航空蓄電池能量均衡技術(shù)研究

王友仁， 梁嘉羿， 黃薛， 耿星， 陳則王

南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 南京 211106

航空蓄電池能量均衡技術(shù)研究

王友仁， 梁嘉羿*， 黃薛， 耿星， 陳則王

南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 南京 211106

航空電池組中單體電池之間會逐漸出現(xiàn)不一致性，會降低電池組性能和使用壽命，甚至引發(fā)安全事故。本文提出了一種基于主動(dòng)均衡的航空蓄電池組能量均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了一種能量集中式雙向傳遞的Cúk型均衡電路，設(shè)計(jì)了頂部均衡和底部均衡的均衡控制策略。開發(fā)了航空鎳鎘蓄電池能量均衡系統(tǒng)，進(jìn)行了鎳鎘電池組能量均衡實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明新型能量均衡器具有均衡速度快、均衡電池單體可任意選擇、能量雙向傳遞的優(yōu)點(diǎn)，通過電池組能量均衡控制能明顯改善電池組內(nèi)單體之間的不一致性，提高電池組容量利用率和使用壽命。

航空蓄電池； 串聯(lián)電池組； 電池均衡； 主動(dòng)均衡； 均衡控制策略

航空蓄電池作為飛機(jī)的應(yīng)急和輔助電源，其用于啟動(dòng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力裝置，在飛機(jī)主電源發(fā)生故障時(shí)向重要的飛行儀表和導(dǎo)航等設(shè)備供電，以保證飛機(jī)安全飛行和著陸。航空蓄電池工作在高空惡劣環(huán)境下，容易出現(xiàn)活性物質(zhì)脫落、電解液干涸、極板變形、柵極腐蝕及硫化等現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池性能退化甚至失效，無法保證飛機(jī)應(yīng)急供電，從而嚴(yán)重影響飛行安全[1]。

單節(jié)蓄電池電壓較低，航空蓄電池組必須將多個(gè)單體電池串聯(lián)使用才能滿足電壓需求[2]。由于原材料、生產(chǎn)工藝及使用環(huán)境等因素影響，在循環(huán)使用中電池組中單體電池之間會產(chǎn)生不一致性，這將降低電池組容量利用率并嚴(yán)重影響電池的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致安全事故[3]。為了減小不一致性，通過電池均衡管理來實(shí)時(shí)檢測單體電池性能狀態(tài)，通過能量耗散或者能量轉(zhuǎn)移的方式重新分配組內(nèi)單體的能量，減小單體之間容量的差異，提高容量利用率[4]。因此，航空電池組能量均衡與健康管理技術(shù)研究有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用需求。

蓄電池能量均衡技術(shù)主要涉及均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與均衡控制策略。均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。被動(dòng)均衡電路通過耗能電阻分流的方式耗散電量高的電池的電量來降低電池組的不一致性，存在能量耗散嚴(yán)重，均衡效率低等缺點(diǎn)，往往用于實(shí)現(xiàn)充電狀態(tài)下的均衡控制[5-6]。主動(dòng)均衡即非耗散型均衡，通過儲能元件進(jìn)行單體電池之間的能量轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體電池的能量均衡，理論上不消耗電池能量，而是將能量在電池單體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，可實(shí)現(xiàn)充放電狀態(tài)下的均衡控制。因此，主動(dòng)均衡是蓄電池能量均衡的重點(diǎn)發(fā)展方向。主動(dòng)均衡按能量轉(zhuǎn)移的方向進(jìn)行分類，可分為5種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：① 可實(shí)現(xiàn)相鄰2節(jié)電池單體能量轉(zhuǎn)移的相鄰電池單對單型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Adjacent Cell to Cell)[7-9]；② 可以電池組中任意2節(jié)電池單體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移的直接單對單型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Direct Cell to Cell)[10-12]；③ 將任意電池單體的能量轉(zhuǎn)移給整個(gè)電池組的單對多型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Cell to Pack)[13-15]；④ 將整個(gè)電池組的能量轉(zhuǎn)移給任意電池單體的多對單型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Pack to Cell)[16-17]；⑤ 具有單對多和多對單2種工作模式，可實(shí)現(xiàn)電池組與任意電池單體間的能量雙向傳遞的雙向型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Cell to Pack to Cell)[18-20]。

