磷酸铁锂电池均衡技术综述
磷酸铁锂电池均衡技术综述
磷酸铁锂电池均衡技术综述摘要：为了达到规模储能的电压和容量要求，磷酸铁锂电池需通过串并联达到设计要求，而生产、使用过程的差异性导致的电池单体不一致性，是影响储能电站寿命主要因素之一。
文章从规模储能技术基本概念出发，介绍了现有均衡方案的基本拓扑结构和控制策略，列举了两种实际应用方案，提出了各种方案的优劣与发展趋势，旨在对提高规模储能的经济性研究提供有益的启发。
引言规模储能电站一般设计容量较大，需要多个电池单体串并联以达到设计要求。
以磷酸铁锂电池为例，单节工作电压范围通常约为2．8～4V，若每个电池单体为200Ah，额定电压3．2V，需要达到2．4MWh的容量，可以将252节电池单体串联成电池组，再并联15个电池组，则：3．2V×252节x200AhX15组=2．42MWh；直流侧电压806．4V。
在电芯批量生产过程中，由于原料及生产工艺的波动，电芯的容量、内阻、电压及自放电率均会有一定的偏差，同时在电芯使用过程中随着充放电循环次数增加及存储时间、温度等影响，电芯容量衰减也会出现不一致，导致在同一电池组内的电芯出现不一致。
在规模储能中，电池组的不均衡性是影响电池组性能，降低电池组寿命的主要原因之一。
1规模储能常用概念电池容量是指在一定条件下(放电倍率、温度、放电截止电压等)电池放出的电量，用字母c表示，单位为安时(Ah)。
按照QB／T2502-2000《锂离子蓄电池总规范》，电池的额定容量为在环境温度为(20±5)℃时，以0．2C倍率放电至终止电压时的容量。
电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，欧姆电阻不随激励信号频率变化，在同一充放电周期内，欧姆电阻除温升影响外几乎不变。
极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。
内阻是电池最为重要的特性参数之一，它是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的主要标志。
电动汽车磷酸铁锂电池均衡管理策略综述
0引言锂电池是用金属锂作为负极活性物质的电池的总称。
目前,因为锂电池在比能量和比功率性能方面都具有较大的优势,所以有比较好的发展前景。
以磷酸铁锂电池(Li FePO4)为例,它有制备的原料来源广泛、价格低廉、无毒无污染、安全性能好、充放电比较平稳、循环使用寿命长等优点,当前被新能源汽车行业竟相研发。
由于单体磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V,无法满足电动汽车的动力需求,需要将若干个单体串联使用,所需要的单体数量越多,电池的不一致性就越明显,并且随着电池组循环使用次数的增加及充放电电流、温度、内阻、自放电率等因素的影响,单体电池间的不一致性池以及荷电状态SO C(st at e of char ge)不一致性逐渐加大。
电池组须尽可能地保证在充放电过程中单体电池电压和电流在允许范围内,以Li FePO4电池为例,单体电池工作端电压范围通常约为2.8~4V。
如果电池组在充电的过程中出现了过充,不仅会降低电池组的容量,而且会导致电池内部气压过大造成鼓包,提前报废;在放电过程中出现了过放,也会影响电池的使用寿命。
因此需要过充、过放保护电路来均衡电池组的电压,最大限度的延长电池的使用寿命。
1电池不一致性的影响因素1.1电池生产制作工艺限制电池在初始生产过程中材质分布的不均性及制作工艺的繁杂性导致单体电池的不一致性,如电池正负极板的质量、厚度、面积不完全一致;电解液的质量和密度会影响电池的自放电率及容量。
并且电池制作工艺复杂,随着工艺环节数量的增加,电池的不一致性就越明显。
工艺流程如图1所示。
1.2电池组中单体的自放电率不一致电池在静置状态会产生自放电的现象,而电池所处的环境及不同的使用工况导致每个单体的自放电的速度都是不一致的,所以每节单体容量的衰减程度也是不一样的,那么在电池组充电的过程中容量小的会先充满,但充电并未终止,则容量小的单体就会处于过充状态,导致电池容量减小;在放电过程中容量小的单体又会先放完电,而放电并未终止,则容量小的单体就会处于过放状态,电池的正负极的活性物质恢复困难,电池的容量降低。
磷酸铁锂电池组均衡充电及保护研究
重庆大学硕士学位论文
中文摘要
电池电能的消耗做到微功耗级别。 关键词：均衡充电，模糊控制，电池保护，过充电，过放电
II
重庆大学硕士学位论文Fra bibliotek英文摘要
ABSTRACT
Compared with Ni-MH batteries, Lead Acid batteries, Lithium Ion batteries has the obvious merits of size, weight, charging speed, anti-memory effect. However, due to the single lithium-ion battery inconsistencies in the manufacturing process, the performance difference between the series-parallel group use battery pack gradually increases in the charging and discharging cycles, resulting in the battery pack in excessive charging or deep discharge. Then, it often appears monomer battery overcharge or over-discharge phenomenon. Directed towards pure electric vehicles using lithium iron phosphate battery as power supply, a distributed active equalization charging system of lithium iron phosphate dynamic battery pack was in depth studied by analysis the circuit of battery equalization charge which can not only achieves quick charge but also eliminates the battery pack overcharge or over discharge that caused by the inconsistency between the single battery. This paper uses a distributed active charging equalization system, it consists of single battery manage circuit and vehicle controller unit. According to specific functions classification, the single battery