镍氢动力串联电池组均衡充电方法研究

第 26 卷第 2 期 湖 � 北 � 工 � 业 � 大 � 学 � 学 � 报 2011 年 04 月 Vol. 26 No. 2 � Journal of Hubei University of Technology Apr. 2011 [收稿日期] 2010- 12- 09 [基金项目] 国家� 863�项目( 2003AA501900) [作者简介] 吴铁洲( 1966- ) , 男, 湖北天门人,湖北工业大学副教授, 工学博士,研究方向为信号分析与系统集成 [文章编号] 1003- 4684( 2011) 02-0006-03 镍氢动力串联电池组均衡充电 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 吴铁洲, 孙 � 杨, 夏防震, 周慧军 (湖北工业大学电气与电子工程学院, 湖北 武汉 430068) [摘 � 要] 指出串联电池组的不一致性产生的原因.研究了基于拓朴结构分类的集中式均衡充电方法和独立式均衡 充电方法,通过对上述方法的对比分析, 提出了分散―集中式二级均衡充电方法, 它适用于对串联电池数目比较大 的混合动力电池组进行均衡充电.用此方法对 MH-Ni电池组进行充电均衡仿真实验, 结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明用该方法进行均衡 充电效果良好. [关键词] 混合动力汽车;动力电池; 均衡充电 [中图分类号] TM912 [文献标识码] : A � � 电池串联成组使用时, 其许多指标都不能达到 标称值,如电压、容量、充电效率、放电能力等 [ 1] . 研 究表明,这主要是由于串联电池组内单体电池的分 散性造成的 [ 2] .文献[ 3]阐述了这种分散性产生的原 因.随着蓄电池组循环使用次数的增多,单体电池间 的差异也会变大 [ 4] ,电池间的不均衡性是影响电池 组性能和安全的一个不利因素, 对电池组进行均衡 控制是非常必要的[ 5] . 目前电池均衡的参数主要有 SOC(即剩余电 量)和电压两种, 虽然 SOC 是最有效的电池均衡参 数,但目前 SOC都是估算得到的, 并且估算结果一 般存在较大误差 [ 6] .而电池电压作为电池性能的一 个重要参数,在可控条件下(尽量选择差异小的单体 电池成组)基本能反映电池的 SOC [ 7] , 故在本文的 研究中以电压作为均衡的对象. 1 � 常用均衡充电方法分析 从均衡电路的结构形式来分, 可将均衡方法分 成集中式均衡和分散式均衡两种[ 8] . 它实际是以整 个蓄电池组系统是否共用一个均衡器来区分的. 1. 1 集中式均衡充电方法 集中式均衡方法一般可分成两种, 即变压器方 法均衡和继电器网络均衡充电. 本文只对第一种均 衡方法进行分析.文献[ 8]分析了变压器集中式均衡 的原理, 图1为其拓朴图. 图中i B为外接充电源的 电流, ix 为变压器对单体电池的充电电流. 只有在 单体电池间出现不均衡时, i x 通过与端电压较低的 电池相串联的二极管的自动通断发挥作用. 即端电 压较低的单体电池的充电电流为 iB + i x ,使其充电 电流较大,通过这样的调节达到均衡. 1. 2 � 分散式均衡充电方法 分散式均衡器电路常用的有隔离式和非隔离式 两种,这里只分析较经典的基于 C 变换器的非 隔离式均衡器[ 9] . 文献[ 9]中详细讨论了 变换器 均衡电路的原理, 图 2为其电路结构. � � 图2所示 变换器均衡电路只能实现单体 电池邻近电池的能量转换, 对串联电池组中的多个 电池进行能量转换时,需将多个此电路串接起来, 通 过控制各功率开关管来转移能量, 实现均衡. 以上两种方法都能起到均衡充电的作用, 但都 有各自的局限性.集中式均衡法可多个单体电池同 时均衡,在充电时和静置时均可使用. 但维修成本 高,只要控制器、场效应管和高频变压器中的某个损 坏,就要更换整个均衡器电路.此方法也不适合单体 电池数量太大及单体电池本身差异很大的情况. 分 散式均衡法对电池组数量大、单体电池本身差异大 的均衡效果好. 且维修费用低,只需要更换均衡器组 中损坏的那一个,对其它的均衡单元无影响. 但由于 每个单体电池需要一个均衡器和一个控制器, 使得 整个系统的成本高、体积大及质量也大.且充电时间 较长. 基于以上分析,提出一种分散- 集中二级式均 衡方法. 2 � 分散- 集中二级式均衡充电方法 分散- 集中二级式均衡法的原理如图 3 所示. 