基于双层极值法的储能系统锂离子电池均衡实验设计.pdfVIP

ISSN1002-4956实验技术与管理第41卷第3期2024年3月

CN11-2034/TExperimentalTechnologyandManagementVol.41No.3Mar.2024

DOI:10.16791/ki.sjg.2024.03.013

基于双层极值法的储能系统锂离子

电池均衡实验设计

颜宁，张骞，朱冬梅，任自艳

（沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870）

摘要：储能系统初始参数和运行环境的差异性，会导致电池单体荷电状态（stateofcharge，SOC）的不一致性，

降低储能系统能量利用率。为解决上述问题，设计了基于双层极值法的锂离子电池均衡实验。采用耦合电感与

Flyback变换器搭建均衡系统双层架构，建立电池组端电压、均衡电流及占空比间的关联特性；以储能电池端电压

作为均衡目标，提出基于双层极值法的锂离子电池快速均衡方法；搭建电池均衡实验教学平台，设计充放电及静

置均衡实验，通过仿真分析和实验数据验证所提方法的有效性。该教学实验将理论知识、实验操作及数据分析相

结合，有助于提升电气工程专业相关课程实验的质量和效果。

关键词：锂离子电池；双层极值法；均衡实验；充放电均衡；静置均衡

中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1002-4956(2024)03-0108-08

锂离子电池因体积小、能量密度高、环境友好等型，主动均衡电路主要分为基于电感元件拓扑、基于

特点被广泛应用于轨道交通、移动通信、航空航天、电容元件拓扑、基于隔离型变压器拓扑和基于非隔离

电力储能等领域[1-3]。在储能系统方面，锂离子电池型DC/DC拓扑四类。这四类拓扑均可以通过开关器

能够为新型分布式电力系统提供稳定支撑。为了使件的通断时长来调整均衡电压和电流，以满足均衡需

储能系统达到一定的电压及容量，通常需要多个电求。其中，利用电感储能的均衡控制精度高、结构简

池单体以串并联形式连接[4]。电池单体的剩余电量、单，所以主动均衡常以电感作为能量传递枢纽。文献[8]

电池电压等参数会因为运行状况、出厂设置等的不利用耦合电感设计了新型均衡拓扑，提出基于电压和

同而存在差异性，且这种差异性会随着储能系统充SOC双变量的均衡控制策略；文献[9]中的能量传递枢

放电循环次数的增加愈加明显，电池中各电池单体纽采用LC谐振电路来消除电池间的不一致性；文献[10]

的“木桶效应”再加上这种差异性将使能量利用率构建了一种基于电感和变压器的两级混合均衡系统，

显著降低[5-6]。利用模糊逻辑控制方法实现电池之间的均衡。

均衡控制是降低储能系统内电池单体间SOC的随着储能系统市场规模的扩大和储能工程研究的

不一致性，提升系统能量利用率的有效手段。目前，开展，锂离子电池储能系统均衡控制是锂离子电池储

就能量调整方式而言，均衡控制可分为耗散式均衡和能系统相关知识和技能培训的重要内容。有鉴于此，

主动式均衡。耗散式均衡是通过电池单体间并联的分本文设计了储能电池双层均衡实验教学实验。首先，

流电阻将电池中多余的能量消耗掉，从而使储能系统利用耦合电感与Flyback变换器搭建均衡系统双层架

中的电池荷电状态保持一致。该方法电路结构简单，构，并描述底层与顶层的均衡逻辑；然后利用改进的

无需额外的电路和能量