manage circuit mainly consists of battery detection unit, battery charging equalization unit, battery charging protection unit and battery manage circuit automatic power off unit. Controller area network(CAN) bus is applied to each module. CAN-USB bus adapter is applied to the communication between the manage subsystem and the vehicle controller unit. The flyback converter is used to the single battery to realize supplement charge from battery pack to the single battery that is low state of charge. According to the studied fuzzy logic control strategy, the converter achieves the adjustment of the PWM duty cycle of its field effect transistor and the output current of each battery charging equalization unit. Different charging current for inconsistent monomers battery carried ensuring the balance of the state of charge of each cell. Compared with the average method equalizer control strategy, the strategy can significantly reduce the equalization time and improve the balancing efficiency. This paper designs two sides of single battery protection circuit. Simultaneously, the system on the one hand achieves the battery charge protection through parallel with Zener diode across the single battery in the constant voltage charging process of the battery. At the same time, it achieves the single battery management circuit automatic
磷酸铁锂 均衡 截止电流
磷酸铁锂均衡截止电流磷酸铁锂电池是一种具有高能量密度、长寿命和较低成本的锂离子电池，广泛应用于电动汽车、储能系统和便携设备等领域。
其中，磷酸铁锂电池的均衡和截止电流控制是关键技术之一，对其性能和安全性具有重要影响。
1. 磷酸铁锂电池的均衡技术磷酸铁锂电池由多个电池单体组成，每个电池单体的电化学性能会因制造和使用差异而产生不一致。
这些不一致会导致电池单体之间的电压和容量差异，进而影响整个电池组的性能。
为了解决这个问题，均衡技术应运而生。
均衡技术旨在通过调整电池组内各个电池单体的充放电程度，使其电压和容量尽可能一致。
这可以通过在电池组连接点引入均衡电路来实现。
均衡电路通常由电阻、开关和控制电路组成，能够将电流从容量较高的电池单体转移到容量较低的电池单体。
通过定期均衡，可以提高整个电池组的能量利用率、延长电池组的寿命，并提高其安全性能。
值得一提的是，磷酸铁锂电池的均衡技术在不同的应用场景中可能会有所不同。
在电动汽车中，均衡电路需要具备高效率、低成本和高可靠性等特点。
在设计和选择均衡技术时，需要充分考虑实际应用需求。
2. 磷酸铁锂电池的截止电流控制截止电流控制是指限制电池充电或放电过程中的最大电流，以保护电池的安全性和寿命。
对于磷酸铁锂电池而言，截止电流控制尤为重要，因为超过其最大允许电流的操作可能导致电池的过热、短路甚至爆炸。
为了实现截止电流控制，磷酸铁锂电池通常采用了一些防护措施。
一种常见的方法是在电池内部或外部添加保护电路，用于监测和控制电池的电流。
该保护电路可以实时检测电池的工作状态，并在电流异常时切断电池与外部电路的连接，以避免进一步损坏。
电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）也是截止电流控制的关键组成部分。
BMS可以对电池的充放电过程进行监控，并根据事先设定的截止电流阈值来实现控制。
当电池的电流超过截止阈值时，BMS会发出警报或采取相应的控制措施，以保护电池的安全。
车用锂离子动力电池均衡技术综述
新能源汽车Ａ版收稿日期:２０１９－０３－１５车用锂离子动力电池均衡技术综述浦金欢㊀(上海汽车集团股份有限公司技术中心ꎬ上海２０１８０４)程㊀思㊀(上海交通大学机械与动力工程学院ꎬ上海２００２４０)ʌ摘要ɔ㊀得益于较高的能量密度㊁较长的循环寿命等优点ꎬ锂离子电池被广泛应用于电动汽车中作为动力电池ꎮ由于库仑效率高ꎬ锂离子电池无法实现 自我均衡 ꎮ如果没有适当的管理ꎬ锂离子电池失衡将不会随着时间的推移而自行矫正ꎮ因此ꎬ需要对电池电芯单体实施均衡以解决单体性能差异造成的不均衡ꎮ文章首先介绍了锂离子电池的荷电状态(ＳＯＣ)不均衡的原因和分类ꎬ然后系统地介绍了当前锂离子电池ＳＯＣ均衡技术的研究现状和主要均衡策略ꎬ为锂离子电池均衡技术的研究提供参考ꎮʌＡｂｓｔｒａｃｔɔ㊀Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｌｏｎｇｃｙｃｌｅｌｉｆｅꎬｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓａｓｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ.Ｄｕｅｔｏｔｈｅｈｉｇｈｃｏｌｕｍｂｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓｃａｎｎｏｔａｃｈｉｅｖｅ"ｓｅｌｆ－ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ".Ｔｈｅｃｅｌｌｉｍｂａｌａｎｃｅｏｆｔｈｅｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｗｉｌｌｎｏｔｂｅｃｏｒｒｅｃｔｅｄｂｙｉｔｓｅｌｆｗｉｔｈｏｕｔａｐｒｏｐｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｉｍｐｌｅ￣ｍｅｎｔａｂａｌａｎｃｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｃｅｌｌｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｉｍｂａｌａｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｅｌｌｓ.