基于SOC估算的锂电池组复合型均衡拓扑设计
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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.
Key words：electric vehicle；compound equalizing circuit；SOC estimation；balance control；lithium iron phosphate battery；active equalization
0 引 言
现今，锂电池具有高功率、高效率、良好的安全性 等方面的优点，在电动汽车领域得到了广泛的应用 [1]。 单个铅蓄电池的标称电压为 12 V，在实际应用中需要 通过一定数量的单体电池串联组成电池组来供给电动 汽车的不同工况 [2-4]。即实际应用中，电动汽车往往需 要搭载上千节锂电池，这样才能提供足够的电量满足电 动汽车的日常驾驶需求。然而，锂电池在出厂前生产与 出厂后使用都会造成各个单体电池之间的内阻和容量不 同，随着单体电池的使用时间增加，各个单体电池特性 差异会越来越大，会出现电池组中个别单体电池出现过 充过放的现象，影响单体电池的寿命。使用锂电池组对 电池组采用电池均衡管理是有必要的，设计合理的均衡 子电路，减小各个单体电池之间的特性不同所带来的影 响，同时可以提高单体电池寿命和利用率。
关键词：电动汽车；复合型均衡电路；SOC 估算；均衡控制；磷酸铁锂电池；主动均衡
Balanced Topology Design of Lithium Battery Complex Based on SOC Estimation
NI Xian-po1，QIN Fei-fei1，LU Chen-lei1，XUAN Dong-ji2，WANG Biao2 （1.School of Information Engineering. Wenzhou Business College，Wenzhou 325000，China； 2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Wenzhou University，Wenzhou 325000，China）
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.
Key words：electric vehicle；compound equalizing circuit；SOC estimation；balance control；lithium iron phosphate battery；active equalization
0 引 言
现今，锂电池具有高功率、高效率、良好的安全性 等方面的优点，在电动汽车领域得到了广泛的应用 [1]。 单个铅蓄电池的标称电压为 12 V，在实际应用中需要 通过一定数量的单体电池串联组成电池组来供给电动 汽车的不同工况 [2-4]。即实际应用中，电动汽车往往需 要搭载上千节锂电池，这样才能提供足够的电量满足电 动汽车的日常驾驶需求。然而，锂电池在出厂前生产与 出厂后使用都会造成各个单体电池之间的内阻和容量不 同，随着单体电池的使用时间增加，各个单体电池特性 差异会越来越大，会出现电池组中个别单体电池出现过 充过放的现象，影响单体电池的寿命。使用锂电池组对 电池组采用电池均衡管理是有必要的，设计合理的均衡 子电路，减小各个单体电池之间的特性不同所带来的影 响，同时可以提高单体电池寿命和利用率。
关键词：电动汽车；复合型均衡电路；SOC 估算；均衡控制；磷酸铁锂电池；主动均衡
Balanced Topology Design of Lithium Battery Complex Based on SOC Estimation
NI Xian-po1，QIN Fei-fei1，LU Chen-lei1，XUAN Dong-ji2，WANG Biao2 （1.School of Information Engineering. Wenzhou Business College，Wenzhou 325000，China； 2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Wenzhou University，Wenzhou 325000，China）