串联锂离子电池组的主动均衡控制研究
电动汽车用锂电池组均衡控制算法
２ 系 统 概 述
图 １示 出 锂 电池 组 均 衡 管 理 系 统 。锂 电 池 组 由 ６节 锂 电池 串联 而 成 。充 放 电 电流 采 集 模 块 用
以采集 电池组使用过程 中的充放 电电流 ，并依据 该值判 断是否启动 电池组均衡 模块 的均衡功 能 。
均 衡 电流 采 集 模 块 用 以采 集 均 衡 主 电 路 电 流 。 电 压 检 测 模 块 实 时 依 次 采 集 该 组 言
动 力 电池 组 是 电动 汽 车 的 主 能 量 源 ，一 般 由 多 节 单 体 电池 串联 而 成 ，其 状 态 好 坏 和 寿 命 长 短 影 响 整车 性 能 的优 劣 。 电池 组 有 效 容 量 受 最 小容 量 的 电池 单 体 限 制 ［ 但 电池 的容 量 、 】 １ 。 内阻 差 异 、 自放 电率 的不 同 、使 用 环 境 差 异 容 易导 致 电池 容 量 不 平 衡 『。 单 纯 提 高 单 体 电池 使 用 寿 命 对 电池 ２ 】
２ ％ ） 电池 组 电 压 差 明 显增 大 ， 均 衡 现 象 明 显 ， ０ ， 不
较 小的容量差异对应较大 的电压差异 。在 电动汽 车运 行时 。 由于 电池充放 电极不规律 ， 随时有大 电 流输 出， 且持 续时 间短 ， 当电池流过 电流较大 时 ， 其 欧姆压 降与极化 电压 的和很大 ，通过判 断外 电 压对 电池 Ｓ Ｃ进行判断将导致误差很大。而 当电 Ｏ 流较 小时 ．在 电池上产生 的欧姆压 降和极化 电压 较 小 ， 时 电池 容 量 差 异所 占比重 较 大 。 通 过 外 此 可 电压 差 异 判 断 电池 的 Ｓ Ｃ差 异 。 因此 ， Ｏ 电池 处 于 使用初期或末期 ， 且工作 电流较 小时 ， 以电池 电压
锂电池组主动均衡控制策略
锂电池组主动均衡控制策略随着电动汽车的快速发展和智能电网的建设，锂电池作为一种重要的能量储存装置，其安全性、可靠性和寿命等方面的要求也越来越高。
而锂电池组主动均衡控制策略正是为了解决锂电池组在使用过程中容易出现的不均衡问题而提出的一种控制方法。
锂电池组是由多个单体电池串联组成的，每个单体电池在容量、内阻、电压等方面都有一定的差异。
在使用过程中，由于充放电不均衡、内阻差异、温度不一致等原因，锂电池组中的单体电池之间会出现电压差异，进而影响整个电池组的性能和寿命。
因此，锂电池组主动均衡控制策略的出现可以有效解决这个问题。
锂电池组主动均衡控制策略的核心思想是通过控制电流的流动，将电池组中电荷不均衡的部分转移到电荷较低的单体电池上，以达到均衡电池组电荷的目的。
具体而言，锂电池组主动均衡控制策略可以分为两种方式：有源均衡和无源均衡。
有源均衡是指通过外部电路和控制器来主动调节电池组中的电流分布。
其中一种常用的有源均衡方法是采用电流源控制电池组中的电流流动，通过调整电流源的输出，使电流在电池组中均匀分布，从而实现电池组的均衡。
这种方法具有均衡效果好、控制精度高等优点，但同时也存在成本高、能量利用率低等缺点。
与有源均衡相对应的是无源均衡，无源均衡是通过改变电池组内部的电路结构，使电流在电池组中自然地流动，以实现电池组的均衡。
无源均衡方法包括串联阻容、串联变流等技术，通过改变电池组内的电路参数，使电流在电池组中自动分布，达到均衡的效果。
相比于有源均衡，无源均衡的成本较低，但均衡效果和控制精度可能会有所降低。
除了有源均衡和无源均衡，还有一种常见的锂电池组主动均衡控制策略是基于电压调整的方法。
该方法通过调整电池组中每个单体电池的充电和放电电压，使电池组中的电压保持在一个较小的范围内，从而达到均衡电池组电荷的目的。
这种方法的优点是控制简单、成本低，但均衡效果相对较差。
在实际应用中，锂电池组主动均衡控制策略可以根据具体的应用场景和要求进行选择和调整。
主动均衡技术的研究与实现
航 天等 多个领 域Ｉ 。
全 球 能 源和 环境 问题 日益严 峻 的情 况 下 ，新 能 源汽 车 已成 为 当今 人们研 究 的热点 ，以锂 离子 电池 作 为汽 车等 交通 工具 的动 力源更 是倍 受青 睐。 电动 汽车 为 了达 到一 定 的 电压 、功 率和 能 量 等 要 求 ，动 力 电池 需要 串并联 成组 使 用 ，组装 一 辆 电 动 汽车 需要 几百块 的锂 电池 。 电池 一致 性是 决定 整 组 电池 寿命 的一个 非 常 重 要 的 因素 。理 想 状 态下 ，单 体 电池 性 能一 致时 ，充