其中的分散均衡级采用基于 C u^k变换器的非隔离 式均衡器,集中均衡级采用变压器集中均衡器.在这 种均衡方法中, 对蓄电池组是进行分级串联的.例如 先把 10个电池单体串联成 1个电池子组,再把每个 电池子组作为 1个单元与其它的电池子组串联, 增 加蓄电组中单体的总数量. 其工作流程如下:用外电源对蓄电池组进行充 电,充电开始时,分散级的均衡模块暂不工作. 集中 级的均衡模块在整个充电过程中都是在开启工作状 态,对电池子组内的 10个电池单体进行均衡充电控 制.当充电进行到一定程度,蓄电池组中某个电池子 组的端电压达到所设定的限定电压时, 切断外电源, 分散级的均衡模块开始工作, 蓄电池组进入以电池 子组为单元的单独充电状态. 此时,分散级的均衡模 块对相应的电池子组电压电流进行恒压限流模式充 电,最后当检测到的充电电流小于设定的电流下限 值时,两级充电均衡模块停止工作,充电结束. 图 3 � 分散- 集中二级式均衡法的原理图 这种均衡方法既适合电池组数量大也适合电池 组数量小的场合(可通过控制分散级的均衡模块是 否工作来实现) ,其特点是: 在保证充电速度的同时, 能够使每个单体电池在充电结束后既不会欠压也不 会被过充,且电压保持一致, 均衡效果较好;充电电 能的利用率较高; 整个均衡系统具有很强的扩展性, 可根据电池数量的增减灵活调整均衡模块的数量; 均衡系统的适用性强, 适合于各种电池的均衡控制. 3 � 蓄电池组均衡充电仿真实验 对 QNFG27动力型 MH-Ni蓄电池进行充电实 验,蓄电池组由 4个电池子组, 每个子组由 10个电 池单体组成.结构见图 5.初始状态设定为输入电压 有效值 u = 220 V, f = 50 H z,环境温度 t = 25 � . 第 1个电池子组在不接均衡模块和接均衡充电 模块的状态下, 分别进行充电实验测试, 充电结束 后,测得此电池子组中各单体电池端电压值(表 1) . � � � 表 1 � 均衡充电前后单体电池端电压对比 � � V 电池编号 均衡前 均衡后 1 1. 24 1. 499 2 1. 235 1. 464 3 1. 217 1. 456 4 1. 115 1. 394 5 0. 982 1. 402 6 0. 978 1. 421 7 1. 173 1. 433 8 1. 189 1. 447 9 1. 216 1. 453 10 1. 22 1. 476 � � 由表 1知,在均衡充电前后,单体电池的端电压 之间最大差异由 0. 278 V降低到了 0. 05 V(图 4) . 图 4 � 均衡充电前后单体电池端电压曲线对比图 由图 4知,所有单体电池均衡前的端电压均低 于均衡后的端电压,且进行均衡充电后,电池间的不 一致性明显变小(曲线的变化幅度可以看出) .说明 用分散―集中二级式均衡法对串联蓄电池组进行均 衡充电是有效的. � � 分别用变压器集中式均衡法和分散―集中 二级式均衡法对同种条件的串联蓄电池组进行均衡 7� 第 26 卷第 2 期 � � � � � � � � � � � 吴铁洲等 � 镍氢动力串联电池组均衡充电方法研究 充电,每 10 min 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 一次电池子组的电压数据, 由 这些数据绘制的曲线见图 5和图 6. � � 对比图 5和图 6, 容易看出,两种均衡方法得到 的组间电压偏差均小于 0. 05 V, 满足实用要求. 但 分散―集中均衡充电的速度明显快于集中均衡充电 的速度,前者均衡的效果也略好于后者.由于实验中 所用的蓄电池组所包括的单体电池数量不是很大, 这种优势不是特别明显. 4 � 结论 提出一种分散―集中二级式均衡方法, 并用此 方法进行均衡充电实验, 得到的数据与对同一组电 池不采用均衡充电模块而直接充电得到的数据相比 较,证实了这种均衡方法是有效的. 然后, 对 QN- FG27动力型镍氢电池组 (由 4 个子组, 每子组 10 个电池单体串联组成)分别采用变压器集中式均衡 法和分散―集中二级式均衡法进行了均衡充电实 验,结果表明,分散―集中均衡法的充电速度和均衡 效果都比集中式均衡法要好.对于由大量单体组成 的车用蓄电池组的均衡充电可能出现的问题,以及 采用 SOC 直接作为参数来进行均衡充电等问题,还 在进一步的研究中. [ � 参 � 考 � 文 � 献 � ] [ 1] � 麻友良, 陈全世.