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為了解決動力電池組能量不均衡的問題，本文設計了鋰離子電池主動均衡控制系統。系統由主控芯片TMS320F28335、檢測電路、DC/DC電路、均衡電路、驅動電路等組成。

系統利用無跡卡爾曼濾波算法實時估算鋰離子電池組的荷電狀態，設計基于電池特性的儲能電感式均衡電路，以模糊-PI控制算法調制PWM信號以實現電池組能量的主動均衡。搭建均衡控制系統的硬件實驗平臺，實驗結果達到了預期目標。

為了保障足夠的輸出電壓和輸出功率，動力電池組通常由很多節單體電池串、并聯組成。由于現今制造工藝的限制，各單體電池的相關參數存在很大差異，且隨著電池組使用次數的增加，這種差異更加突出，直接導致各單體電池間容量的不一致，使得工作中容量較大的單體電池欠充欠放，容量較小的單體電池過充過放，造成能量浪費，加速電池組老化，縮短電池組壽命，甚至引發爆炸等安全事故。

利用均衡控制技術使電池組內各單節電池荷電狀態（state of charge, SOC）趨于一致，可以提高動力電池組的能量利用率，減小電池組使用耗損，保障整個用電設備的運行安全。

目前，對電池組均衡控制的研究很多，也各有優劣。

有學者采用能量耗散的方式實現均衡。這種方式優點是控制簡單，而缺點是能量消耗和熱管理的問題。
有學者以開關元件和儲能電容實現能量的轉移。這種方式優點是構造簡單、控制策略容易，缺點在于均衡判據不準確，均衡精度低和均衡效率低。
有學者以電感為儲能元件實現電池組內能量的轉移。該電路優點是擴展性高，缺點是均衡控制策略復雜，能量流動范圍小，均衡控制效率低。
有學者通過變壓器的互感原理實現能量的轉換。這種方式的優點是充電和均衡同時進行，控制簡單，缺點是變壓器均衡能量損耗較大，能量利用率較低，占用空間較大。
有學者通過電池管理芯片進行能量的均衡，這種方式的優點是系統穩定性較好，集成度較高，缺點是管理策略單一，能量利用率有限。

綜上，本文設計了一個基于SOC的鋰離子電池主動均衡控制系統，該系統由主控電路、檢測電路、DC/DC電路、均衡電路、驅動電路等組成，用無跡卡爾曼濾波（unscented Kalman filter, UKF）算法實時估算的鋰離子電池組的SOC作為均衡判據，用模糊- PI算法調制PWM信號以調制均衡電流，實現電池組能量的主動均衡。并搭建了由四節磷酸鐵鋰電池串聯的主動均衡控制系統的實驗樣機進行效果驗證。




圖1  系統總體結構圖

總結
針對鋰離子電池組能量不均衡問題，本文設計了一種主動均衡控制系統，實現了電壓、電流的檢測，UKF算法估算各節鋰離子電池的SOC及電池組的均衡控制。該系統以SOC為均衡判據，當任一節電池間SOC與電池組平均SOC差值大于2%時開起均衡控制。

通過搭建由4節磷酸鐵鋰電池串聯的電池組主動均衡控制系統的硬件平臺測試了系統的均衡效果，能量回收率達到69.2%。由于電感儲能回路上不能斷流，該系統的穩定性尚需進一步優化。