信息學院智慧能源中心王浩宇課題組提出新型高能效電池均衡架構

ON2019-10-22CATEGORY科研進展

我校信息學院智慧能源中心(CiPES)王浩宇教授課題組提出了一種基于LLC的高能效復合型層級電池均衡電路結構。與傳統串聯電池組均衡結構相比,該復合結構在轉換效率、元件數量、均衡路徑長度和電路可擴展性之間實現了良好的綜合優化。近日,該成果以“An LLCBased Highly Efficient S2M and C2C Hybrid Hierarchical Battery Equalizer”為題,在電力電子領域頂級國際期刊《IEEE Transactions on Power Electronics》上在線發表。

為解決能源危機和生態問題所面臨的嚴峻挑戰,以取代化石燃料車為目標的電動汽車技術,因其高能效、無噪音及零溫室氣體排放等優點,在汽車工業領域具有廣泛的應用前景。在高電壓和高功率的電動汽車儲能系統中,通常需要將低壓鋰離子電池串聯。由于電池單體的差異性,串聯電池組儲能應用面臨著單體電壓不匹配、頻繁充放電等問題,這嚴重限制了電池組的平均可用容量和使用壽命。當前解決該問題的商用方案多采用被動均衡,但該方案利用電阻將多余電量轉化為熱能耗散掉,能效低下,且會帶來熱管理的問題。

為提高電動汽車儲能系統性能,研究人員提出了一種高能效復合型層級電池均衡電路結構。該新型結構采用復合式設計思路,構建了電池單體與單體和電池串與電池模塊之間的多層級均衡結構,并優化設計各級均衡電路參數,從而實現高轉換效率、短均衡路徑長度和少元器件數量等目標。相比于傳統電池均衡技術,該結構綜合優化了轉換效率、元器件數量、均衡路徑長度和電路可擴展性,使其適用于需大量電池串聯的電動汽車儲能應用場景。

該項工作全部在上科大完成,2017級碩士研究生彭發祥為第一作者,2019級碩士研究生韋崢祺為共同作者,王浩宇教授為通訊作者,上科大為第一完成單位。該項研究得到了國家自然科學基金的支持。

文章鏈接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8873627

圖1:提出的均衡電路原理圖(以8節電池為例)

圖2:電池串電壓均衡效果展示