电动汽车电池组主动均衡技术研究

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1、硕士学位论文电动汽车电池组主动均衡技术研究作者姓名王书彪学科专业电力电子与电力传动指导教师康龙云教授所在学院电力学院论文提交日期2018年4月14日ResearchonActiveEqualizationTechnologyofElectricVehicleBatteryStringADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangShubiaoSupervisor：Prof.KangLongyunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China2分类号：TM4

2、6学校代号：10561学号：201520111423华南理工大学硕士学位论文电动汽车电池组主动均衡技术的研究作者姓名：王书彪指导教师姓名、职称：康龙云教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：电力电子与电力传动研究方向：动力电池组主动均衡技术论文提交日期：2018年4月14日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曾岳南委员：康龙云，谢运祥，王学梅，赵世伟4摘要动力电池的串联电池组在使用过程中，由于电池制造差异与外部环境差异，会出现电池健康状态（SOH），荷电状态（SOC）与开路电压（OCV）的不一致现象（不均

3、衡）。不均衡现象会大大减小电池组当前的可用容量，甚至有可能引发起火爆炸等安全问题。为了预防或消除电池组使用过程中出现的不均衡现象，需要对电池进行均衡管理。本文针对现有主动均衡拓扑的优缺点，在基于开关电感与开关电容的主动均衡拓扑上作了进一步的研究。首先，为了提高串联电池组均衡速度，尤其是串联电池数较多的电池串，本文提出了一种基于buck-boost变换器的分层式双向无损主动均衡拓扑。该拓扑应用了分层均衡的思想，增加可并行工作的均衡路径数量。其均衡电路由两层子电路并联组成，每层电路包含多个由buck-boost变换器构成的均衡子电路。每个均衡子电路可以同步均衡其对应的单个

4、或者多个电池。分析和仿真结果表明该拓扑拥有比现有的基于开关电容或者开关电感的主动均衡拓扑更快的均衡速度，比典型并联均衡拓扑PAE(parallelarchitectureequalizer)减少了30%的均衡时间。然而基于开关电感型的主动均衡拓扑需要众多的电感器与庞大的开关阵列，且开关管均工作在硬开关状态下。为了提高均衡效率，减小均衡系统中开关管的电压应力，提高均衡电路的功率密度，本文提出一种基于三脉波谐振的电路的D-C2C（Directcelltocell直接电池-电池均衡方法）均衡拓扑。可直接将能量从能量较高的电池转移到能量较低的电池中去。该拓扑实现了均衡速度与效

5、率对均衡压差与电压比的解耦，大大提高了低压差时的均衡速度。并且该拓扑可以工作在传统LC谐振状态，也可以工作在三脉波谐振状态。本文通过分析传统LC谐振与三脉波谐振之间的优缺点，给出了一种混合谐振分段均衡策略，在压差较大时，可以获得比单一谐振方式更快的均衡速度与更高的均衡效率。针对以上两种均衡拓扑，本文均通过搭建仿真与实验平台验证了拓扑的有效性与先进性。关键词：串联电池组；主动均衡；分层均衡拓扑；三脉波谐振拓扑IAbstractTheSOH(stateofhealth),SOC(stateofcharge)andOCV(opencircuitvoltage)imbalan

6、ceofbatteriesconnectedinseriesiscausedbytwomajorcategories.Theyaretheinternalsourcesthatconsistofmanufacturingvarianceinphysicalvolume,impedanceandselfdischargeandexternalsourcessuchasthermaldifferenceacrossthepack.Thisreducestheusablecapacityofbatterystrings,shortensthelifetime,andeven

7、posesasafetyhazard(e.g.,anexplosionorfire,etc.).Toeliminatetheinfluenceoftheimbalanceonthecyclelifeandtheavailablecapacityofbatterypacks,thispaperproposestwodifferentequalizationtopologies,thefirstonebasedonbuck-boostconverterandtheotherbasedonLCresonancecircuit.Toimprovethebal