Ｆｉｒｓｔｌｙꎬｔｈｅｃａｕｓｅｓａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓＳＯＣｉｍｂａｌａｎｃｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｔｈｅｎꎬｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒｔｈｅｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓＳＯＣｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｐｒｅｓｅｎｔｅｄ.Ｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.ʌ关键词ɔ㊀锂离子电池㊀电压均衡㊀电池单体㊀被动均衡㊀主动均衡ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ.１００７￣４５５４.２０１９.０５.０１０㊀引言混合动力汽车㊁纯电动汽车和燃料电池汽车是新能源汽车的３种主要类型ꎬ未来有望取代传统燃油汽车成为主要的交通工具ꎮ新能源汽车ꎬ尤其是纯电动汽车和混合动力汽车ꎬ离不开先进的电能储存系统ꎮ锂离子电池作为当前主流的新能源汽车储能系统ꎬ其能量密度㊁功率密度㊁循环寿命和耐久性的改善使得纯电动汽车和混合动力汽车获得了更远的续驶里程㊁更强劲的动力性能和更长久的使用寿命ꎮ但在车辆系统中ꎬ整个电池储能系统处于比较恶劣的工作环境ꎬ因此必须得到有效的保护ꎬ以免发生各种危险的情况ꎮ电动汽车的电池系统ꎬ采用了复杂的电子系统(即电池管理系统ＢＭＳ)测量电池参数ꎬ确定电池的状态ꎬ并控制系统以确保其正常运行[１]ꎮＢＭＳ的功能之一就是对电池单体的均衡进行控制ꎮ由于库仑效率高ꎬ锂离子电池不像其他类型电池ꎬ如铅酸电池那样可实现 自我均衡 ꎮ如果没有适当的管理ꎬ锂离子电池失衡将不会随着时间的推移而自行矫正ꎮ为了在大规模电池储能系新能源汽车统中保持电池在使用寿命期间的性能ꎬ就需要ＢＭＳ实施单体均衡策略来解决单体性能差异造成的不均衡ꎮ一般来说ꎬ电池系统管理单元(ＢＭＵ)将均衡控制策略传输给各个模块控制单元(ＣＭＵ)ꎬ再由ＣＭＵ控制均衡电路(不管是主动均衡还是被动均衡)完成单体电压的均衡ꎮ由于电芯单体之间的个体差异以及电芯单体初始的不均衡ꎬ电池包中的各个单体可能有４种不均衡状态:荷电状态(ＳＯＣ)㊁漏电(自放电)状态㊁内阻和安时容量ꎮ一般来说ꎬ 均衡 可以指电池包中单体之间的上述任何参数相互匹配的程度ꎮ而在本文中ꎬ 均衡 特指ＳＯＣ(或开路电压)ꎮ均衡是用于描述使电池包中各个单体的ＳＯＣ水平彼此更加接近ꎬ以便使电池包的容量最大化的过程的术语ꎮ本文首先介绍了锂离子电池ＳＯＣ不均衡的原因和分类ꎬ然后系统地介绍了当前锂离子电池ＳＯＣ均衡技术的研究现状和主要的均衡策略ꎮ１㊀锂离子电池不均衡锂离子电芯单体的不均衡有两种类型:初始不均衡和随时间不均衡[２]ꎬ下面分别说明其原因ꎮ１.１㊀电芯单体的初始不均衡由于制造过程中造成的偏差ꎬ导致了电芯单体的个体差异ꎬ比如:(１)电芯单体实际容量不一致ꎻ(２)电芯单体初始ＳＯＣ不一致ꎻ(３)电芯单体内阻差异ꎮ实际中的电芯单体从放电开始就不均衡ꎬ而且个体的差异使得它们随着使用时间的增加ꎬ不均衡程度增大ꎮ虽然理论上漏电率的差异可能恰好使不均衡的电芯单体接近均衡ꎬ但这在统计学上概率极低ꎮ为了使不均衡的电池包恢复均衡ꎬ需要将大量电荷移入和/或移出个别电芯单体以弥补最初的不均衡ꎮ１.２㊀电芯单体随时间不均衡由于电池包内电芯单体的漏电率不同ꎬ电池包随着使用时间变长变得越来越不均衡ꎮ这个过程不依赖于电池包的内阻和容量ꎬ也不依赖于绝对的漏电量ꎬ它只依赖于不同电芯单体的漏电偏差ꎮ考虑一种理想的充满电的均衡电池包ꎬ所有电芯单体从１００％ＳＯＣ开始ꎬ会永远保持１００％ꎮ再考虑一种非理想的电芯单体ꎬ这些单体有自放电(内部漏电)ꎬ但容量和漏电率完全相同ꎬ所有的单体都会以同样的速度失去电荷ꎬ它们的ＳＯＣ会同步降低ꎬ尽管漏电越来越多ꎬ但电池包仍将保持均衡ꎮ然后考虑由不同的电芯单体(不同的容量和漏电率)组成的电池模组ꎮ漏电多的电芯单体会比其他电芯单体更快地放电ꎬ使得ＳＯＣ出现偏差ꎬ电池包会很快失去均衡ꎮ将这样的电池包恢复均衡需要将少量电荷移入和/或移出单个电芯单体ꎬ以弥补单体漏电流之间的差异ꎮ２㊀电池包均衡技术２.１㊀均衡参考电池包电芯单体均衡的参考有两种:电芯单体ＳＯＣ和开路电压ꎮ在充电时ꎬ电池包接受充电的能力受到第一个充满电的电芯单体的限制ꎮ在放电时ꎬ电池包释放电荷的能力受到第一个完全放电的电芯单体的限制ꎮ而这两点决定了电池包的容量ꎮ在电池包均衡之前ꎬ限制充电的电芯单体和限制放电的电芯单体是不同的ꎮ均衡通过扩大电池包限制充电的点与电池包限制放电的点之间的间隔来增加电池包容量ꎮ电池包均衡后ꎬ容量受到同一电芯单体充放电两端的限制ꎮ这通常是具有最低容量的电芯单体ꎬ或是在极端情况下具有最大内阻的电芯单体ꎮ均衡电池包是指在某一点上所有的电芯单体完全处于相同的ＳＯＣꎮ而这一点可以是任何ＳＯＣ级别ꎮ但通常均衡在１００％ＳＯＣ下完成ꎬ即充电均衡ꎮ在电芯单体的ＳＯＣ水平彼此相同并且与电池包ＳＯＣ相同的情况下ꎬ当电池包充满电时ꎬ所有的电芯单体和电池包都是１００％的ＳＯＣꎻ当电池包电量耗尽时ꎬ所有的电芯单体和电池包一样都处于０％的ＳＯＣꎮ下面以４个电芯单体串联成组使用为例ꎬ来说明电池包的不均衡状态ꎮ假设４个电芯单体完全相同ꎬ但初始不均衡ꎬ新能源汽车如图１(ａ)所示ꎮ当电芯单体４(充电最多的单体)达到１００％ＳＯＣ时ꎬ不能再进行充电ꎬ这一点定义为电池包的１００％ＳＯＣꎮ而在这一点上ꎬ其他３个电芯单体都不满(例如电芯单体１为７０％ＳＯＣ)ꎬ但是它们也不能再继续充电ꎬ因为同样的电流将不得不流过电芯单体１并将其过充ꎮ相反ꎬ当电芯单体１(最小充电单体)达到０％ＳＯＣ时ꎬ将不能再放电ꎬ这一点定义为电池包的０％ＳＯＣꎮ在这一点上ꎬ其他３个单体仍有电荷(例如电芯单体４为３０％ＳＯＣ)ꎬ但它们不能再继续放电ꎬ因为相同的电流将不得不流过电芯单体１并将其过度放电ꎬ即电芯单体ＳＯＣ水平的不均衡导致了电池包容量的降低ꎮ图１㊀电池包均衡假设Ｉ假设电芯单体的容量不同ꎬ但初始均衡ꎬ如图１(ｂ)所示ꎮ此时每个电芯单体的ＳＯＣ曲线的斜率是不同的ꎬ具有最大容量的电芯单体４具有最平缓的斜率ꎬ而具有最小容量的电芯单体１具有最陡的斜率ꎮ所有电芯单体在顶部是均衡的ꎬ然而ꎬ随着放电ꎬ电芯单体１的容量最低ꎬＳＯＣ下降最快ꎬ直到ＳＯＣ达到０％ꎮ此时电池包是空的(因为电芯单体１阻止进一步放电)ꎬ即使其他电芯单体仍然留有电荷ꎮ当均衡在５０％和０％ＳＯＣ时ꎬ容量最小的电芯单体同样是限制因素ꎮ无论电池包在何种ＳＯＣ(１００％㊁５０％或０％)处于均衡状态ꎬ电池包容量都不会改变ꎮ改变的只是充㊁放电两端的其他电芯单体(单体２㊁３和４)的状态ꎮ假设电芯单体的容量不同ꎬ并且初始不均衡ꎬ如图２(ａ)所示ꎮ虽然每条曲线的斜率不变(因为它是每个电芯单体容量的函数)ꎬ但电池包容量已经进一步降低了ꎮ一旦电芯单体３充满ꎬ则不可能充进更多电量ꎬ设定此为电池包的１００％ＳＯＣ点ꎻ同样ꎬ一旦电芯单体１变空ꎬ则不再有放电的可能ꎬ设定此为电池包的０％ＳＯＣ点ꎮ结果是均衡时电池包的容量降低到相同电池包容量的一半左右ꎮ在极端情况下ꎬ电池包可能非常不均衡ꎬ变得几乎不可用ꎬ如图２(ｂ)所示ꎬ电池包的可用容量接近为０ꎮ图２㊀电池包均衡假设ＩＩ新能源汽车２.