 流技 术将 二 极 管替 换 为开
t o he t s t a t e o f c h rg a e ( S OC ) , w h i c h d e t e r mi n e s t h e e q u a l i z a t i o n t i me a n d t e r m i n a t i o n c o n d i i t o n . T h e e n e r -
第 1 7卷
第1 O期
电 机 与 控 制 学 报
El e c t r i c Ma c hi n e s a n d Co nt r o l
、 b1 .1 7 No .1 0 oc t . 2 01 3
2 0 1 3年 1 0月

种 电 动 汽 车 串联 电池 组 主 动 均 衡 器 的设 计 和 实 现
2 . H e i l o n g j i a n g E l e c t r i c P o w e r R e s e rc a h I n s t i t u t e , H a r b i n 1 5 0 0 3 0 ,C h i n a ; )
Ab s t r a c t :Ai mi n g a t t h e u n b a l a n c e p r o b l e m a n d p e r f o r ma n c e d e g r a d a t i o n t o s e i r e s — c o n n e c t e d b a t t e 均衡 器 ;非 能耗型 均衡 ;主 动均 衡 ; 同步整流

双向无损蓄电池均衡系统的设计与实现

双向无损蓄电池均衡系统的设计与实现
图 1 均 衡 系 统 结构 框 图
有效 的 电池 组均 衡系 统具有 很强 的现 实意义 。 本系统 的硬 件结 构采用 的是 一种 双 向非 耗散 型 电 流分流 电路 , 这种 均 衡方 式 可 以 将 相邻 两 个 电池 单 体 中 电压 较高 的单体 的能 量转 移到 电压较低 的单
环不 断加剧 , 终会 影 响整 个 电池 组 的工 作 。 因此 最
整 通 = CNlM 出通 I二 光 选 车 信 A w 输 l / 耦 通 P 用O 儿 开驱 I 关动 JL 供 I 向 衡 路f 电 双均 电 丁 亡

_ 磷 铁 池 r — 一 一 酸 锂电 组 — —
均 衡 比较逻 辑生成 MO F T开关 管 的 P SE WM 控 制信
号; 此信 号经 过驱 动环节 即可 用 于驱 动 MO F T 从 SE ,
而 控制 均衡 电路 的 工作 状 态 ; 外 系 统 还 通 过 S I 此 C 实 现 了与 P C机的通 信 , 具有 备用 的 C N接 口。 并 A 本 系统 在具体 的硬 件实 现 中通 过资 源合理 配置 实 现 了信号 控制 电路 与均衡 电路 的集成 。 图 2是均 驱动环 节 , 均衡 电路 以及 电池组之 间 的连 接 图 引。 如 图 2所示 , 电池 组是 由多 节单 体 电池 串联 而
第 2期
张金 龙 , :双 向无损 蓄 电池 均衡 系统 的设计 与实 现 等
‘ Vgs
1 7
致放 出的 能量不 能被 顺 利充 入 目标 电池 中 , 而 引 从 起 电感 饱 和甚 至会 损害 电池 。本文 提 出的模块 分组 均衡策 略就 是为 了提高 电池 的充 电 电流接 受 能力 。 研 究表 明 , 当用较大 电流对 锂 电池充 电时 , 如果 能够暂 时性 停止充 电 , 以有 效抑 制极化 , 而提高 可 从

基于SOC的串联电池组充电均衡方法

基于SOC的串联电池组充电均衡方法
Abstract:In order to solve charge equalization of battery series,centralized equalization method was chosen as a solution,from the perspective of the state of charge(SOC) variables in the formula of resea rch,the value o f the resistance changed along with temperature was measured,SPSS was used to analyze date to deter m ine the SOC for m ula.Before the SOC had reached 75% ,MH/Ni batter y pack with SOC of45% and 6.3% difference was charged with galvanostatic charge o f 1.5 A.then charged with potentiostatic charge of 30 V.The SOC of single cell in the battery pack was evenly distr ibuted a round 86.5% after the selection of the
目前 ,纯 电动汽车用动力电池多采用 串联连接 J。由于 电池制作工艺 、电池位 置和 使用情 况的差 异 ,电池 串联使用 一 段时间后 ,会 出现 电压不 均衡 现象 ,单体 电池之 间的 电压 和容量差异较明显。随着使用 时间的延长 ,单 体电池之 间的 电压和容量差异越来 越大 ,以至于某些 电池 长期工作于过放 电状态下 ,使单体 电池寿命 、整套 系统 的寿命 和 电动车 的续 驶里程严重下降。动力电池电压的不均衡性 ,对 电池和整 车 的 影 响 很 大 。

