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第3期（总第272期）车用发动机No.3(SerialNo.272)

2024年6月VEHICLEENGINEJun.2024

车用锂离子电池快速均衡方法研究

张宇，王军，常春

（湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室，湖北武汉430068)

摘要：为解决电动车电池在工作时出现的能量不一致的问题，设计了一种基于三绕组变压器的双层均衡拓扑

结构，该拓扑可实现任意单体与单体，单体与部分单体、部分单体与单体、单体与整体之间的能量传输，并通过比较

电池之间的荷电状态（SOC)、工作时的产热情况，确定分状态的均衡控制策略。使用MATLAB/Simulink软件进

行模型搭建并仿真，试验表明：该均衡方法能够有效缩短均衡时长，缓解电池间的不一致性问题，对比传统变压器

均衡方法，静置、充电、放电所需均衡时间分别缩短67.7%，66.12%，30.05%。

关键词：锂离子电池；电池均衡；拓扑结构

D0I:10.3969/j.issn.1001-2222.2024.03.012

中图分类号：TM912文献标志码：B文章编号：1001-2222（2024)03-0074-06

锂离子电池具有能量密度高、自放电率低、循环活性，对应控制策略只能实现单体-单体之间的均

寿命长等优点，被广泛运用于交通运输、航空航天等衡。文献[16]中的多层均衡电路结构设计存在一定

领域[1-2]。但电池在生产时便存在差异，随着使用，问题，对应的策略无法实现单体-部分单体、部分单

电池组的不一致性逐渐加剧[3]，不一致性会导致电体-单体的均衡，只能通过整体-单体进行弥补，从而

池过度充放电、损害电池寿命和存在安全隐患、降低出现均衡速度慢、增加电池产热的情况。

电池的能量利用率[4-5]、加速电池老化和性能衰减，为更好地缓解电池不一致性的影响，本研究提

甚至产生热失控风险[6-7，因此对电池组进行均衡管出一种基于三绕组变压器和电感的新型双层均衡拓

理是延长电池寿命和提升电池组性能的必要扑电路，根据电路结构和电池不同工作状态下的产

技术8]。热情况确定完善的均衡策略，加快电池均衡速度。

目前常见的均衡方法可分为主动均衡和被动均

1均衡电路拓扑结构及原理分析

衡[9]。被动均衡通过将电能转换为热能从而实现均

衡，但存在能量利用率低、产热量大的缺陷。主动均1.1双层均衡电路拓扑结构

衡主要通过电能在电池之间的转移实现均衡，是目基于三绕组变压器和电感的双层均衡电路拓扑

结构如图1所示，该电路由N十1个开关（N为电

前均衡电路研究的主要方向[10-11。文献[12]中基于

变压器的均衡电路，存在控制策略复杂且单一和均池数量）组成的开关阵列、Buck-boost电路和三绕

衡时间长、速度慢的问题。文献[13]中基于buck-组变压器构成。其中底层均衡是基于电感的Buck-

boost和变压器的均衡电路，虽然有效提高了均衡boost均衡电路，以3节电池为一电池组，同组单体

速度，并解决了首尾两端电池的均衡问题，但存在不电池通过电感进行均衡。顶层均衡基于三绕组变压

相邻的电池无法直接均衡的问题，面对多电池串联器，变压器类型为反激变压器，原边绕组通过开关矩

的情况，反而会导致均衡速度严重下滑。文献[14]阵与各个电池组相连，两个副边绕组的其中一个绕

中的多变压器均衡电路存在无法实现单体-单体间组通过开关矩阵与电池组相连，在结构上可实现单

的均衡，影响电池均衡速度且多个变压器带来成本体-单体、单体-部分单体、部分单体-单体之间的灵活

过高和电路体积大的问题。文献[15]中的三绕组变均衡的功能。而另一副边绕组则与整个电池组相

压器均衡电路