坏 或 者 失 效 的 问题 ，基 于 Ｄ — Ｃ 法 实现 了 电池 组 主 动 均 衡 功 能 。 实 验 结 果 表 明 ，该 系统 均 衡 电流 Ｃ Ｄ
大 、效 率高 、效 果显著 ，可 以有效 地 延长 电池组 的寿 命 。 关 键 词 ： 锂 离子 电池 ：电动 汽 车 ：电池 管 理 系 统 ；主动 均 衡 ，开 关 电容 （ 电感 ）法 ；变压 器 法 ：
ＤＣ～ＤＣ 法
１ 前 言
锂 电池 以其 能 量 密 度 高 、循 环 寿 命 长 、 高 电 压 、无污 染 、无 记 忆效 应 、快速 充 电等诸 多优 点 已 广泛 应 用 于 储 能 、通 讯 、 电动 工 具 、 交通 、军 事 、
放 电使 出厂 时 电池 间很 小 的差 异也 会 变成 不 可忽视 的 差异 ；使 用者 水 平 不一 ，人 为原 因造 成池 电压 较 高 时 ，可 以将其 多余 的能量 转 移 到整 个 电池 组 以实现 主动均衡 功 能。
主动 均衡 指 不把 电压 较 高 的 电池 的能量 通 过 电 阻 消耗 掉 ，而 是将 其 能 量传 递 给 电压 较 低 的 电池 ，
锂电池的均衡的原理和事项
为了给设备提供足够的电压，锂电池包通常由多个电池串联而成，但是如果电池之间的容量失配便会影响整个电池包的容量。
为此，我们需要对失配的电池进行均衡。
本文将讨论电池均衡原理以及SOC调整，对在放电过程和充电过程中均衡电池提出几点注意事项以及电池均衡建议，并讨论均衡电路的功能要求。
电池均衡原理图2为目前所用的电池均衡电路。
Cell1和Cell3表示电池，(R1, T1)到(R3, T3)为均衡电路。
此处假设晶体管T1、T2、T3以及电阻R1、R2和R3为电池监测器的外部元件，实际上可以将它们集成在电池监测器中，但考虑到面积和功耗问题，T1、T2和T3的体积必须缩小。
将这些晶体管集成到芯片中可将均衡电流降低到10mA以下，延长失配电池的均衡时间。
此外，为避免电池监控器内部发热引起A/D转换器和模拟调整电路性能退化而产生错误测量结果，每次应当只对一个电池进行均衡。
例如，假设在电池放电过程中对Cell1进行均衡，此时充电器断开，晶体管T2和T3保持关断，T1导通。
电池的电路连接如图3所示，图4是其戴维宁等效电路。
从等效电路中可得出晶体管T1构成的Cell1放电路径并没有从Cell2和Cell3吸收电流的结论。
因此，晶体管T1只对Cell1进行放电。
同样，T2和T3也只分别对Cell2和Cell3放电。
另一方面，Cell1的放电路径与负载电阻有关。
如果负载电阻比R1+T1高，那么大部分放电电流会经过功率晶体管T1。
然而，如果负载电阻较低，部分放电电流便会经过负载，从而降低了均衡效率。
电池均衡等效放电电阻的计算公式为：为减少放电时间，功率晶体管的导通电阻必须非常小，同时R1电阻也必须尽可能小。
通常负载电阻与系统有关，难以控制。
建议选用阻值高过R1+T1的负载电阻，这样大部分放电电流会经过功率晶体管而不是负载。
由于负载电流微乎其微，或者根本没有，因此首次调整时的效率会比较高。
典型的初始化调整时间可长达18小时。
如图5所示，如果在充电过程中进行电池均衡，则充电器提供的电流为Icharge ，而Icharge= I'charge+Iload。
一种用于锂离子蓄电池组的主动均衡电路设计
一种用于锂离子蓄电池组的主动均衡电路设计
赵旺彬;黄军;陈海涛
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2018(027)004
【摘要】针对大容量锂离子蓄电池组的均衡管理要求,文章提出一种基于多绕组变压器的主动均衡拓扑电路,采用固定占空比控制,通过多绕组变压器将串联蓄电池组中电压较高单体的能量传输到电池组中,从而实现单体之间的电压均衡.采用Simulink软件进行了仿真验证,结果表明:多绕组变压器均衡电路电池组可以实现大电流快速均衡.该方法可为卫星上大容量电池均衡设计提供参考.