多模块双有源全桥电池储能系统SOC均衡控制方法及装置[发明专利]

多模块双有源全桥电池储能系统SOC均衡控制方法及装置[发明专利]

专利名称:多模块双有源全桥电池储能系统SOC均衡控制方法及装置
专利类型:发明专利
发明人:罗敏,孟金岭,赵伟,邓凯,易斌
申请号:CN201910684698.6
申请日:20190726
公开号:CN110311448A
公开日:
20191008
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本申请公开了一种多模块双有源全桥电池储能系统SOC均衡控制方法及装置,对于模块间均衡控制,忽略容量不一致性,通过获取各模块的SOC值,并计算所有模块的SOC平均值,由每个模块的SOC值与SOC平均值的第一误差值为基准,得到各模块的差异电流给定值,再获取到检测的实时电流反馈值后,以差异电流给定值和实时反馈值的第二误差值为输入,通过比例积分调节器确定各模块不同的相对移相角,最后根据相对移相角分别控制各模块的电流从而实现稳定,实现了通过对动力电池的梯次利用,使得动力电池得到充分的发挥,提升动力电池的利用价值,延长使用寿命,减少退运电池回收的工作压力。

申请人:广东电网有限责任公司,广东电网有限责任公司电力科学研究院
地址:510600 广东省广州市越秀区东风东路757号
国籍:CN
代理机构:北京集佳知识产权代理有限公司
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一种锂离子电池组均衡电路及均衡方法[发明专利]

一种锂离子电池组均衡电路及均衡方法[发明专利]

专利名称:一种锂离子电池组均衡电路及均衡方法专利类型:发明专利
发明人:朱春波,孙金磊,逯仁贵,魏国,郭尧
申请号:CN201210277359.4
申请日:20120806
公开号:CN102761166A
公开日:
20121031
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种锂离子电池组均衡电路及均衡方法,涉及一种电池均衡电路及均衡方法。

它是为了解决现有的电池组中各电池单体之间的不均衡导致降低电池寿命的问题。

它在电池静置时能够进行电池组内部的自动均衡,使各个电池单体电量保持在允许范围内,从而延长电池使用寿命。

其优势在于,单体对单体的均衡结构可以提高均衡效率减少均衡时间;均衡电流的调节采用闭环控制,实现了充电电流的恒定,有助于更好的估算均衡期间的能量流动。

同时在达到上限截止电压时进入恒压模式防止过充。

同步整流电路的加入,降低了导通损耗,提高了均衡效率。

保护机制能有效的防止过流、短路和过温情况下继续工作,保证均衡器安全工作。

本发明适用于锂离子电池组的电理均衡。

申请人:哈尔滨工业大学
地址:150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍:CN
代理机构:哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人:牟永林
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基于SOC估算的锂电池组复合型均衡拓扑设计

基于SOC估算的锂电池组复合型均衡拓扑设计
2020 年 1 月 10 日第 37 卷第 1 期
doi:10.19399/j.cnki.tpt.2020.01.022
Telecom Power Technology
Jan. 10,2020,Vol. 37 No. 1
研制开发
基于 SOC 估算的锂电池组复合型均衡拓扑设计
倪贤钋 1,秦菲菲 1,卢陈雷 1,玄东吉 2,王 标 2 (1. 温州商学院 信息工程学院,浙江 温州 325000;2. 温州大学 机电工程学院,浙江 温州 325000)
收稿日期:2019-10-08 基金项目:温州市重大科技专项项目(2018ZG007)。 作者简介:倪贤钋(1998-),男,浙江温州人,本科,主要 研究方向为电池均衡管理系统; 秦菲菲(1管理系统; 卢陈雷(1998-),男,浙江台州人,本科,主要研究方向为 电池管理系统; 玄东吉(1977-),男,吉林龙井人,博士,副教授,主要研 究方向为电池管理系统; 王 标(1996-),男,浙江温州人,硕士,主要研究方向为 电池管理系统。
摘要:锂电池的均衡管理可以提高锂电池的使用寿命和续航里程。针对磷酸铁锂电池串联电池组中,电池组中各个单 体电池之间存在电量不一致的问题,提出一种复合式均衡拓扑结构,通过对单体电池之间的电感或电池组间的变压器选择 性放电均衡,实现电池组内的各个单体电池的电量均衡,并测量实际的锂电池放电曲线,拟合锂电池开路电压与 SOC 的曲线。 此外,建立了对应的磷酸铁锂电池 Simulink 模型,使用 SOC 估算值作为判断均衡的条件,以提高启动或停止均衡子电路 的准确性。在 Matlab/Simulink 的软件仿真下证明,所提出的复合式均衡方案均衡效果良好,易于实现,控制简易。
Abstract:Lithium battery equalization management can improve the service life of the lithium battery and range,in view of the lithium iron phosphate battery series battery,the battery pack in between each monomer battery charge inconsistent problems,put forward a kind of complex equilibrium topology structure,based on the single cells between the inductor or transformer selectivity between the battery discharge balance,realize the balance of each monomer battery power battery pack,and measure the actual battery discharge curve,fitting the curve of the lithium battery open circuit voltage and SOC, and establish the corresponding Simulink model of lithium iron phosphate battery,use SOC estimation values as a balanced condition. It can improve the accuracy of starting or stopping equalizer sub-circuit.It is proved by Matlab/Simulink software simulation that the proposed complex equalization scheme has good equalization effect,easy to realize and easy to control.