２㊀被动均衡技术根据能量的利用效率ꎬ电池包均衡方法可分为被动均衡和主动均衡ꎮ被动均衡是从具有过多电荷的电芯单体中排出电荷ꎬ并将排出的能量作为热量消散ꎻ主动均衡是利用外部均衡电路主动地将电荷从 高单体 转移到 低单体 ꎬ以提高电池包的能量利用效率ꎮ被动均衡一般的思路是ꎬ电阻与每个电芯单体并联ꎬ用于从该单体放电ꎬ从单体中移除的能量以热量的形式消散ꎮ可以采用如图３(ａ)所示的齐纳二极管控制并联放电电阻的接通和关断[３]:齐纳电压被选择为对应于１００％ＳＯＣ的设定点ꎬ当电池电压高于选定的齐纳二极管稳压值时ꎬ电阻路径被激活ꎬ该单体的电量被消耗ꎬ直到电压降至齐纳稳压值以下ꎮ该电路仅适用于过充电可以耐受的化学电池ꎬ比如某些铅酸和镍基化学电池ꎬ但不包括锂离子电池ꎮ另一种控制方法如图３(ｂ)所示[４]:当电芯单体电压升到某一点以上时ꎬＢＭＳ关闭电荷过多的单体开关ꎬ使其 漏电 来实现均衡ꎮ该开关是某种晶体管电路ꎬ控制晶体管所需的电子器件使得这种设计更加复杂ꎬ然而它在均衡策略上允许更大的灵活性ꎮ使用集成芯片如ＬＴＣ６８０４等可以大大降低电路设计的复杂程度ꎮ图３㊀被动均衡被动均衡的主要优点是所涉及的电路比较简单ꎬ因而成本也较低ꎮ其缺点如下:(１)能量效率低ꎻ(２)被动均衡无法完全利用各电芯单体中的能量ꎻ(３)产生热量ꎬ而且为了快速均衡ꎬ会产生更多的热量ꎻ(４)与具有主动均衡设计的电池包相比ꎬ电池包寿命较短ꎮ２.３㊀主动均衡技术根据能量传递的路径ꎬ主动均衡方法可分为以下４类:单体到单体㊁单体到模组㊁模组到单体㊁单体到模组到单体(集成式)ꎬ如图４所示[５]ꎮ图４㊀常见电芯单体均衡技术单体到单体法将存储在最高ＳＯＣ电芯单体中的额外能量传输到相邻的最低ＳＯＣ电芯单体ꎻ单体到模组法将能量从最高ＳＯＣ电芯单体转移到整个模组ꎻ模组到单体法通过隔离ＤＣ￣ＤＣ变换器将模组能量转移到最低ＳＯＣ电芯单体ꎻ单体到模组到单体(集成式)法将能量从电芯单体传递到模组ꎬ然后从模组传递到目标电芯单体ꎮ下面对各种均衡类别中比较典型的均衡设计进行介绍ꎮ(１)单体到单体ꎮ该类方法包括以下５小类:开关电容㊁两级开关电容㊁Ｃｕｋ变换器㊁ＰＷＭ控制变换器和谐振(准谐振)变换器ꎮ如图５(ａ)所示为开关电容法示意图ꎬ该电路由比电池组电芯单体少一个的电容器和单刀双掷(晶体管电路)开关组成ꎮ考虑两个相邻的电芯单体ꎬ较高电压单体将电容器充电至其电压ꎬ然后较低电压单体使电容器放电至其电压ꎬ电荷移动以均衡电芯单体电压ꎮ随着时间的推移ꎬ整个电池包可以完成均衡ꎮ但是ꎬ电荷从电池包的一端转移到另一端的时间较长ꎮ如图５(ｂ)所示为两级开关电容设计ꎬ使用一个开关电容器ꎬ并通过控制两级的单刀双掷开关ꎬ使电荷从高电压单体直接转移到低电压单体ꎮ基于开关电容的均衡设计的严重缺点是依靠电芯单体之间的电压差来完成能量传递ꎬ而即使新能源汽车图５㊀基于开关阵列的电容式主动均衡ＳＯＣ变化很大ꎬ大多数锂离子电池电芯单体之间的电压变化也很小ꎮ基于开关电容的均衡设计对于纯电动汽车来说是有意义的ꎬ因为纯电动汽车电池包电芯单体电压变化相对较大ꎻ而由于电池包工作在较小的ＳＯＣ窗口ꎬ并且电压变化往往非常小ꎬ基于开关电容的均衡设计对混合动力汽车(包括插电式混合动力汽车)电池包没有多大意义ꎮ(２)单体到模组和模组到单体ꎮ不管是电芯单体到模组ꎬ还是模组到电芯单体ꎬ区别只是在于能量流动的方向互逆ꎮ单体到模组法可分为以下５小类:电感分流㊁升压分流㊁多重变压器㊁多级副边绕组变压器和开关变压器法[６]ꎻ模组到单体法可分为:电压倍增器㊁全桥变换器㊁多重变压器㊁多级副边绕组变压器和开关变压器法ꎮ其中基于变压器的主动均衡方法是当前市场产品的主流实现方式ꎬ也是本文介绍的重点ꎬ将在下面详细介绍ꎮ如图６(ａ)所示ꎬ开关变压器绕组比为ｎʒ１ꎬｎ为次级串联单体数量ꎬ通过二极管加开关选择到哪个电芯单体转储电荷ꎮ目前已有的芯片如ＬＴＣ３３００将使这种设计更加可行ꎬ如图７所示ꎮ该方案的简化变形是使用具有副边多级绕组的变压器ꎬ如图６(ｂ)所示ꎬ在不需要复杂控制算法的前提下ꎬ也能实现电芯单体的自动均衡ꎮ利用变压器传递能量比电容法快得多ꎬ但变压器的成本较昂贵ꎬ且对于变压器次级绕组参数匹配的要求严格ꎮ图６㊀基于变压器的主动均衡图７㊀采用ＬＴＣ３３００的双向主动均衡解决方案(３)单体到模组到单体(集成式)ꎮ集成式主动均衡方法包括以下两大类:能量共享法和能量分配法ꎮ其中能量共享法包括ＰＷＭ控制变换器㊁单开关电容和单开关电感法ꎻ能量分配法包括双向多重变压器㊁双向多级副边绕组变压器和双向开关变压器法ꎮ主动均衡的一个主要制约点是成本及布置空间ꎮ集成式均衡电路通过把均衡电路和小型ＤＣ￣ＤＣ变换器电路(连接到低压总线)集成到一起ꎬ在不损失控制灵活性的基础上ꎬ可以一定程度地降低系统成本ꎬ因为该集成系统除了具有主动均衡功能外ꎬ同时还具有１２ＶＤＣ￣ＤＣ变换器的功能ꎬ可以替换目前用于将电池包直流高压转换成直流１２Ｖ㊁用于车辆电子电器负载的㊁昂贵的大功率ＤＣ￣ＤＣ变换器ꎮ一种集成式均衡电路设计如图８所示ꎮ每个电芯单体使用一个小型ＤＣ￣ＤＣ变换器(图中采用双有源桥隔离型ＤＣ￣ＤＣ)连接到共享低压总线来执行均衡[７]ꎮ工作原理是使用受控ＤＣ￣ＤＣ变换器ꎬ如果该电芯单体的ＳＯＣ较低ꎬ则将电荷从低压共享总线转移到单体ꎻ如果该电芯单体的ＳＯＣ较高ꎬ则将电荷从单体转移到低压共享总线ꎬ同时可以从低压总线为辅助负载供电ꎮ这个方案的主要缺点是变压器隔离的电压高ꎬ变压器体积难以小型化ꎮ新能源汽车图８㊀集成式均衡电路３㊀结语动力电池包内电芯单体ＳＯＣ的不均衡ꎬ不但会影响整个电池包的放电容量和放电功率ꎬ还会显著影响电池包的可用寿命ꎬ甚至会导致严重的热失控问题ꎮ因此ꎬ电池包的均衡技术越来越受到国内外研究机构和电动汽车生产企业的广泛关注ꎮ随着电动汽车在中国市场的迅速崛起ꎬ电池包均衡技术成为了当前亟需解决的关键技术之一ꎮ本文较系统地分析了电池包不均衡的分类和产生原因ꎬ并对电池包电芯单体的均衡参考进行㊀了详细介绍ꎬ按照被动均衡和主动均衡分类对均衡技术分别进行了介绍ꎬ着重阐述了４种主动均衡技术ꎬ特别对近年来比较热门的集成式主动均衡技术进行了详细介绍ꎮ希望能够给从业者提供参考和启发ꎮ参考文献[１]㊀ＷｅｉｃｋｅｒＰ.Ａｓｙｓｔｅｍｓａｐｐｒｏａｃｈｔｏｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ[Ｍ].Ｎｏｒｗｏｏｄ:ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅꎬ２０１４.[２]㊀ＡｎｄｒｅａＤ.Ｂａｔｔｅｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｌａｒｇｅｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｓ[Ｍ].Ｎｏｒｗｏｏｄ:ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅꎬ２０１０.