摘 要

本文借助仿真软件Matlab针对标称3.7V的18650电池使用等效电路模型进行了电池模型的搭建与仿真，仿真电路放电电流采用脉冲放电的方式。得出在脉冲电流放电的情况下电池端电压随电流以及电池荷电状态的变化。并对电池从满荷电状态放电到零荷电状态的电压变化情况进行整体分析。所得结果对分析预测系统内部的电池性能具有重要的指导意义。

论文还主要研究了锂电池的不同种类及适用场合，依据锂电池种类特点及实验船规格要求进行了锂电池选型，并针对所选电池分析了锂电池充放电特性，在锂电池组不一致性与短路过流等危害的基础上提出了以罗姆LM5238芯片为主的电池保护系统。介绍了电池组均衡系统的一般结构与均衡流程。

本文特色：涉及锂电池知识较为广泛，从锂电池自身特性到锂电池外部管理系统均有论述。

关键词：锂电池；模型仿真；充放电特性；电池均衡保护

Abstract

With the aid of simulation software Matlab, the battery model is build and simulated according to the equivalent circuit model of 3.7V 18650 battery. The pulse discharge current is apply to discharge current of the simulation circuit. The change of the terminal voltage with the current and the state of charge under the condition of pulsed current discharge is obtained. The voltage variation of the battery from full charge state to zero charge state is analyzed. The obtained results have important guiding significance for analyzing and predicting the battery performance in the system.

This paper also mainly studies of lithium batteries in different types and application of occasions, lithium batteries based on species characteristics and experimental ship specifications for lithium battery selection. The discharge characteristics of lithium battery charging has been researched for the selected battery. Lithium battery inconsistency with basic short-circuit and other hazards are put forward on the battery protection system the ROHM chip based LM5238. The general structure and equalization process of battery equalization system are introduced in the end.

Paper features: lithium batteries involved in a wide range of knowledge, from the lithium battery itself to the lithium battery external management system are discussed.

Key Words：lithium battery；Model simulation,；charge and discharge characteristics；battery equalization and protection

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 课题研究目的及意义 1

1.1.2 锂电池储能单元介绍 1

1.2 锂电池储能单元国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 本文主要研究工作 5

第2章 锂电池的选型及特性研究 6

2.1 锂电池的种类 6

2.1.1 锂离子电池 6

2.1.2 锂聚合物电池 7

2.2 锂电池选型及安装 7

2.3 锂电池特性 10

2.3.1 锂电池的充电特性 10

2.3.2 锂电池的放电特性 11

2.3.3 锂电池的充电方案 12

2.4 本章小结 13

第3章 电池均衡及保护系统 14

3.1 电池均衡系统分析 14

3.1.1 电池组不一致性的起因 14

3.1.2 不一致性的不良后果 14

3.1.3 均衡系统的意义及结构 15

3.2 电池保护电路分析 16

3.2.1 电池保护系统硬件介绍 16

3.2.2 电池保护系统程序框图 17

3.3 本章小结 18

第4章 锂电池的建模与仿真 20

4.1 锂电池的模型结构 20

4.1.1 锂电池一阶RC模型 20

4.1.2 锂电池等效电路模型 20

4.2 锂电池仿真的指导意义 23

4.3 锂电池建模仿真 23

4.4 本章小结 25

第5章 总结与展望 26

5.1 课题总结 26

5.1.1全文总结 26

5.1.2实验总结 26

5.2 课题不足及展望 27

5.2.1 课题中的不足 27

5.2.2 课题改进与展望 27

参考文献 28

1. 绪论
2. 引言
3. 课题研究目的及意义

我国内河航运一直是国内交通行业中不可缺少的一项重要环节,但同时内河航运的能源问题也引起人们越来越多的重视。国家希望大力推进新能源产业的发展，内河航运业响应国家号召，引进先进技术，发展低碳型节能型船舶势在必行。

传统内河船舶一般是采用柴油发电机发电供给日常用电^[1]，铅蓄电池作为储能单元，这种方法虽然表面上看成本较低，但是它产生的噪声，重金属污染，柴油机排放等污染使得人们付出更大的代价。并且铅蓄电池虽然价格低廉，但是其寿命较低，需要人工进行定期维护、更换，在其寿命结束之后产生的废旧电池如果处理不好，更是对环境产生巨大的威胁。

在此背景下，本课题提出构建锂电池微电网系统^[2]作为船舶供电系统，以锂电池为储能单元，借助风机和太阳能板通过控制器的转换进行供电，达到减小噪声、降低污染、提供更清洁的能源的目的。同时锂电池储能可以配置电能，解决了风力发电和太阳能发电的间歇性和不稳定性的问题。同时在一条游船上进行安装设备作为实验。因此，本课题在船舶新能源的发展上具有较为实际并且较为深远的意义。

1. 锂电池储能单元介绍

在本课题中，实验船所使用锂电池储能单元由两个锂电池组成，其中作为动力源的锂电池是由16串18650锂电池串联组成，用外电网电能进行外置充电；作为日常用电来源的锂电池，在微电网中作为储能单元进行使用。微电网也可以称之为微网，是一个小型发配电系统，尤其适合在与陆地隔绝的船舶上使用，本课题中的微电网系统是一个包括以风机和太阳能板为主的分布式电源，以锂电池储能单元为储能装置，以风光控制器为监护控制装置的小型发配电系统。