串联蓄电池组均压系统设计

串联蓄电池组均压系统设计

串联蓄电池组均压系统设计发布时间:2021-04-22T05:17:03.850Z 来源:《建筑学研究前沿》2021年2期作者:石继升[导读] 本文针对蓄电池组中单体电压不一致问题,提出了一种基于谐振逆变器和电压乘法器的均压器。

中核辽宁核电有限公司生产准备处辽宁兴城 125100摘要:蓄电池单体间的不一致性极大的缩减了蓄电池组的使用寿命,降低系统的可靠性,因此,保证蓄电池安全、可靠使用、延长寿命,以及提高蓄电池组的性能是十分必要的。

本文针对蓄电池组中单体电压不一致问题,提出了一种基于谐振逆变器和电压乘法器的均压器。

关键词:蓄电池;电压不平衡;均压器引言串联蓄电池组作为直流及UPS系统的重要组成部分,提高蓄电池的使用效率,延长其使用寿命,降低运行成本,进一步提高电池组的可靠性是十分必要的[1]。

本文针对蓄电池单体电压不均衡问题,提出了一种新的应用于串联蓄电池的均压器,是使用谐振逆变器的均压器[3]。

这一均压器本质上是基于一个谐振逆变器和一个电压乘法器的组合。

双开关的单磁路结构降低了电路的复杂度、尺寸和重量,尤其是对于需要大量的蓄电池串联的应用场合更为适用。

1.蓄电池目前国内常用的蓄电池有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类。

核电厂所用的蓄电池为铅酸蓄电池。

蓄电池的使用寿命一般较短,在使用中,若存在电池的过充电或过放电等,将会损伤电池从而进一步减短电池寿命,严重的会使电池报废。

蓄电池组一般是串联起来使用的,由于单体电池之间存在个体差异,且在运行中可能由于运行状态的不一样,导致单电池的性能不一致,而性能较差的单体电池决定着整个蓄电池组的性能,即整个电池组的性能也下降,缩短使用寿命[2]。

因此,对于串联蓄电池组,一种高效的均压系统是至关重要。

2.均压器设计本文所提出的电压均衡器由一个串联谐振逆变器和电压乘法器共同驱动。

图1为四个蓄电池串联的均压电路原理图。

两个开关(Qa和Qb)、一个由谐振电感Lr和谐振电容Cr组成的串联谐振电路和一个变压器组成一个串联谐振逆变器,逆变器的输入与串联蓄电池(S1-S4)的两端相连。

考虑双重SOC的混合储能系统功率协调控制

考虑双重SOC的混合储能系统功率协调控制

考虑双重SOC的混合储能系统功率协调控制
金俊喆;武鹏;葛传九;董祥祥;陈蓓
【期刊名称】《控制工程》
【年(卷),期】2024(31)2
【摘要】为了降低直流微网系统中负载变化或者多源出力变化引起的功率波动,提出一种同时考虑蓄电池和超级电容荷电状态(state of charge,SOC)的混合储能协调控制策略。

首先,分析直流微网系统协调控制原理,在此基础上,通过低通滤波器对所需平抑功率进行分频,低频功率由蓄电池承担,高频功率及系统开关的高频纹波由超级电容承担,根据频率响应确定了滤波器的时间常数调整原则;然后,将超级电容和蓄电池各自的SOC实时状态作为反馈观测量,根据两者的SOC状态并结合实际功率需求,将系统划分成11个工作模式,分析了不同工作模式下的功率需求,依据不同工作模式下的功率需求进行功率调整,进而实现功率二次分配;最后,将所提策略在4种典型情况下进行仿真验证,实验结果验证了该策略的有效性。

