改进反激式开关电源的电池双向均衡系统

作者：张露，胡广地，张琦，邓宇翔
单位：西南交通大学机械工程学院； 西南交通大学汽车研究院


摘要：为了解决电池均衡系统在均衡过程中被充电电池自行放电现象，避免出现不合理电流产生能量损耗，提出了使用主控MOS管与辅控MOS管的改进的电池均衡系统，实现了均衡电路中各回路电流流向的精确控制；以反激式开关电源为核心原件，完成了双向均衡电路的设计。通过在Matlab/Simulink平台下建立完整的均衡系统模型，并建立调参模型作为辅助模型，来对所建立均衡系统进行仿真。研究结果表明，在一定初始条件下，1C充放电倍率下充电时间延长171.1s、放电时间延长143.1s，1/3C充放电倍率下充电时间延长731.2s、放电时间延长868.5s，证实了改进均衡系统的有效性与实用性。

引言
由于环境问题日益严重，电动汽车逐步进入人们的视野，并且成为逐渐成为各大高校与科研机构研究的热点,然而电池问题成为电动汽车普及最大的挑战。为了满足电动汽车正常行驶时的电压与能量需求，电动汽车电池大多由许多电池一起串并联而成。然而，这样做会产生许多问题，比如：木桶效应，加速老化等等。为了解决这些问题，就需要对电池组进行均衡管理。

针对电池均衡系统，国内外科学家也做了大量的工作来进行研究。文献提出了在单体电池两端并联电阻的被动均衡方法，通过电阻放电的方式对电池进行均衡，这种方法的优点是结构简单，然而均衡效率低。文献提出了基于斩波电路的主动均衡方法，通过斩波电路实现相邻电池单体之间电压的均衡，这类方法的优点是效率高，然而仅仅只能解决相邻单体之间电压的不一致问题。文献提出了基于多绕组变压器的均衡方法，可以利用电池组的电压给电池组内单体电池供电，解决了电池均衡的损耗和均衡效果不理想的问题，该均衡结构具有控制简单，效率高，速度快等优点，然而该方案在实际应用中变压器存在体积大，制作困难等缺点。