[３]㊀ＢａｒｏｎｔｉＦꎬＦａｎｔｅｃｈｉＧꎬＲｏｎｃｅｌｌａＲꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｃｈｆｏｒｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｉｎｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒａｐｐｌｉｃａ￣ｔｉｏｎｓ[Ｃ]//ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬＨａｎｇ￣ｚｈｏｕ:ＩＥＥＥꎬ２０１２:１３３０￣１３３５.[４]㊀ＭａｎｅｎｔｉＡꎬＡｂｂａＡꎬＭｅｒａｔｉＡꎬｅｔａｌ.ＡＮｅｗＢＭＳＡｒｃｈｉ￣ｔｅｃｔｕｒｅＢａｓｅｄｏｎＣｅｌｌＲｅｄｕｎｄａｎｃｙ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉ￣ａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１１ꎬ５８(９):４３１４￣４３２２.[５]㊀ＧａｌｌａｒｄｏＬｏｚａｎｏＪꎬＲｏｍｅｒｏＣａｄａｖａｌＥꎬＭｉｌａｎｅｓＭｏｎｔｅｒｏＭＩꎬｅｔａｌ.Ｂａｔｔｅｒｙｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１４ꎬ２４６(３):９３４￣９４９.[６]㊀ＩｍｔｉａｚＡＭꎬＫｈａｎＦＨ."ＴｉｍｅＳｈａｒｅｄＦｌｙｂａｃｋＣｏｎｖｅｒｔｅｒ"ＢａｓｅｄＲｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅＣｅｌｌＢａｌａｎｃｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＳｅｒｉｅｓＣｏｎｎｅｃｔｅｄＬｉ－ＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＳｔｒｉｎｇｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１３ꎬ２８(１２):５９６０￣５９７５.[７]㊀ＵｒＲｅｈｍａｎＭＭꎬＥｖｚｅｌｍａｎＭꎬＨａｔｈａｗａｙＫꎬｅｔａｌ.Ｍｏｄｕ￣ｌａｒａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｅｌｌ￣ｌｅｖｅｌｂａｌａｎｃｉｎｇｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌａｒｇｅｂａｔｔｅｒｙｐａｃｋｓ[Ｃ]//ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏｎｇｒｅｓｓａｎｄＥｘｐｏｓｉ￣ｔｉｏｎꎬＰｉｔｔｓｂｕｒｇｈ:ＩＥＥＥꎬ２０１４:４３２７￣４３３４.。
一种纯电动汽车磷酸铁锂电池均衡控制方法[发明专利]
![一种纯电动汽车磷酸铁锂电池均衡控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a1bcd4f377a20029bd64783e0912a21614797f0e.png)
专利名称：一种纯电动汽车磷酸铁锂电池均衡控制方法专利类型：发明专利
发明人：黎晓然,贺辉,李志,龙海威,陈沪伟
申请号：CN202111290279.8
申请日：20211102
公开号：CN114006063A
公开日：
20220201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纯电动汽车磷酸铁锂电池均衡控制方法，该方法包括如下步骤：消除极化，对电动车的电池进行充电，消除极化；设立均衡目标，当电池极化消除之后根据电池各单体电压计算电池各单体剩余电量，把最小单体剩余电量及平均单体剩余电量二者的平均值作为均衡目标；计算均衡控制指令，根据各单体剩余电量与均衡目标之间的电量差、均衡电路的有效电流计算得到各单体需要的均衡时间，从而转化为均衡控制指令。
均衡控制，根据计算的均衡控制指令开启均衡控制。
本发明在进入插枪充电时维持短时间的小电流充电，并且利用此小电流充电的期间确定均衡控制指令的新型均衡控制策略，以此增加电池均衡开启的机会，有效防止电池不一致性的劣化。
申请人：轻橙时代(深圳)科技有限责任公司
地址：518000 广东省深圳市南山区粤海街道麻岭社区科艺路3号枫信科创中心522
国籍：CN
代理机构：东莞市神州众达专利商标事务所(普通合伙)
代理人：周松强
更多信息请下载全文后查看。
磷酸铁锂动力电池数字化均衡控制系统论文
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
制、均衡控制算法的运行以及ＤＡＣ数模电蕊输出控制等。
主程序控制流程图如图冬５所示。
通过图舢５可以看到，主程序控制流程为：首先进行程序的初始化，对程序中的全部变量及寄存器进行初始化。
其次检测动力电池缀内部八节单体电池串购电压值并实时显示，最后扫描开始按键以等待调试人员的指示。
图４－５主程序控制流程图
Ｆｉｇ．４－５Ｃｏｎｔｒｏｌｆｌｏｗｇｒａｐｈｏｆｌｈｅｍａｉｎｌａｅｇａｍ
当开始按键被按下时，均衡控制主程序开始执行，主程序首先需要判断电池组是否已经达到了均衡的要求，即遵过计算褥到电池组内单体电池串的平均电压值，并将该平均电压值分别与各个单体电池串的电压值进行比较，得出每次院较的误差电压值，即第五章将要介绍的最大不均衡度。
如果计算得到的最大不均衡度超过了事先设置好的均簿控制阈值电压（如１０ｍＶ），主程序将会进入到均衡控制算法中进行动力电池组的均衡控制。
在执行均衡控制算法的过程中，电压隔离采集电路以及霍尔电流传感器网络将对单体电池串的电压及均衡电路的均衡电流进行实时采集，并将采集到的数据传送至单片机控制单元，用于实现模糊控制器的二端输入，有关模糊控制器的设计将在第五章内容中进行介绍。
经过一段时闻的均衡控制之艨，主程序将再次判断电池组是否已经达到均衡状态，如果没能达到均衡状态，则主程序继续进行均衡控制算法。
如果电池。
磷酸铁锂电池组的均衡控制策略优化研究
ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｏ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｓ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｙ ｒ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｓ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｌ ｉ Ｆ ｅ Ｐ Ｏ４ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｙ ｒ ｓ ｔ ａ ｃ ｋ；ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ；Ｂ ｕ ｃ ｋ — Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ；ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｓ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ｌ ｏ ｗ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｂ ｕ ｃ ｋ — Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ ｓ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｃ ｋ ．Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ
