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基于复合型分层电池均衡的策略优化林晨扬随着第一批电池达到使用寿命,关于电池淘汰后的处理方式成为一个热议话题。在各种处理方式的意见中,对电池的梯级利用——即对电池确保二次利用的电池各单体间电量均衡是一个引目前,在一级动力电池市场中,大部分厂商对个旁路电阻,在充电即将满格时对电压高的单体更为重要的是,在实践过程中,部分公交公司为保止充电,使得被动均衡开启机会减少,进一步加剧在全局效率和局部效率各有优劣怖。薄N南譡提出的集散式拓扑结构结合了二者各自的优点,但为单体再均衡。本文将在此基础上,对该方案的上的仿真,验证该策略是可行有效的。仄送技肮ぷ髟设单个模块包含龅ヌ宓绯亍F渲校觭。到阵。其中,≡翊覤。到玩做为供体单体或受体单体。而.!ⅲ畇。@仍模态下把均衡器内的能量迁移到量转移到均衡器紫确⑺吐龀逍藕攀筂管闭合,其余芏峡!6缘绺幸摇3涞纭K婧螅进行重新改制封装因具有较高的经济价值而受到广泛重视”U庵址绞侥茏畲笙薅燃跎俜掀绯对环境的污染,但是重新封装的电池相对于首次成型的电池而言,其各项性能较差叩】。其中,如何人关注的问题。各单体的均衡方式还是采取被动均衡,即外加一进行放电均衡俊U庵址绞绞沟玫绯亟瞿茉诔涞阶段的末端实现均衡调节,并造成能源的浪费。证出车率,对末端恒压充电表现出来的时间长、增幅少表示不满,时常在未达到恒压充电阶段即停各单体间的差异程度【。基于以上两点考虑,能在全工况进行主动均衡的方案是未来动力电池可持续发展的关键。主动均衡中,包含有集中式和分散式两种路线,二者对于单体数目较大的电池组依然存在劣势。文献『岢龆嗖慵斗稚⑹酵仄私峁梗淙唤饩隽舜笫目电池组均衡效率的问题,但是所需元件繁多且利用率低,传递过程涉及元件数目多,电量损耗较大。文献则吸纳了上述两篇的优势,提出了在集散式基础上设立模块、模块间采用分散式的方案。该方案的核心是利用电容做为载体,模块内将其充当均衡器转移各单体电量,模块间将其视控制策略进行改进,并通过/原方案模块内的拓扑结构如图所示。假以及。、。形成了控制供体、受体单体的开关矩则决定了模块内处于鸅的状态。对于单个模块而言,需要个处于开关矩阵的堋龆ü堋个电感、鼍馄饕及龃τ谇岸说腗管。在模块内的均衡过程中,电感以复用的方式进行电量迁移。,然后图窃桨钢心?榧涞腂疊拓扑结构图,这是在常见的双向/绯鼐衡原理图的基础上,加以模块,通过各个均衡器对接构成的。其工作原理是:假设均衡器=断开埽耸薄辍#ü鼶。:放电,对撼涞纭机电技术妹沤鹆眯谐涤邢薰荆=ㄏ妹摘要在原“复合型分层电池均衡”中,对于模块间和模块内的策略仅仅采取优先级方案,使得单体电池差异较大的模块均衡器使用频率过大。通过利用/作原理中存在的断续模式?榧浜湍?槟诘木馔一在一个工作周期内,并确定两种工作模态的固定占空比。通过数理计算以及/仿真,证明其具有可靠性和优越性。关键词主动均衡;/籇;固定占空比;一致性中图分类号:南妆晔堵耄篈文章编号:——甤年作者简介:林晨扬,男,工程师,硕士,主要研究方向为动力电池电气系统及软件。
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菌苗二———模块间善尹需要均?槟诩我枰Q\/鼙ん胠原方案的均衡控制策略是对模块内和模块间设定一个优先级。如图荆蹦?榧浜湍?内都需要均衡、存在使用均衡器的冲突时,优先保证模块间的均衡需求。但是,随着时间的推移,模块间的电量迁移从概率上看应该是基本一致的,这时,对于模块内单体一致性越差的模块,由于其均衡器残余电量所构成的电压与模块内各单体的间也将越长。基于这一问题,本文从策略上提出改进方案。慕桨缸凼本文对于原方案的电气拓扑结构不做改动,仅在算法层进行改进。