【总页数】6页(P61-66)
【作者】赵旺彬;黄军;陈海涛
【作者单位】上海空间电源研究所,上海 200245;上海空间电源研究所,上海200245;上海空间电源研究所,上海 200245
【正文语种】中文
【中图分类】V442
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基于单片机的锂电池组主动均衡设计
基于单片机的锂电池组主动均衡设计锂电池是一种高能量密度、长寿命、无记忆效应、轻量化的电池，被广泛应用于移动设备、电动汽车等领域。
然而，由于其内部的化学反应不可避免地导致电池组内部电压不均衡，这就需要进行主动均衡来延长电池组的使用寿命和提高性能。
基于单片机的锂电池组主动均衡设计可以通过监测电池组内部电压和温度情况，并通过控制电池组内部的均衡电路，实现对电池组内各单体电池的充放电控制，从而达到均衡的目的。
首先，单片机需要能够实时监测电池组内部各单体电池的电压和温度信息。
可以通过使用模拟转数型数字转换器（ADC）将模拟电压信号转换为数字信号，在单片机中进行处理和分析。
同时，通过温度传感器实时监测电池组内部的温度情况，并将其转换为数字信号供单片机处理。
其次，单片机需要根据监测到的电压和温度数据来判断电池组的均衡状态。
通过设定一定的均衡阈值，当一些单体电池的电压超过或低于设定的阈值时，单片机会判断该单体电池需要进行均衡操作。
然后，单片机需要控制电池组内部的均衡电路来实现均衡操作。
均衡电路通常由放电电阻和放电开关组成。
单片机可以通过控制放电开关的开关状态来控制电池的充放电过程，从而实现对电池组内各单体电池的均衡。
最后，单片机可以通过显示屏或者其他输出设备实时显示电池组内部各单体电池的电压和温度信息，以及均衡操作的状态。
这样可以方便用户了解电池组的使用情况，及时采取措施来保护电池组的性能和寿命。
总之，基于单片机的锂电池组主动均衡设计可以实现对电池组内部各单体电池的主动均衡操作，并提供实时监测和显示电池组信息的功能。
这对于延长电池组的使用寿命和提高性能具有重要意义。
基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究
基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究
傅军栋;陈浩杰;孙翔;华天亮;刘深深;刘珺
【期刊名称】《华东交通大学学报》
【年(卷),期】2024(41)1
【摘要】【目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。
【方法】首先,将多智能体控制策略引入电池管
理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数已知的虚拟智能体使各个荷电状态不一致的电池的状态向其靠近,实现充
放电模式下的荷电状态均衡;最后,对二阶多智能体荷电状态均衡控制策略进行仿真
验证。
【结果】实验结果表明,相比一阶均衡控制策略,自主均衡时间减少了
43.02%,充电模式中均衡时间减少了16.13%,放电模式中均衡时间降低了32.90%。
【结论】多智能体系统在电池的均衡管理中能够实现荷电状态的均衡,有效地降低
了锂电池荷电状态到达一致性的收敛时间。
【总页数】9页(P96-104)
【作者】傅军栋;陈浩杰;孙翔;华天亮;刘深深;刘珺
【作者单位】华东交通大学电气与自动化工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U279.5;TP311
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电动汽车中锂电池组双向主动均衡技术的研究
电动汽车中锂电池组双向主动均衡技术的研究作者：杜三元孟丽囡李根华来源：《电子技术与软件工程》2015年第17期摘要针对电动汽车中锂电池串联组电压不均衡问题，文中基于LTC3300-1芯片研究了一种反激式双向主动均衡技术，完成了均衡电路的设计，并对电路进行了实验测试。
结果表明此均衡电路电荷转移效率高、均衡电流可达数十安培、最大限度的减少了平衡时间和功率耗散、使电池组时刻处于均衡状态，从而使电压差很小，提高了锂电池组的性能，延长了电池使用寿命，增加了电动汽车的续航里程。
