✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长毕业设计辅导、数学建模、数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。 往期回顾关注个人主页Matlab科研工作室 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料个人信条格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。 内容介绍一、背景一电池组 SOC 不均衡问题在由多个电池串联组成的电池组系统中如电动汽车、储能系统等由于电池个体在制造工艺、内阻、自放电率以及使用过程中的温度差异等因素影响各电池的荷电状态SOC会逐渐出现不均衡。SOC 不均衡会导致电池组整体性能下降例如电池组的可用容量取决于 SOC 最低的电池这使得电池组无法充分发挥其潜在容量。长期的 SOC 不均衡还会加速电池老化缩短电池组的使用寿命增加使用成本。二主动均衡技术的需求为解决电池组 SOC 不均衡问题电池均衡技术应运而生。主动均衡技术相较于被动均衡技术具有能量损耗小、均衡速度快等优势能够更有效地提升电池组的性能和寿命。基于双层 Buck - Boost 的主动均衡方案是一种较为先进的主动均衡技术它可以在电池静置、充电和放电的不同状态下实现对电池 SOC 的主动均衡确保电池组中各电池的 SOC 尽可能保持一致。二、原理一双层 Buck - Boost 电路结构基本结构双层 Buck - Boost 电路由多个基本的 Buck - Boost 电路单元组成每个单元对应一节电池。一般来说每个 Buck - Boost 电路由电感、开关管、二极管和电容等元件构成。在双层结构中上层电路主要负责电池之间的能量转移下层电路则与电池直接相连实现电池的充放电控制以及与上层电路的能量交互。工作模式Buck 模式当开关管导通时电源电池向电感充电电感电流逐渐增大储存能量开关管关断时电感释放能量通过二极管向负载另一节电池或上层电路放电。在这个过程中输出电压低于输入电压实现降压功能。Boost 模式开关管导通时电感与电源相连电感储存能量开关管关断时电感上储存的能量与电源电压叠加通过二极管向负载供电输出电压高于输入电压实现升压功能。二电池 SOC 主动均衡原理SOC 检测与比较为实现精准的 SOC 均衡首先需要实时、准确地检测各节电池的 SOC。常用的方法是通过测量电池的端电压、充放电电流以及温度等参数利用安时积分法、开路电压法或基于电池模型的方法估算电池的 SOC。然后将每节电池的 SOC 与电池组中 SOC 的平均值或目标值进行比较确定 SOC 的差异情况。例如通过高精度的电压传感器和电流传感器实时采集每节电池的端电压和充放电电流结合电池的内阻、容量等参数利用安时积分法计算出每节电池的 SOC 值进而得到各节电池与平均 SOC 的差值。能量转移策略基于检测到的 SOC 差值双层 Buck - Boost 电路实施相应的能量转移策略。当某节电池的 SOC 高于平均 SOC 时对应的 Buck - Boost 电路进入 Buck 模式将该电池的部分能量通过上层电路转移到 SOC 低于平均 SOC 的电池对应的 Buck - Boost 电路此时这部分电路工作在 Boost 模式接收能量并给电池充电。通过这种方式实现电池之间的能量转移逐渐减小 SOC 差值使各节电池的 SOC 趋于一致。三静置、充电、放电状态下的均衡原理静置状态均衡在电池静置时由于自放电等因素各节电池的 SOC 可能会发生变化并出现不均衡。此时双层 Buck - Boost 电路通过检测各节电池的 SOC 差值若差值超过设定阈值启动均衡过程。由于没有充放电电流的干扰双层 Buck - Boost 电路能够更精确地调整各节电池的 SOC。例如在电动汽车停车静置一段时间后电池管理系统检测到各节电池的 SOC 存在差异便控制双层 Buck - Boost 电路开启均衡将 SOC 较高电池的能量转移到 SOC 较低的电池确保电池组在静置期间 SOC 的一致性。充电状态均衡在电池充电过程中由于各节电池的内阻、极化特性等不同会导致各节电池的充电速度不一致进而出现 SOC 不均衡。当检测到充电过程中各节电池的 SOC 差值超出阈值时双层 Buck - Boost 电路开始工作。它可以将充电电流较大SOC 上升较快的电池的部分能量转移到充电电流较小SOC 上升较慢的电池上使各节电池的充电速度趋于一致避免部分电池过充提高电池组的整体充电效率和安全性。例如在对由多节电池组成的电池组进行充电时若发现某节电池的 SOC 上升速度比其他电池快双层 Buck - Boost 电路会将该电池的部分能量转移到其他电池确保所有电池同步充电达到均衡充电的效果。放电状态均衡放电过程中同样会因电池个体差异导致 SOC 不均衡。当检测到放电时各节电池的 SOC 差值超过阈值双层 Buck - Boost 电路工作。它能将 SOC 较高的电池的能量转移到 SOC 较低的电池使各节电池的放电深度趋于一致避免部分电池过放延长电池组的整体放电时间和使用寿命。例如在电池组为负载供电的放电过程中若某节电池的 SOC 高于其他电池双层 Buck - Boost 电路会将该电池的能量转移到 SOC 较低的电池保证各节电池同步放电提升电池组的放电性能。通过基于双层 Buck - Boost 的电池 SOC 主动均衡技术在电池静置、充电和放电三种状态下均能有效实现电池组中各电池 SOC 的均衡提高电池组的性能、寿命和可靠性这一技术在多节电池应用系统中具有重要的实用价值。⛳️ 运行结果 部分代码 参考文献往期回顾扫扫下方二维码