在原方案中,模块间电量但是,由于模块间采取双向/仄私在模块无法进行模块内均衡。假设模块间的电量期内的均衡空闲模态。电路而言,虽然从公式层面看,输出占空比只跟输图?槟诰獾缏吠仄送技扒液鸵氐牡缌壳ㄒ颇L图?榧渚獾缏吠仄送电压之间压差差异性越大,其电量迁移所耗的时关于优先级策略转移优先级高于模块内,并且设置了最小触发值。构,非相邻的两个均衡器之间需要通过其他均衡器进行电量迁移。这就导致迁移途中的均衡器所迁移概率是平均的,那么对于模块内单体一致性最差的模块的迁移效率将最低。基于这种情况,本文提出模块内与模块间同时均衡的策略。该方案对模块内和模块间的均衡模态周期进行了统一,通过复合利用原方案模块内和模块间各自的断续模式行Ю弥关于迁移电量在原方案中,对于模块内和模块间的电量转移量没有做细化计算,而是采用固定占空比控制艿姆绞浇械缌孔R啤6杂贐疊第林晨扬:基于复合型分层电池均衡的策略优化柚镁鈒?槟诘牡サ绺兴騜痓拓扑图绯谺。多余电量迁移至均衡器的L馄鞯缌壳ㄒ浦恋绯谺:的模态开始设置均衡阈值测量各模块挡⒈较测量模块内各单体⒈衡
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~妣岫‘拈兰刚;『’簗一肛“V∥唬,孚,、一。’呗杂呕每:弥淋:皿美贾羭二:三竺砑扑人输出电压有关,但这仅存在于连续模式中则设置于⒃黾臃蠢』芬远康缌浚量,但是控制策略非常复杂,而且因为需要依赖各单体各自的电化特性,容易因温度或纫蛩而降低控制难度。另一方面,设置阈值判断电量迁移量的冗余度,以保证其处于可控的区间内即可。在J笨蹋ヌ逶唬刖馄饕9钩葿缏贰T谡庵帜L拢甋。:会不断地把由于采取固定占空比,供体单体的电压和而影响均衡器的剩余电压。而有着不同剩余电压缏罚蚨部刹扇∩鲜龇桨浮中,模块问的均衡与模块内同时进行。当存在单祭伎阵兰后皿俭皿皿苎奎竺竺美竺疾轶皿祭俭皿美祭疾轶皿一。。稀璶及理想状态下。当负载电流增大或减少,反馈环如不增加艿纪ㄊ奔洌蚯ㄒ浦辆馄鞯牡量将不断累加,从而降低了均衡效率。文献这种方法虽然能非常有效地精细化控制迁移电的变化从而失效。因此,本文提出一种改进型定占空比控制方法。一方面,不对电量的多少设置精确的定量从为了减少模块间电量迁移途中均衡器受到的影响,将模块内和模块问的工作时间一同纳入一个工作周期内。由于迁移过程必然包含有和L赡馨蠨。因此,以单体曰。和旱牡缌孔R莆@俣?,中。其中,L氖背ご觮。到#珺L氖背ご“到#狭髂L氖背ご觮絫。。拓扑电路。此时,ü堋管、电感三、电容氲ヌ迦眨黄鸸钩傻刃电荷转移到电容稀在J笨蹋9睾蚃尢迥诳9囟峡#琒,、!:停畇。。体内开关闭合,禾迥诙ü堋堋电感⒌缛輈与单体及一起构成等效电路。此时,通过控制..的关断,不断把电容电荷转移到及上。在笨痰街芷诮崾鱉管状态与相同,但电感￡上无电流通过,即断流。到跋霣模态下迁移电量的大小,进的均衡器在模态下又会迁移不同的电量给受体单体。同时,不嵊跋霣时长。为了保证周期的一致性,如图荆?槟诘闹芷设置为L虰L畲笫背ぶ汀由于模块间均衡本质也是单电感双向/在原方案中,给模块间的均衡条件设置了一个阈值,只有在超过阈值时才采取行动。在本文体灰恢率保我饩馄饕C床斡肽?槟诰衡,要么参与模块间均衡。其策略如图尽记:L氖背ご觮。到#珺L的时长从5絫:,断流模态的时长从旱絫,。L伎毡任狣。,最大周期为疋;模态占空比为海畲笾芷谖M摺H芷谑背のM摺在模块内,记任意单体为鞯ヌ迤骄缪刮日。,。仍然以ㄒ频缌恐罛:为例,,、旱牡缪分别为圪.、圪:,该模态下的最大周期为瓦,￡为电感值,:分别为相应开关管续、断状态的占空比。在L拢虻绺械缌鞣逯礽删为此时,电池ㄒ频牡缌课甦肛“。咒由于均衡电路为蚀嬖谟式中:”为L┒恕L跏嫉牡容电压。所以,L拢ㄒ频牡绾闪课机电技术图?槟诟髂L伎毡确峙籇年鯻希。模块内所需最小周期模态最大时间模块内工作周期,。.。
