【摘 要】
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近年来,电化学储能和电动汽车逐渐普及,由于单体电池的电压及容量限制,通常需要采用大规模串并联的形式为上述应用提供能量载体。串联电池组中的所有单体电池都以相同的速率同时充电和放电,但制造工艺和运行工况的差异会导致单体电池电量的不平衡,降低电池组的实际可用容量。不平衡单体电池容易被过充电或过放电,影响整个电池组的可靠运行。电池均衡是电池管理系统的一项重要功能,它既能补偿电池间制造工艺差异造成的不一致性
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近年来,电化学储能和电动汽车逐渐普及,由于单体电池的电压及容量限制,通常需要采用大规模串并联的形式为上述应用提供能量载体。串联电池组中的所有单体电池都以相同的速率同时充电和放电,但制造工艺和运行工况的差异会导致单体电池电量的不平衡,降低电池组的实际可用容量。不平衡单体电池容易被过充电或过放电,影响整个电池组的可靠运行。电池均衡是电池管理系统的一项重要功能,它既能补偿电池间制造工艺差异造成的不一致性,又可以防止充放电过程中不均一度进一步增大,从而提高电池组的整体性能和预期寿命,近年来逐渐成为电力电子领域的研究热点。本文提出了一套适用于大规模电池应用的非耗散型均衡系统,覆盖了串联电池组内、模块化电池组间以及组内组间两级式的所有均衡场景,详细介绍了各均衡系统硬件电路和均衡策略的设计方法,并通过仿真、试验等手段验证了这些方案的有效性。研究的主要内容如下:（1）分析了电池均衡技术对于电池大规模应用的重要意义,从SOC估计、电池均衡电路（包括组内均衡电路、组间均衡电路、两级式均衡电路）、电池均衡策略等多个角度切入,全面地介绍了电池均衡技术的研究现状。（2）从提高技术经济性角度出发,基于对双向DC/DC变换器进行分时复用的思想,提出了一种低成本的电池组内均衡系统,分析了硬件电路的综合利用率,详细介绍了其拓扑结构和工作原理,给出了关键参数的设计方法,并利用仿真及实验手段对所提方案进行了验证。（3）为基于级联半桥电路的储能系统设计了一种组间均衡策略,将储能电站的典型日出力曲线划分为充放电区间和静置区间,并针对各区间的运行特点,分别设计了相匹配的均衡策略。实验结果显示该策略可有效减少均衡过程的耗时。（4）综合单体电池和电池组的均衡需求,设计了一种基于Flybuck的两级耦合式均衡系统,并基于主从分布式控制方法设计了配套的均衡策略。对耦合系统的控制问题进行了深入研究,通过详细的公式推导,给出了可行的解决方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。
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