铅酸电池的不一致性与均衡充电的研 究[ J] . 武汉科技大学学报(自然科学版) , 2001, 24( l) : 45- 51. [ 2] � krein P T , Balog R S. L ife ex tension through char ge e- qualization o f lead-acid batt er ies [ R ] . [ S. l. ] : T el Ecommunications Energ y Confer encd, INTELEC. 24 th Annual International 29, 2002. [ 3] � 王震坡,孙逢春, 张承宁. 电动汽车动力蓄电池组不一 致性统计分析[ J] . 电源技术, 2003. 27( 5) : 438- 444. [ 4] � 孙逢春, 何洪文, 陈勇, 等. 镍氢电池充放电特性研究 [ J] . 汽车技术, 2001( 6) : 124- 128. [ 5] � Paryani Anil, Dickinson Blake. Bat tery Management for Fast Char ge Sy stems � Korea[ R] . H ouston : 19th In- ternat ional Ev s Confer ence, 2002. [ 6] � 麻友良,陈全世, 齐占宁.电动汽车用电池 SOC 定义与 检测方法[ J] . 清华大学学报(自然科学版) , 2001( 11) : 68- 72. [ 7] � H e Zhiqiang, Zhang Chengning, Sun Fengchun. Design of EV Bat tery Managment Sy stem [ R ] . Berlin : 19th Internat ional Ev s Confer ence, 2002. [ 8] � 吴友宇, 梁 � 红. 电动汽车动力电池均衡方法的研究 [ J] . 汽车工程, 2004( 4) : 382- 385. [ 9] � Lee Yuang-Shung, Duh Chun-Yi. Batter y Equalization Using B-i directional C u^k Conver ters in DCVM Opera- t ion[ J] . IEEE. 2005: 761- 765. A Study of the Equalizing Charge of Serial MH-Ni Traction Batteries WU T ie-zhou, SU N Yang , XIA Fang-zhen, ZHOU Hu-i jun ( School of E lectr ical & Elect ronic Engin . , H ubei Univ . of T ech. , Wuhan 430068, China) Abstract: T he unbalanced phenomena of the charge and discharg e o f serial bat teries and their causes are an- aly zed in this paper . T wo ordinary equalizat ion charge methods are discussed. Based on comparison and a- nalysis, a new method o f dispersion-concentr at ion du-grade equalizat ion charg e is constructed, w hich is suit fo r the equalizing charge of numerous serial bat teries on HEV. Simulat ion calculation is processed on serial MH-Ni bat teries w ith this method and sat isfactory result is achiev ed. Keywords: hybrid elect ric vehicle; t ract ion bat tery; equalizing charg e [责任编校: 张岩芳] 8 湖 � 北 � 工 � 业 � 大 � 学 � 学 � 报 2011 年第 2 期 