磷酸铁锂电池均衡技术综述
摘 要 ： 了达 到 规 模 储 能 的 电压 和 容 量要 求 ， 酸 铁 锂 电池 需 通 过 串并联 达 到 设 计 要 求 ， 生 产 、 用过 程 为 磷 而 使 的 差 异 导 致 的 电 池 单 体 不 一 致性 ， 影 响储 能 电 站 寿命 的 主要 因 素之 一 ， 重 时构 成 安 全 隐 患。 本 文 从 规 模 是 严 储 能 技 术 基 本 概 念 出发 ， 绍 了现 有 均 衡 方 案 的 基 本 拓 扑 结 构 和 控 制 策略 ， 举 了两 种 实 际 应 用 方 案 ， 出 介 列 提
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ｒｅ — ｏ ｎ ｃ ｅ ａｔ ｒ ｔ ｃ ｓ ａ ｅ ｂ ｉ ｇ ｕ ｉｉｅ ｏ ｓ ｐ ｌ ｉ ｈ ｖ ｌ ｇ ｎ ｍａ ｙ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｉ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｂ ｔ ｙ ｓａ ｋ ｒ ｅｎ ｔ ｚ ｄ ｔ ｕ ｐ ｙ ｈ ｇ ｏｔ ｅ ｉ ｎ ｐ ｌ ｔ ｓ ｉ ｈ ｃ ｌ ｅ ｌ ａ ｃ ｏ
了各 种 方 案 的 优 劣 与 发 展 趋 势 ， 旨在 对 提 高规 模 储 能 的 经 济 性研 究提 供 有 益 的 启发 。
关 键 词 ： 模 储 能 ； 酸 铁 锂 电 池 ； 衡 电路 ； 规 磷 均 均衡 技 术
中 图分 类号 ： ＴＭ９ ２ ９ １ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３９ ７ （ ０ ２） ３ ０ ０ —７ １ ０ — １ １ ２ １ ０ －０ ４０
磷酸铁锂电池荷电均衡管理的仿真计算
前言
目前，以电能为动力的电动汽车的广泛应用对环境和生
态产生了积极的效果，取得了较大的社会效益。但电动汽车
在日常使用过程中逐步暴露出了大量的问题，其中以动力电
池管理系统方面的问题尤为严重。基于此，在充分研究动力
电池的滞回特性以及回弹特性的基础上，使用相关仿真软件
对磷酸铁锂电池进行建模研究，对电池的荷电状态SoC进行仿
∫ = S E oM C F = I nf 1 i (t Si a o l SC o ) C + Q r1 a t e d l B d t （ 1）
Vh = f2 (SoC) = EB EMF + Vh 式中，Qrated表示动力电池的额定容量。当滞回电压Vh为正 时代表电池在充电，当Vh为负是代表电池在放电。 等效阻抗部分的数学关系如公式（2）所示。
是由于锂电池采用了非水溶剂作为电解液，它的电导率要远远
低于使用水溶剂的电解液，较低的电导率使得锂离子电池在以
较大电流放电时，非水溶剂电解液无法及时补充足够的锂离
子，因此导致电池电压下降，当电池中的电流为零时，也就是 电池停止放电时，锂离子会发生一系列变化，从而重新让电池 回至平衡状态，这种现象就叫锂电池回弹电压特性。
·工程教育前沿·
磷酸铁锂电池荷电均衡管理的仿真计算
曾 契 （泸州职业技术学院，四川 泸州 646000） 摘 要：在综述磷酸铁锂锂离子电池特性的基础上，研究了该型动力电池的电压回弹以及滞回特性，建立了磷酸铁 锂电池的仿真计算模型，并使用此模型对荷电状态（State of Charge, SoC）进行了估算。在此基础上，进一步提出了一 种单电感电池荷电状态均衡管理方案，获得了较好的效果。 关键词：动力电池；荷电状态；均衡管理；应用研究
磷酸铁锂电池能量转移均衡策略及其电路研究
磷酸铁锂电池能量转移均衡策略及其电路研究磷酸铁锂电池是一种新型的高性能电池，具有高能量密度、长寿命、环保等优点，成为现代电动车、储能系统等领域中的主流电池之一。
然而，磷酸铁锂电池在使用过程中存在着能量转移不平衡的问题，导致电池寿命缩短、能量损失等问题。
因此，研究磷酸铁锂电池能量转移均衡策略及其电路，对于提高电池的性能和寿命具有重要意义。
本文将从以下几个方面进行探讨：磷酸铁锂电池的能量转移机理、能量转移不平衡的原因、能量转移均衡策略及其电路设计。
一、磷酸铁锂电池的能量转移机理磷酸铁锂电池是一种锂离子电池，其工作原理是通过锂离子在正极和负极之间的往返转移，完成电荷和放电过程。
电池的正极是由氧化物材料组成，负极是由石墨材料组成，电解质是由磷酸盐组成。
在充电过程中，电池的电解液中的锂离子被从正极中的氧化物材料中释放出来，通过电解质和负极中的石墨材料，最终储存在负极中。
在放电过程中，锂离子从负极中释放出来，通过电解质和正极中的氧化物材料，最终形成电流输出。
二、能量转移不平衡的原因磷酸铁锂电池在使用过程中，由于电池内部结构、性质等因素的影响，会导致电池能量转移不平衡，表现为电池内部电压、电荷状态等参数的不同步。
主要原因包括以下几个方面：1. 电池内部材料、结构不均匀，导致电池内部电阻、电导率等参数的不同步，从而影响能量转移的均衡性。
2. 电池内部的使用环境不同，如温度、湿度等因素的影响，也会导致电池内部电阻、电导率等参数的不同步，从而影响能量转移的均衡性。
3. 电池内部的使用条件不同，如充电、放电速率、电流大小等因素的影响，也会导致电池内部电压、电荷状态等参数的不同步，从而影响能量转移的均衡性。
三、能量转移均衡策略及其电路设计为了解决磷酸铁锂电池能量转移不平衡的问题，需要采取相应的能量转移均衡策略。
主要包括以下几种：1. 电池内部均衡：通过在电池内部增加均衡电路，实现电池内部电压、电荷状态等参数的均衡。
均衡电路可以采用被动均衡电路或主动均衡电路，被动均衡电路主要是通过串联电阻、二极管等元件实现均衡，主动均衡电路则采用电子电路实现均衡。
磷酸铁锂动力电池组的主动均衡电路设计与控制策略
（ １ ． 北京 交通 大 学 电气 工程 学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４ ； ２ ． 毕 节添钰 动 力科技 股份 有 限公 司 贵 州 毕 节 ５ ５ １ ７ ０ ０ ）
摘要 ： 针 对单 体 电池 的差异 而 引起 的 电池 效 率及 寿命 等 问题 ， 提 出了一种 基 于磷 酸铁 锂 电池 的 主动