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!鹤钩臼瓦而⋯’!C鎋%壶疽话氤涪,篿。一唬篿。一堕塑型瓦:———鴆:掣:券%⋯,‰引一忑一——%赢家话氤傅,‘,一上学吼。琯:环:与粤。摺搿飧荆一:省篺】诎⋯:一.:‰猇;洹/仿真模态下,电感电流谷值为由于均衡电路为蚀嬖谟%一%:。:篢模块的单体而言,记在充电、放电或静止状态下充电电流,则均衡过程中该单体流过的电流期望式中:邑池。和!7直鹞6杂Φ姆诺绾统涞绲相等。则流人均衡电路的放电电流为电池模块、各模块有龅ヌ宓牡刃У缏纺P汀即电容Gㄒ浦恋绯仨竦牡缌课由于模块内和模块间电池均衡时,处于或J健6杂谡龅绯刈槟诘趍个稳态电流为涞缥U诺缥8,电容自放电电流为!!!甦和痗直鹞>夥诺绲缌骱途值为设该单体的内阻为丛蚋玫ヌ宓缪蛊谕滴体内阻。假定,充电或放电的电流是恒定的。,和:是模块间或模块内两个高频芊直鹪贐虰模态极限下的占空比。因此,流过电池牡缌髌谕滴,。褐因而,各高频苡ぷ髟贐和模态极限的占空比区间∽:F渲校,和:分别为文献和文献已给出单独的模块内仿真及模块间仿真,本文依照原文搭建一个拥有为观察直观,采用低频率6稀⒋蟛匠さ姆式进行开环仿真。采用图镜目刂坡呒忌第林晨扬:基于复合型分层电池均衡的策略优化...图刂坡呒⋯弧璳⋯。甞⋯。甧.”.,
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定预定策略,并根据公式、设定占空比,使得全部单体电池抵鸩较蚓庾刺拷具体预设定值如表尽由于改进方案仅在算法策略上进行了优化,除占空比外,同样按表ど柚档牟问捎迷案的算法进行比较。图⑼分别是采用两种控制策略下的单体途馄鞯谋浠魇啤通过比较浠炭梢钥確,原方案在均衡所需时间上略占优势,但最终均衡所得到的档陀诟慕桨浮M保桨付杂谀?槟的均衡过程所需时间较长,而本文方案无论是对模块问还是模块内的均衡速率基本一致。这种安排有效弥补了一致性最差的模块单体的均衡速率在效率上的不足。对比均衡器电压的变化,原方案的两组均衡器最终电压不一致。这会导致在之后新的均衡需求过程中,均衡器初始电压的计算误差累加导致机电技术表电池跏贾导肮丶F骷问瓒图街址桨父鞯ヌ錝值在静置下的变化情况对比元器件名称物理齄、,占空比电容值桨父鞯ヌ錝值在静置下的变化情况,阜ヌ錝值在静置卜的变化情况桨噶阶榫馄鞯缪贡浠榭单体浠榭.%均衡器电压值
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崾均衡策略判断错误。而在新方案里,在模块间达本文通过对复合型分层电池均衡控制策略的优化,避免因模块内与模块间均衡不平衡的问题。通过对整体策略的梳理、数理计算及仿真,说明新的方案具有三点优势:利用替代反馈环方案,简单有效地解决迁移电量不一到均衡状态时,两组均衡器的电压也必然相同,有效避免了累计误差。特征整合模块间与模块内各苷伎毡龋饩了均衡速率不一致和模块问均衡差异性的问题;避免因均衡器残存电压不一致导致的均衡误差累加;依据各元器件电气参数设定固定占空比致问题。第林晨扬:基于复合型分层电池均衡的策略优化图阶榫馄髟诓煌桨赶碌缪贡浠榭龆员参考文献:跆煅牛味嗣罚匚闹牵龋掀︼绯鼗厥赵倮眉际跫熬眯б娣治觥綣】上海节能,:.】郑春燕,张海,郭栋,:汲桑夜履茉雌刀Φ绯鼗厥障低撤晌侍庋芯俊綝】.太原:山西财经大学,.】耿亮,惠泽基,张孝冬,⑾低常,】齐家敏,耿煜,王晓明,,—】钚×焖掣眨斫ㄆ剑龋恢值サ绺兴虻绯鼐獾缏贰綣】.电机与控制学报,,.【】王玉龙,蔡志端,徐静云,—缏返娘胱拥绯鼐饪刂啤綣】.湖州师范学院学报,,苛殖垦铮恢指春闲头植愕绯鼐夥桨浮綣缂际酰:—.慕桨噶阶榫馄鞯缪贡浠榭珻『..甀,,【縄甀,,:—.——猤甈,.—琫