摘 要

锂离子电池因其优异的综合性能，广泛应用于电动汽车中作为其动力源。然而，由于单个电池的各种性能指标不能满足电动汽车的使用要求，通常需要通过串联和并联多个单个电池来形成电池组，以获得更高的输出电压和功率。然而，由于现有的锂电池制造技术，单个电池之间的性能差异是不可避免的。并且随着使用环境的变化和使用时间的增加，性能差异会逐渐加大，最终会影响电池组的正常使用和电动汽车的正常运行。

本文首先阐述了电池的基本工作原理以及充放电特性。然后从锂离子电池的生产制造、工作和存储环节分析了电池不一致性的来源，并归纳了目前改善电池一致性的方法措施。最后从电池开路电压、工作电压、SOC 三个角度论述了锂电池不一致性的表现形式。对几种常见的均衡拓扑结构进行分析，比较它们的优缺点，最终选用多电感型主动均衡拓扑结构，设计了电感式主动均衡电路，并对其工作原理进行分析。最后使用 Matlab 中 simulink 工具包，首先进行由三节电池组成的电池组的充放电模型仿真，对比仿真前后各个单体锂离子电池的均衡变量，实现均衡的目的。

关键词：锂离子电池 主动均衡 不一致性 多电感式

Abstract

battery is widely used in electric vehicles as its power source due to its excellent comprehensive performance. However, due to the various performance indexes of a single battery can not meet the use requirements of electric vehicles, it is usually necessary to form a battery pack by connecting a plurality of single batteries in series and in parallel to obtain higher output voltage and power. However, due to the existing lithium battery manufacturing technology, performance differences between individual batteries are inevitable. And with the change of use environment and the increase of use time, the performance difference will gradually increase, which will eventually affect the normal use of battery packs and the normal operation of electric vehicles.

Firstly, this paper expounds the basic working principle and charging and discharging characteristics of lithium ion battery. Then, the sources of battery inconsistency are analyzed from the manufacturing, working and storage links of lithium ion batteries, and the current methods and measures to improve battery consistency are summarized. Finally, the manifestation of lithium battery inconsistency is discussed from three angles of battery open circuit voltage, operating voltage and SOC. After analyzing several common equalization topologies and comparing their advantages and disadvantages, the multi-inductance active equalization topology is finally selected, the inductive active equalization circuit is designed, and its working principle is analyzed. The battery model is introduced, and the equivalent circuit model is most commonly used in practice. Finally, using simulink toolkit in Matlab, the charging and discharging model simulation of the battery pack composed of three batteries is firstly carried out, and the equalization variables of each single lithium ion battery before and after the simulation are compared to achieve the purpose of equalization.

Keywords: lithium ion battery; active equalization; inconsistent; multi-inductance type

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

第2章 锂离子电池组基本特性和不一致性分析 4

2.1 锂电池基本特性 4

2.1.1锂离子电池工作原理 4

2.1.2 锂离子电池充放电特性 4

2.2 电池不一致性的产生 5

2.2.1 电池不一致性产生原因 5

2.3 锂离子电池组不一致性的表现 6

2.3.1 开路电压不一致 6

2.3.2 工作电压不一致 7

2.3.3 SOC 不一致 7

2.4 本章小结 8

第3章 电感式主动均衡电路设计 9

3.1 几种常见均衡电路分析 9

3.2 均衡拓扑结构工作原理 14

3.3 本章小结 15

第4章 主动均衡电路仿真分析 16

4.1 仿真模型的搭建 16

4.2 仿真结果分析 17

4.3 本章小结 18

第5章 结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

随着经济社会的高速发展，越来越多的家庭有能力去承担私家车的费用，全球私家车的数量正在急速增长，消耗掉大量的化石燃料等一次能源，导致人们面临严重的能源危机。而且由于大量的废气排放，生态环境受到严重破坏。由于电动汽车具有良好的环保特性，电动汽车将会在未来被大规模推广，推动经济的发展和转型。因此电动汽车的发展已经开始被许多国家纳入长期战略规划。

在结构复杂的电动汽车中，动力电池起到极其重要的作用，一方面有储能作用，另一方面还起到动力作用。锂离子电池具有重量轻、能量密度高、自放电率低、循环寿命长、环保和无记忆效应等优点，已成为电动汽车最广泛使用的电源。

电动汽车中不是由单个电池供电的，由于单个电池没有足够的电压水平和功率输出能力，所以电动汽车由多节单体电池级联进行供电。然而在设计和制作过程，受现有水平的限制，各节单体电池之间存在着不一致性，在实际使用过程中，受环境等因素的影响，这种不一致性会进一步扩大。锂离子电池在充放电过程中的不一致性，会导致部分电池过充和过放，不仅缩短电池的寿命，还会降低充放电效率，造成浪费，甚至引起安全问题。

为了解决上述问题，可以分别在电池生产阶段、电池组装阶段和电池使用阶段进行改进，即:(1)严格选择电池制造材料，优化制造工艺，确保电池完成后内部性能参数尽可能一致；(2)选择单体电池的性能参数，选择一致性高的单体电池串，并对单体电池进行分组；(3)在实际使用过程中，使用有针对性的技术手段来改善已经出现的不一致问题。