均 衡 电路设 计及 其控 制 策略 。采 用 恒流 源 充 电式主 动 均衡 方式 。 设 计 了基 于 Ｂ ｕ ｃ ｋ电路 的 Ｄ Ｃ ／ ＤＣ恒 流 源 ，使 用 Ｄ Ｓ Ｐ数 字 Ｐ Ｉ 控制 Ｐ ＷＭ 波 来 实现恒 流 源 充 电电流稳 定 ， Ｄ Ｓ Ｐ通过 Ｃ Ａ Ｎ通信 控 制 继 电 器 闭合 来 实现 对 欠 电压 电池 充 电。继 电器作 为 开关 器件 并设计 了继 电器粘连 检 测 电路 。针 对 均衡模 型
采 用 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ进 行 仿真 分 析 ， 验 证 均衡 控 制原 理 的 可行 性 。在 车载 实验 中 ， 成 功 地 实现 了 对 １ ０ ５节磷 酸铁 锂 电池 的均衡 控 制 ， 保 证 了较 好 的一致 性 ， 从 而提 高 了电池组 的 续航 能 力 ， 达 到 了高
ｐ ｈｏ ｓ ｐ ｈａ ｔ ｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ｇ ｒ ｏ ｕｐ
ＺＨＡＯ Ｎａ ， Ｗ ＡＮＧ Ｙａ ｈ １ ， ２ ＹＩ Ｎ Ｔｉ ａ ｎ— ｍｉ ｎ ｇ ￣ ， ＺＨＡＯ Ｌｉ — ｙ ｏ ｎｇ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｂ ｅ ￣ ｉ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｂ ｑ ｉ ｅ Ｔ ｉ ａ ｎ ｙ ｕ
锂电温度均衡技术
锂电温度均衡技术锂电温度均衡技术锂电温度均衡技术是一种用于锂电池组的温度控制方法，旨在确保电池组内各个单体电池之间的温度保持均衡，从而提高整个电池组的性能和寿命。
下面是一步步思考该技术的文章。
第一步：介绍锂电池的应用和问题首先，我们可以介绍一下锂电池的应用范围，如电动汽车、手机、笔记本电脑等。
然后，讨论电池组内温度不均衡的问题，例如存在某些单体电池温度过高，而其他单体电池温度过低。
这种温度不均衡会导致电池组性能下降和寿命缩短。
第二步：解释锂电池温度不均衡的原因接下来，我们可以解释造成锂电池温度不均衡的原因。
例如，由于电池组内各个单体电池的使用状态和充放电不一致，导致温度差异；或者由于电池组内单体电池之间的接触不良，导致部分电池温度过高，其他电池温度过低。
第三步：介绍锂电温度均衡技术的原理然后，我们可以详细介绍锂电温度均衡技术的原理。
该技术通过在电池组内增加温度传感器，监测各个单体电池的温度。
然后，利用控制器对温度过高或过低的单体电池进行控制，例如通过增加散热装置或调整电池组内的电流分布，来实现温度均衡。
第四步：分析锂电温度均衡技术的优势和局限性接着，我们可以分析锂电温度均衡技术的优势和局限性。
例如，该技术可以有效提高电池组的性能和寿命，减少热失控和安全事故的风险。
然而，该技术也存在一些挑战，如增加了电池组的复杂性和成本，以及对控制器的要求较高。
第五步：总结锂电温度均衡技术的前景和应用最后，我们可以总结锂电温度均衡技术的前景和应用。
可以强调该技术在电动汽车和储能系统等领域的重要性，并指出随着电池技术的不断发展，锂电温度均衡技术将会得到更广泛的应用和改进。
通过以上步骤的思考，我们可以编写一篇文章，全面介绍锂电温度均衡技术及其应用。
磷酸铁锂均衡方法
磷酸铁锂均衡方法
磷酸铁锂电池均衡的方法主要有两种，分别是使用锂电池组均衡仪设备和在磷酸铁锂电池组的BMS（电池组保护系统）上加上均衡功能。
均衡仪设备的均衡方式分为充电模式和放电模式。
在充电模式下，接入充电器，设置好均衡仪的参数（比如电池种类、充电满电电压等），充电器经过均衡仪设备对电池组进行充电，在充电的过程中，实际上是对每一串电池进行了充电，让电池组的每一串都充至满电电压（三元锂单节每串满电电压4.2V，磷酸铁锂单节每串满电电压3.65V），这样就有效地对电池组进行了均衡，每串电压趋于一致。
在放电模式下，连接好均衡仪设备，设置好均衡仪设备的参数（比如电池种类、下限电压等），均衡仪会对高压的串进行放电，逐渐降低高压电池的电压，让电池组的每串最后都会跟最低电压的一串电池电压一样，这种均衡方式的优势是简单、快速、效果显著，能快速均衡好电池组。
在磷酸铁锂电池组的BMS上加上均衡功能，让BMS对电池组进行均衡，也能实现对电池组的均衡。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电池厂商在保证电池组的一致性时主要采 取以下几方面措施［2］：
（ 2） 电池内阻的不一致造成工作温度不同、 放电深度不同。
对于串联的电池组串，放电过程电流大小相 等，内阻大 的 电 池，能 量 损 失 大，产 生 热 量 多，温 度升高快，使 化 学 反 应 速 率 加 快，温 度 持 续 升 高 会造成电池变形或爆炸的严重后果。在充电过 程中，内阻较大的电池单体分配到的充电电压较 高，相比其 他 电 池，会 提 前 到 达 预 设 的 充 电 截 止 电压，此时 为 防 止 该 单 体 过 充，能 量 管 理 系 统 会 停止整组充电，多次循环后，不一致性扩大。
在电芯批量生产过程中，由于原料及生产工 艺的波动，电芯的容量、内阻、电压及自放电率均 会有一定的偏差，同时在电芯使用过程中随着充 放电循环 次 数 增 加 及 存 储 时 间、温 度 等 影 响，电 芯容量衰减也会出现不一致，导致在同一电池组
内的电芯出现不一致［1］。在规模储能中，电池组 的不均衡性是影响电池组性能，降低电池组寿命 的主要原因之一。
在使用过程中，电池初始性能参数的差异在 使用过程中形成累积并放大，主要表现在容量和 内阻上。
（ 1） 容量衰减速度不同，导致可用容量不同。 由于电池组中各单体电池吸收电流的能力 不同，在充 放 电 循 环 中，各 单 体 电 池 的 库 仑 效 率 不完全相 同，导 致 电 池 的 可 用 容 量 逐 渐 形 成 差
60 ·综述·
华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
磷酸铁锂电池均衡技术综述
No． 2 2012
李 娜1 ，白 恺1 ，陈 豪1 ，刘 平1 ，牛 虎2
（ 1． 华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045； 2． 国网新源张家口风光储示范电站有限公司，河北张家口 075000）
2 影响电池一致性的因素及缓解措施
2． 1 影响电池一致性的因素 磷酸铁锂电池在成组应用时出现不一致性
问题的产生原因是多方面的，主要源自于生产中 工艺和材料的不一致，其次源于运行中环境的不 一致。
一是生产时导致的不一致性，主要是指电池 在生产过程中由于工艺上的问题以及材质的不 均匀，造成电池之间在初始容量、直流内阻、自放 电现象和充放电效度不 完全相同； 极组的焊接质量直接影响锂离子电池 的欧姆电阻一致性； 电池内杂质的多少决定着电 池的自放电率的大小； 电解液的质量、密度和注 入量对电池容量影响很大等［6］。 2． 2 运行中电池组不一致性扩大原因分析
摘 要：为了达到规模储能的电压和容量要求，磷酸铁锂电池需通过串并联达到设计要求，而生产、使用过程 的差异性导致的电池单体不一致性，是影响储能电站寿命主要因素之一。文章从规模储能技术基本概念出 发，介绍了现有均衡方案的基本拓扑结构和控制策略，列举了两种实际应用方案，提出了各种方案的优劣与 发展趋势，旨在对提高规模储能的经济性研究提供有益的启发。 关键词：规模储能； 磷酸铁锂电池； 均衡电路； 均衡技术 中图分类号：TM912． 1 文献标识码：B 文章编号：1003-9171（ 2012） 02-0060-06
