Research on Lithium Batteries Group Equalization Management Approach

Abstract

能源是人类赖以生存的基础，随着社会进步和科技发展，能源问题日益凸显。锂电池均衡管理技术作为锂电池电源管理的关键技术之一，对研究能源问题有着重要的实际和经济意义。本文主要研究磷酸亚铁锂电池组的均衡管理方法，使锂电池组能以更长的使用寿命和更大的可用容量进行工作。本文主要在锂电池等效电路模型、荷电状态（SOC）及容量估计、能量转移型均衡电路、均衡策略等方面进行了研究，并研发了相应的锂电池组均衡管理验证系统。锂电池等效电路模型作为均衡管理技术的基础，对锂电池状态及参数的估计起着至关重要的作用。通过分析现有等效电路模型的优缺点及改进规律，提出了锂电池参数自适应等效电路模型。以PNGV模型为自适应原型，在大量实验的基础上分析出模型参数变化规律，采用模糊控制思想，结合自适应模型框架，最终得出锂电池模糊参数自适应等效电路模型。实验验证了自适应模型在全SOC范围内模拟锂电池真实内部状态的有效性。在参数自适应模型的基础上，通过双扩展卡尔曼滤波估计SOC的同时，估计锂电池容量，并实时修正模型，使得来自模型、测量、累积、老化等因素的误差有效减小，提高状态和参数的估计精度。通过分析现有主要的锂电池能量转移型均衡电路，明确其优缺点，有针对性的设计了谐振软开关均衡电路。该电路利用LC电路存储能量，利用谐振原理转移能量，且在电流过零点切换开关，实现开关损耗小、开断速率更快的软开关，从而以小体积、高效率实现能量转移型均衡。结合上述研究成果，本文提出了一套能在锂电池静置状态、充电过程、放电过程实现较高精度均衡的基于SOC和容量的均衡策略。文中分析了均衡的目标、意义等要点，解释了均衡流程，并通过实验验证了该均衡策略的实用性。为验证上述理论研究成果，结合上述理论设计了一套锂电池组均衡管理验证系统。均衡管理验证系统基于易维护、易修改、易升级、易移植等原则设计，硬件部分将控制板和均衡主板分离设计，便于维护和升级；软件部分采用在uC/OS实时操作系统上运行多任务协同工作完成功能的方式，便于程序的修改和移植。文中还分别对验证系统软硬件的若干关键设计开发问题予以了详细分析和解释