【摘 要】
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随着新能源产业的快速发展,会有大批车用锂电池退役下来,而退役电池仍可以继续下一环节使用,退役锂电池的梯次利用问题成为了当下研究的重点问题。主动均衡技术是解决电池组这一问题的关键技术,这对于锂电池组的使用效率和安全性能有着很大的帮助,目前锂电池组主动均衡的理论研究有很多,基础比较扎实,但在实际工程应用中还存在很多问题。本文针对实际应用中对于其控制和策略方面研究不足的问题,进行的主要研究内容和研究结论
【基金项目】
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山东省重大科技创新工程——《退役动力锂离子电池梯次利用关键技术研究》（2019JZZY020810）
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随着新能源产业的快速发展,会有大批车用锂电池退役下来,而退役电池仍可以继续下一环节使用,退役锂电池的梯次利用问题成为了当下研究的重点问题。主动均衡技术是解决电池组这一问题的关键技术,这对于锂电池组的使用效率和安全性能有着很大的帮助,目前锂电池组主动均衡的理论研究有很多,基础比较扎实,但在实际工程应用中还存在很多问题。本文针对实际应用中对于其控制和策略方面研究不足的问题,进行的主要研究内容和研究结论如下。首先,对当前主要的主动均衡拓扑电路和均衡控制策略进行研究,分析了研究较多的几种电路和控制策略,着重分析了当前应用中均衡拓扑和算法的优缺点,梳理了本文主要研究内容及组织结构,然后针对退役锂电池的特殊差异性,分析了各单体电池产生其差异值的内在原因和外在原因,并研究了电池差异值的几种表征,利用文献和国标的电池性能测试方法对梯次利用锂电池进行详细的性能测试实验,验证了其不一致性,并给出这一问题解决主要的途径和方法。其次,研究了反激式电路的基本结构和工作原理,着重分析了反激式电路实际应用中增加的几种吸收电路,选取合适的RC吸收电路并引出了双向反激式均衡拓扑电路,在CCM/DCM下分析了拓扑电路中的能量流动,确定了各元器件具体的设计参数,然后分析了各种均衡变量的策略特点,结合电池OCV-SOC曲线的变化特征,针对电池阶段性的区分问题,设计了一种基于SVM的分组式均衡控制策略,选取电压和SOC双变量作为均衡变量,分别制定均衡指标,引入SVM算法对梯次利用电池进行精确化分组,基于不同的变量进行组内和组间均衡,并针对均衡时电压的波动问题,加入时间间隔进行优化,通过搭建均衡控制系统仿真模型,验证了所提出的均衡策略的有效性。再次,设计了基于MC9S12XEP100的梯次利用电池主动均衡控制系统,介绍了均衡系统包含的主要硬件电路的设计,分析了MCU与LTC3300的软件通讯,阐述了均衡控制算法具体的软件设计流程,并完成了均衡控制板的PCB设计。最后,搭建了六节18650梯次利用锂电池组主动均衡系统实验平台,在静置、1A恒流充电和1A恒流放电的工况下进行了均衡测试实验,测试了系统的通讯信号完整性,电压、电流的采集精度,以及均衡板MOSFET驱动波形和均衡电流采集波形的准确性,利用电池测试和监测系统得到均衡实验的测试数据,数据表明所提出的均衡策略的均衡效率在83%以上。
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