【关键词】锂电池串联组电压不均衡双向主动均衡 LTC33001 引言电动汽车最关键的部分是其动力来源，而锂电池的优异特性得到了人们的青睐。
但是，单个的锂电池电压低、容量小完全满足不了电动汽车的电能需求，所以需将锂电池连接成电池组来使用，目前电动汽车电池组最常用的为串联。
然而，由于制造工艺和运行中影响，单个锂电池的电压、容量、内阻、自放电等的差异性使得锂电池组出现“短板效应”而影响了整体的性能，故需采取措施来减少锂电池组各单体电池之间的不均衡问题。
目前有两种方法：一是从制造工艺上降低不均衡；二是利用辅助均衡技术。
锂电池组受运行状态的影响，前者不能从根本上解决不均衡问题，所以还是要采取外部均衡电路来完成。
2 锂电池组主要均衡技术2.1 现阶段主要均衡电路均衡电路一般分为能量耗散型和非能量耗散型。
能量耗散型电路典型代表是开关电阻型电路，其是通过电压高于平均值的电池给与其相连的电阻放电产生热能的形式来达到整个电池组的电压均衡，电路简单、控制容易，适用于充电均衡。
但是当整个电池组中多数电池电压高于平均值时，均衡效率就会非常低，而且会产生很大的热量，对电池组造成不利。
能量非耗散型均衡电路是把电容、电感等储能元件跨接在整个电池组上通过开关之间切换将高电压电池的电荷转移到低电压电池以能量转移的形式完成相邻电池间的均衡。
主要有开关电容（电感）型和变换器型等，可以工作在充电、放电、静置状态下。
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串联锂离子电池组的主动均衡控制研究
摘要：对于传统的主动均衡技术来说，通常情况下，存在着电量传递效率低、控制过程复杂等问题。
为了彻底解决上述问题，本文结合电感、电容的电量转移技术，提出锂电池组主动均衡方法。
均衡技术以boost技术和法拉电容为基础，在锂离子电池组中，可以在任何两个电池之间进行电量的传递，使得锂离子电池组在一定程度上实现电压均衡，并且可以将综合效率提高到84%，其特点主要表现为控制灵活、电量转移效率高等，静置状态下，可以进一步对大容量的串联锂电池组的电压进行均衡处理。
关键词：锂电池组主动均衡法拉电容boost
1 概述
随着人们的环保意识不断增强，人们对节能环保给予高度的关注，在这种情况下，新能源汽车逐渐成为汽车工业发展的主流趋势。
而锂电池作为一项重要的因素，在一定程度上直接影响并制约着新能源汽车的推广和产业化。
电池管理模块（Battery Management Module）对于电动汽车来说，是一个核心部件。
在发展、推广电动汽车的过程中，电池管理技术是一项关键技术[1]。
对于锂离子电池来说，凭借自身能量密度高、工作电压高等优势，进而在一定程度上广泛应用于各行各业[2]。
由于锂电池的工作电压通常情况下只有
2.5～4.2V，在实际应用中，为了提高工作电压，通常情况下，需要将若干只单体锂电池进行串联处理。
但是，受生产工艺的影响和制约，在容量、电压、内阻及自放电率等方面，锂电池单体之间存在一定的差异，即使电池来源于同一批次，各个电池之间同样存在一定的差异性。
在实际使用过程中，正是由于电池之间存在这种差异，进而在一定程度上严重影响锂电池的使用寿命，在这种情况下，需要对串联锂电池组进行均衡管理[3]。
2 锂电池组的均衡方式
对于锂电池来说，在实际使用过程中，通常情况下，通过被动均衡、主动均衡两种方式对锂电池组进行均衡[4]。
其中，在充电过程中，被动均衡方式主要是利用均衡电阻对高电压单体电池进行放电处理，使得整组电池电压在一定程度上确保一致性。
对于该均衡方式方式来说，同样存在缺点，主要表现为：对能源造成浪费，该均衡方式受放电电流的影响，不能在大容量锂电池组中使用。
在电量转移方面，对主动均衡方法来说，其转移方式通常情况下包括电感、电容两种。
其中，Boost/buck的电感均衡是进行电感转移的基础，利用电感均衡在相邻电池之间对电量进行传递，在一定程度上通过电量传递，进一步使电量由高电压电池完成向低电压电池的转移，其电量传递效率通常高于80%。
这种均衡方式同样存在弊端，主要表现为：电量传递只能发生在相邻锂电
池之间，对于彼此不相邻的锂电池来说，为了进一步实现电压的均衡，通常情况下需要对锂电池的电量进行多次传递，在这种情况下，使得电量的传递效率进一步降低。