【总页数】8页(P309-316)
【作者】金俊喆;武鹏;葛传九;董祥祥;陈蓓
【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM73;TP273
【相关文献】
1.光储联合发电系统中混合储能的功率协调控制
2.考虑SOC一致性的锂电池储能系统功率分配策略
3.考虑储能荷电状态的附加功率调节的混合微电网协调控制
4.考虑储能系统SOC的双卡尔曼滤波风电功率波动平抑策略
5.考虑超级电容SOC 的混合储能系统功率分配策略
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在开关网络的设计上,设置了 S1、S2 两个换向 开关,使被均衡电池始终能以正确的极性接入均衡 电路,所需要的开关总数为 n + 5 个。
电压测量模块
1 2 34 5 6
n
K0 K1 K2 K3 K4 K5
K(n-1) Kn
总线 B


SS1 SS2总线 A

开关网络
L
Q1 D1Q2 D2 Q5 D5Q6 D6
S1
T1
C1 +
N1 N2
C2
Q4 D5Q3 D3 Q8 D8Q7 D7
S2
图 1 均衡器结构框图 Fig. 1 Structure of the proposed equalizer
1. 2 均衡器工作原理 均衡主电路驱动控制结构如图 2 所示,在主电
路的单体 侧 和 模 块 侧,各 有 一 套 开 关 管 驱 动 控 制 电路。
本文首先提出了一种基于双向全桥结构的电池 均衡拓扑,该拓扑能够实现整组电池与单体电池之 间能量的双向传递。然后对所提出均衡拓扑的工作 原理进行了分析。并根据该拓扑的结构特点提出了
一种能够实际应用的 SOC 均衡策略。最后利用 12 节磷酸铁锂电池串联构成的电池组进行了实验验 证,证明了 所 提 出 拓 扑 和 均 衡 策 略 的 有 效 性 和 实 用性。
池单体 SOC,以 SOC 一致作为均衡目标。实验结果表明,所设计的均衡器均衡电流达到 3A,可以
满足电池系统均衡需求。
关键词: 电池均衡; 均衡策略; 双向全桥; 剩余电量; 滞回特性
DOI: 10. 15938 / j. emc. 2015. 03. 012
中图分类号: TM 912
文献标志码: A
摘 要: 针对电池制造工艺和使用环境不同所引起的单体间电量不均衡问题,结合双向开关电源理
论提出了一种集中式能量转移型单体 - 整组双向电池均衡方案,根据电池组内单体剩余电量( state
of charge,SOC) 在电池组内部进行电量双向转移,采用反馈电路保证均衡电流恒定。通过实验获得
电池单体开路电压的滞回特性曲线,并结合充电和放电状态下 SOC 与开路电压对应关系估计各电
电池均衡技术经过了近 10 年的发展,电池均衡 拓扑已经基本覆盖了经典的 DC - DC 开关电源拓 扑,如 开 关 电 容 拓 扑[7]、多 变 压 器、多 副 边 变 压 器[8]、buck - boost[9]、cuk[10]等结构都有学者将其引 入到电池均衡领域进行分析和研究,也取得了一定 的成果。随着软开关技术的发展,ZCS 和 ZVS 技术 也引入了电池均衡研究,台湾学者 LEE Y S 的一系 列研究都是从减小损耗提高效率角度提出的[11 - 12]。
( School of Electrical Engineering and Automation,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)
Abstract: The operation environment and manufacturing process cause the problem of charge imbalance for battery pack. In order to solve the problem,a bidirectional equalization strategy using centralized structureis was proposed. The bidirectional energy transfer was implemented by a bidirectional full-bridge converter. Close loop control makes equalization current constant. The cell SOCs were estimated by using the Open Circuit Voltage( OCV) charging and discharging curves considering the hysteresis effect. Experiments were taken to evaluate the performance. The equalization current is 3A,which satisfies the requirement of equalization for battery pack. Keywords: battery equalization; equalization strategy; bidirectional equalization; state of charge( SOC) ; hysteresis effect
第 19 卷 第 3 期 2015 年 3 月
电机与控制学报 Electric Machines and Control
Vol. 19 No. 3 Mar. 2015
串联电池组双向全桥 SOC 均衡控制系统设计
孙金磊, 逯仁贵, 魏国, 郭尧, 朱春波
( 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,黑龙江 哈尔滨 150001)
光 耦
同步整流
驱动 电路
反馈 调节
PWM 产生
图 2 均衡主电路驱动控制结构图 Fig. 2 Main circuit of the proposed equalizer
当均衡主电路工作于降压模式时,整组侧 PWM
产生电路工作,MOSFET Q1 ~ Q4 工作,二极管 D5 ~
D8 做桥式整流,此时 PWM 占空比小于 50% ,电感 L
80% 。N1 和 N2 分别为变压器原边和副边的匝数,
U1 ,U2 分别为单体侧和整组侧电压。
L
Q1 D1 Q2 D2
Q5 D5 Q6 D6
整 组
+ U2
C1

