【锂离子电池组的被动式电池均衡】电池组由两个并联的串联电池组成，每个并联串联都包含四个串联电池，目标是通过在电阻器上放电高SOC电池，直到所有电池的SOC相等附Simulink仿真

最新推荐文章于 2025-07-21 12:18:54 发布

Matlab算法改进和仿真定制工程师

最新推荐文章于 2025-07-21 12:18:54 发布

阅读量487

点赞数 16

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签： Simulink

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Matlab245/article/details/149166368

✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，擅长数据处理、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

🍊个人信条：格物致知,完整Matlab代码及仿真咨询内容私信。

🔥 内容介绍

在锂离子电池组的实际中，由于电池个体在生产工艺、材料特性以及使用过程中的差异，各单体电池的荷电状态（State of Charge，SOC）会逐渐出现不均衡现象。这种不均衡会导致电池组整体性能下降，甚至影响使用寿命和安全性。对于由两个并联的串联电池组成，且每个并联串联都包含四个串联电池的电池组结构，被动式电池均衡是一种通过在电阻器上放电高 SOC 电池，直至所有电池 SOC 相等的有效方法。本研究将围绕这种特定结构的电池组，深入探讨被动式电池均衡技术的原理、实现方式及效果。

二、被动式电池均衡原理

2.1 电池不均衡的影响

在锂离子电池组中，电池不均衡会带来诸多负面影响。当各单体电池 SOC 不一致时，在充电过程中，高 SOC 的电池会先达到满电状态，若继续充电，可能会导致过充，引发电池发热、容量衰减，甚至存在安全隐患；在放电过程中，低 SOC 的电池会先放电至截止电压，使整个电池组无法继续放电，造成电池组容量无法充分利用。对于由两个并联的串联电池（每个并联串联含四个串联电池）组成的电池组，不均衡还会导致各并联支路电流分配不均，进一步加剧电池的性能差异，降低电池组的整体效率和可靠性。

2.2 被动式均衡基本原理

被动式电池均衡的核心原理是通过消耗高 SOC 电池的能量，使电池组内各单体电池的 SOC 趋于一致。具体到本研究的电池组结构，当检测到某个串联支路中的电池或某几个电池 SOC 高于其他电池时，利用电阻器作为耗能元件，将高 SOC 电池多余的电量以热能的形式消耗掉。在这个过程中，高 SOC 电池持续放电，其电压逐渐降低，SOC 也随之下降，而其他电池则保持正常的充放电状态。随着放电过程的持续进行，各电池的 SOC 逐渐接近，最终实现电池组内所有电池 SOC 相等，达到均衡目的。这种方法简单直接，无需复杂的能量转换电路，成本较低，适用于对成本敏感且对均衡速度要求不高的应用场景。

三、电池组被动式均衡设计

3.1 电池组结构分析

本研究的电池组由两个并联的串联电池构成，每个并联串联部分都包含四个串联电池。在这种结构中，每个串联电池组的总电压是四个单体电池电压之和，而两个并联串联电池组则共同承担负载电流或充电电流。由于电池单体的差异，在充放电过程中，各串联电池组以及组内各单体电池的 SOC 变化速度和最终状态会有所不同。例如，在充电时，某个串联电池组中的某个高 SOC 电池可能会限制整个串联组的充电进度，导致其他电池无法充分充电；在放电时，低 SOC 电池会使整个串联组过早结束放电，影响电池组的整体性能。因此，需要针对这种结构设计有效的被动式均衡方案。

3.2 均衡电路设计

为实现被动式电池均衡，设计均衡电路。在每个单体电池两端并联一个由开关和电阻组成的放电支路。开关可选用场效应晶体管（MOSFET）等电子开关器件，通过控制开关的导通与关断，实现对高 SOC 电池的放电控制。当检测到某个电池的 SOC 高于设定阈值（如电池组平均 SOC 的一定比例）时，控制相应的开关导通，使该电池通过电阻进行放电。对于本研究的电池组结构，需要为每个串联电池组中的四个单体电池分别设置这样的放电支路，并且要确保各支路之间相互独立，避免干扰。同时，为了准确检测电池的 SOC，可采用电压检测法、安时积分法等方法，结合微控制器（如单片机）实时监测各电池的电压、电流等参数，根据预设的均衡策略控制开关的动作。

3.3 电阻选型计算

四、被动式电池均衡效果分析

4.1 均衡性能评估指标

评估被动式电池均衡效果的指标主要有均衡时间、均衡精度和能量损耗。均衡时间是指从开始均衡到所有电池 SOC 达到设定一致程度（如误差在 ±2% 以内）所需的时间，它反映了均衡的速度；均衡精度用于衡量均衡后各电池 SOC 之间的差异程度，差异越小，精度越高；能量损耗则是在均衡过程中，通过电阻放电消耗的总能量，能量损耗过大不仅会降低电池组的可用容量，还会造成能源浪费。对于本研究的电池组，通过监测各电池在均衡前后的 SOC 变化、记录均衡过程所用时间以及计算电阻消耗的能量，来评估被动式均衡方案的性能。

五、结论与展望

5.1 研究成果总结

本研究针对由两个并联的串联电池（每个并联串联含四个串联电池）组成的锂离子电池组，深入研究了被动式电池均衡技术。阐述了电池不均衡的影响和被动式均衡的原理，设计了相应的均衡电路，并进行了电阻选型计算。通过实验验证了被动式电池均衡方案能够有效实现电池组内各电池 SOC 的均衡，但也存在能量损耗大、均衡时间长等缺点。该研究成果为理解和应用被动式电池均衡技术提供了理论和实践基础。

5.2 未来研究方向

未来的研究可以从以下几个方面展开。一是探索改进被动式电池均衡技术，如优化电阻选型方法、改进均衡控制策略，以降低能量损耗和缩短均衡时间。二是研究将被动式均衡与主动式均衡相结合的混合均衡技术，充分发挥两种方法的优势，弥补各自的不足。三是针对不同类型和结构的电池组，进一步优化被动式均衡方案，提高其通用性和适应性。此外，随着电池管理系统智能化发展，研究如何将被动式电池均衡技术与智能算法相结合，实现更高效、精准的电池均衡控制，也是未来值得关注的方向。