1 规模储能常用概念
电池容量是指在一定条件下（ 放电倍率、温 度、放电截止电压等） 电池放出的电量，用字母 C 表示，单位为安时（ Ah） 。按照 QB / T 2502—2000 《锂离子蓄电池总规范》，电池的额定容量为在环 境温度为（ 20 ± 5） ℃ 时，以 0． 2C 倍率放电至终 止电压时的容量。
异。当各单节电池间容量存在着一定差异时，容 量小的电池最先被充满，而此时电池组充电过程 并未结束，小 容 量 电 池 由 于 过 充，容 量 会 继 续 减 小。放电过程中，小容量的电池又会最先被放完 电，由于电 池 组 这 时 仍 然 在 继 续 放 电，小 容 量 电 池会过放，使得其容量进一步减小。这种不一致 性经过多个充放电周期后会变得更加严重，甚至 会对电池的循环寿命造成严重影响。
（ 1） 电池出厂前一方面提高工艺一致性水 平，另一方 面 是 对 即 将 成 组 的 电 池 单 体 以 电 压、 内阻为标准进行筛选，加强匹配度。
（ 2） 在使用中加强维护，定时测量电池单体 电压，对电 压 异 常 的 单 体 及 时 进 行 调 整 更 换，对 电压测量 中 电 压 偏 低 的 电 池，进 行 单 独 充 电，使
能量耗散 型［8］ 的 均 衡 电 路 基 本 结 构 如 图 1 所示，电池 B1 、B2 ……Bn 分别并联分流电阻 R1 、 R2 ……Rn，当电池 B1 的电压过高时，控制电路将 旁路控制开关 S1 合上，对应的分流电阻 R1 发热， 阻止 B1 电压高于其他单体电压。通过控制电路 反复检测，多轮循环后，达到整组一致。该方法的 优点是结构简单，可靠性高，成本低。缺点是能耗 较大，均衡速度慢，效率低，且电阻散热会影响系统 正常运行，因此只适用于容量较小的电池组。
Summary of Equalization for LiFePO4 Li-ion Batteries
Li Na1 ，Bai Kai1 ，Chen Hao1 ，Liu Ping1 ，Niu Hu2
（ 1． North China Electric Power Research Institute Co． Ltd． ，Beijing 100045，China； 2． Zhangjiakou Wind and Solar Power Energy Demonstration Station Co． Ltd，Zhangjiakou 075000，China）
荷电状态 SOC（ state of charge） ： 电池剩余容 量与额定容量的比值，常用百分数表示［4］。
电池组的不一致性是指同一规格、同一型号 的电池串或并联成组后，其电压、内阻、电荷量等 参数存在一定的差别。根据不一致性对电池组 性能的影响方式和对使用中不一致性扩大的原 因，可以把 电 池 的 不 一 致 性 分 为 容 量 不 一 致、电 阻不一致和电压不一致［5］。
3 均衡电路拓扑结构
电池组均衡电路，是指给电池组另外配一套 电路和控制管理系统，保证电池组内各单体电池 荷电状态相同，防止电池组在使用过程中的过充 及过放，使电池组性能不受损害。
目前常用的磷酸铁锂电池均衡电路分两种： 能量耗 散 型 电 路 和 非 能 量 耗 散 型 电 路［7］。 能 量 耗散型电路较为简单，非能量耗散型电路分为两 种： 一种是由储能元件（ 电感或电容） 和控制开关 组成，另一种主要是应用 DC-DC 变换技术，控制 电感、电容 这 些 储 能 元 件 实 现 能 量 过 渡，达 到 对 电池单体补电或放电的目的。 3． 1 能量耗散型
61
外几乎不变。极化内阻是指电化学反应时由极 化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起 的电阻。内阻是电池最为重要的特性参数之一， 它是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参 数，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的 主要标志［2］。
电池的工作电压是指电池接通负载后，测得 的正极与负极之间的电压。在放电时，电池的工 作电压低于开路电压，这是由于两极极化和内阻 存在的 原 因。在 充 电 时，工 作 电 压 高 于 开 路 电 压，而且随着充电的进行而上升，直到充满［3］。
62
华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER
No． 2 2012
其性能恢复。 （ 3） 避免电池过充电、深度放电，磷酸铁锂
电池在 SOC 小于 10% 或大于 90% 时，电压变化 率较大，容易失控。
（ 4） 对电池组加装能量均衡系统，对电池组 充放电进行智能管理。
综上，影 响 锂 电 池 不 一 致 性 的 客 观 因 素 很 多，不论在 生 产 中 还 是 使 用 中 都 是 难 以 避 免 的。 不一致性对整组寿命的影响是影响规模储能经 济性的重要因素。本文针对措施（ 4） 均衡系统进 行研究。
Abstract： Series-connected battery stacks are being utilized to supply high voltage in many applications in the scale energy storage． However，series-connected battery stacks are prone to life reduction and potential damage due to chemical differences among cells in stack and differences of charging and discharging circumstance． It affects the life of energy storage power plants，even leads to safety hazard． In this paper，previous battery equalizing schemes is introduced based on the common conception of the scale energy storage technology． According to two practical applications，the different equalizing schemes are compared and the trend of equalizing schemes is proposed． It is intended to increase emphasison research on the economy of scale energy storage． Key words： scale energy storage； lithium iron phosphate battery； equalization circuit； equalization technology