Q4 D4 Q3
T
N1 N2
D3
Q8
D8 Q7
D7
U1C2
+单 体

RF
驱动 电路
PWM OutputA 产生 OutputB
驱动 电路
驱动 电路
U1 U2
=
2N2 N1
D2

( 2)
其中,D2 为降压模式下的占空比,范围为 0 ~ 50% 。
变压器的选择需要满足电路两种模式下均能提
供足够的变比。如果变压器变比过大,尽管能够满
足升压要求,但是降压时输出电压会低于电池电压,
无法给电池充电。相反,若变比过小,尽管能够满足
降压要求,但单节电压无法升至整组电压,无法给整
当均衡主电路工作于升压模式时,单体侧 PWM 发生电路工作,单体侧开关管驱动电路驱动 MOSFET Q5 ~ Q8 工作,二极管 D1 ~ D4 构成桥式整流。此时 的 PWM 占空比大于 50% ,在一个桥臂的两个开关管 同时导通的时候,电感电流上升,此时电感 L 处于储
78
电机与控制学报
第 19 卷
( GA13A202) 作者简介: 孙金磊( 1985—) ,男,博士研究生,研究方向为电动汽车电池管理系统及电池均衡技术;
逯仁贵( 1978—) ,男,博士,副教授,研究方向为智能测试与控制、电动汽车电源管理等技术; 魏 国( 1966—) ,男,博士,教授,研究方向为测控系统、无线电能传输等技术; 郭 尧( 1987—) ,男,博士研究生,研究方向为无线电能传输技术; 朱春波( 1964—) ,男,博士,教授,研究方向为电动汽车电池管理、无线电能传输等技术。 通讯作者: 朱春波
1 均衡器结构与工作原理
1. 1 均衡器结构 本文所提出的均衡器结构示意图如图 1 所示,
均 衡 系 统 由 开 关 网 络 、电 压 测 量 模 块 、控 制 器 和 均 衡主电路构成。均衡主电路采用双向全桥 DC - DC 变换器。电压测量模块实时测量各节单体电 压 ,根 据 均 衡 策 略 给 出 每 节 电 池 需 要 转 移 的 电 量 , 然后控制器 驱 动 开 关 网 络,将 需 要 均 衡 电 池 接 入 均衡主电 路。均 衡 主 电 路 的 一 侧 接 整 组 电 池,另 一侧接单节电池。电路工作在两种模式下: 升压 模式和降 压 模 式。工 作 于 升 压 模 式 时,均 衡 电 路 可以将某节电池的电能转移到整个电池模块; 工 作于降压模 式 时,均 衡 电 路 可 以 将 电 池 模 块 的 电 能转移到某节电池。恒流控制电路使单体侧的充 电或放电电流恒定。这种结构有助于简化均衡时 间的计算,方便均衡策略的实施。
0引言
电动汽车逐渐进入人们的视野,成为各国开发和推 广的重点。目前,影响电动汽车、混合动力电动汽车
近年来,由于环境问题和能源问题的日益凸显, 推广应用的主要瓶颈是电池系统。化学蓄电池中镍
收稿日期: 2014 - 02 - 25 基金项目: 国家高技术研究发展计划( 863 计划) ( 2012AA111003) ; 国家自然科学基金( 51277037) ; 黑龙江省应用技术研究与开发计划项目
第3 期
孙金磊等: 串联电池组双向全桥 SOC 均衡控制系统设计
77
氢蓄电池、铅酸蓄电池和锂离子蓄电池[1 - 2]都可以 作为动力储能装置,而锂离子电池以其比能量高、比 功率大、寿命长等优点逐渐成为电动汽车应用的首 选[3]。由于锂离子电池单体电压低,一般都需要以 串联或者并联的形式构成电池组,而电池单体受到 制作工艺和使用环境的影响,在经过一段时间循环 充放电后,会出现不同程度的电量不均衡,这种电池 组内单体电量的不均衡将导致电池组内个别单体存 在过充或者过放的可能,可充入和可放出电量的缩 减将直接导致电动汽车续驶里程缩短[4 - 6]。因此, 为了保证电动汽车的安全性和续驶里程,定期检查 和维护电池组,使电池组内单体电量保持均衡状态 对于延长电动汽车电池组使用寿命和提高动力电池 安全性是十分有必要的。
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