在锂电池组中，由于单个均衡模块只能均衡两个相邻电池的电压。
对于多串锂电池组来说，为了对电压进行均衡，通常情况下需要设置多个均衡模块，在这种情况下，使得系统在一定程度上变得越加的复杂。
对于电容转移方式来说，在锂电池组中由于电压之间存在几毫伏到几十毫的差异，使得单次转移的电量不断降低，同时降低了转移效率[5]。
3 新型主动均衡方案的设计与分析
通过对电感、电容的电量转移技术进行综合分析，本文提出新的均衡方法，进而在一定程度上对锂电池组中的任意两节电池进行电量传移，与传统纯电容方式相比，提高了单次转移的电量[6]，如图1：
■
图1 主动均衡系统的组成
电容控制单元如图2所示，该控制单元通常情况下主要包括：电容充电控制MOS管、电容电压检测单元等。
其中，电容充电控制MOS管作为操作机构，能够对电容的充放电进行控制；电容电压检测单元能够对电容电压进行检测，同时将电压传递给主控单元，进而为设置Boost的占空比提供参考依据。
■
图2 电容控制单元
对于该均衡方法来说，其工作过程为：锂电池组单体电池的电压，利用电压检测单元对其进行检测，是否启动均衡装置，需要由主控单元根据单体电池电压的实际情况，对锂电池组进行判断。
对于电量传递，通常情况下，可以分为两部分，分别为电容充电部分和电容放电部分。
实践经验显示，利用3.8V的电池对初始电压为0的20F 的法拉电容进行充电时，在充电回路中，如果存在200mΩ
的阻抗，并且不对充电电流进行控制，在这种情况下，在6s 内电容电压从0V充至3.0V，而充至3.7V仅需15秒。
根据公式（1）可以进一步计算电容充电时间，其中：F、R、UB、UC、UC0、UC1分别代表电容容量、充电回路中的等效电阻、电池电压、电容电压、电容初始电压、电容充电终止电压。
通过适当降低电容充电终止电压，在一定程度上可以缩短充电时间，电容放电电流和均衡效率受Boost控制MOS管控制信号的占空比的影响。
t=F?R?■■dU■（1）
根据公式（2）计算的占空比。
在电容放电初期，与被均衡电池的电压相比，电容电压比较低，并且两者之间存在比较小的差异，此时需要的占空比较低，随着不断延长电容放电时间，电容与电池之间的压差逐渐增大。
在这种情况下，
如果不对占空比进行调整，会进一步降低放电电流，从增加了放电时间。
通过对占空比进行调整，在一定的范围内对放电电流进行控制。
D■=1-■（2）
4 实验与测试
均衡静置过程中，利用该技术方案，对6串锂电池组的充电过程进行均衡，电容的放电电流为2A，放电终止电压为2V，电池电压值减去0.3就是充电终止电压。
根据公式（1）可以计算，当电池电压为3.8V时，电容充电终止电压为3.5V，在这种情况下，电容充电时间为7.2s，充电平均电流为4.1A。
选择两个20F串联的法拉电容模块对法拉电容进行处理，耐压为5.4V。
Boost控制频率设定为2kHz。
且偏压限设为
20mV，均衡前后的电压对比如表1所示，可以进一步改观电池均衡性。
表1 6串电池均衡前和均衡后电压比较表
■
5 结论
通过上述分析，与现有的技术相比，主动均衡技术的特点主要表现为：①能够对锂电池组中的电压进行灵活的控制，利用本技术可以对电池组中任意两节电池进行电量之间的传递，对于传统的电感均衡方法只能在相邻的电池之间进行电量传递的问题，通过利用该技术，进而在一定程度上能
够彻底地解决。
②提高了电量的转移效率，单次综合电量传递的效率可达到84%。
③由于采用了大容量的法拉电容，且电容放电的深度大，所以单次转移的电量高。
参考文献：
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cell charge equalization converter with reduced number of transformer windings[J].Power Electronics，IEEE Transactions on Power Electronics，2012，27（6）：2900-2911.
[5]黄勤，严贺彪，凌睿.串联锂电池组无损均衡管理方案设计与实现[J].计算机工程，2011，12：226-229.
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