綜上所述，雙向型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有2種工作模式，在充放電狀態(tài)下應(yīng)對多單體電池組復(fù)雜失衡表現(xiàn)出較快的均衡速度和較高的均衡效率。但是，現(xiàn)有均衡方法由于均衡電流工作在斷續(xù)模式下，均衡速度較慢。另外，目前國內(nèi)外主要研究的是電動(dòng)汽車鋰電池均衡管理技術(shù)，有關(guān)航空蓄電池能量均衡與健康管理技術(shù)研究相對較少。

本文提出了一種模塊化的航空電池組能量均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，均衡拓?fù)潆娐吩诒Ａ袅穗p向型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，結(jié)合Cúk變換器能量傳遞電流連續(xù)的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)的基于相鄰電池單體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移的Cúk變換器型均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了能量集中式雙向Cúk型均衡電路。該均衡電路均衡電流工作在連續(xù)狀態(tài)下，均衡速度較快。具有升壓及降壓2種工作模式，可實(shí)現(xiàn)電池組與任意電池單體間的能量雙向傳遞。且使用的功率器件少，具有較高的均衡效率。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用模塊化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，控制簡單。

1 均衡器結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 均衡系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本文提出了一種+28 V鎳鎘航空蓄電池組能量均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用了分層模塊化結(jié)構(gòu)，具有主控模塊和從控模塊2層結(jié)構(gòu)?？梢詫?4節(jié)電池單體組成的串聯(lián)電池組進(jìn)行均衡管理，實(shí)現(xiàn)能量的跨越式傳遞，均衡路徑短、均衡效率高、擴(kuò)展能力強(qiáng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，Celln為任意電池單體。

將24節(jié)電池分為3組，每組8節(jié)電池單體。從控模塊使用能量集中型雙向Cúk變換器均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的均衡控制。主控模塊使用Buck-Boost均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊間的均衡控制。

本文提出了一種能量集中型基于雙向Cúk變換器的均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖2所示)，該電路包括均衡模塊和電池組均衡回路。電池模塊可以使用n節(jié)電池，每個(gè)電池單體使用一個(gè)單獨(dú)Cúk均衡單元。電池組通過均衡回路實(shí)現(xiàn)單體與電池組以及電池組與單體間的能量雙向傳遞。

Cúk均衡單元如圖3所示，一側(cè)連接整個(gè)電池組，一側(cè)連接電池單體，由3個(gè)電容、2個(gè)電感、2個(gè)MOS開關(guān)以及2個(gè)二極管組成，Battery為整個(gè)電池組。通過控制器輸出PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)Sna和Snb實(shí)現(xiàn)電池單體Celln與電池組之間的能量雙向傳遞。

當(dāng)Celln電壓過高時(shí)，使用PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)Sna，Cúk均衡模塊工作在升壓模式，將Celln的能量轉(zhuǎn)移到整個(gè)電池組：

圖1 航空蓄電池組能量均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Fig.1 Energy balance system structure of aircraft battery

圖2 均衡電路結(jié)構(gòu) Fig.2 Structure of equalization circuit

圖3 雙向型Cúk均衡單元電路 Fig.3 Equalization unit circuit based on bidirectional Cúk converter

1) 閉合開關(guān)Sna，Celln產(chǎn)生電流流過電感Lna，同時(shí)電容Cna和Cnb放電使電感Lnb儲能。

2) 斷開開關(guān)Sna，Lna中能量轉(zhuǎn)移到了Cna和Cnb中，Lnb中的能量轉(zhuǎn)移到電容Cn中。

3) 電容Cn的能量轉(zhuǎn)移到整個(gè)電池組中給電池組充電。

當(dāng)Celln電壓過低時(shí)，使用PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)Snb，Cúk均衡模塊工作在降壓模式，將整個(gè)電池組的能量轉(zhuǎn)移到Celln：

1) 閉合開關(guān)Snb，Cn產(chǎn)生電流流過Lnb，同時(shí)電容Cna和Cnb放電使Lna儲能。

2) 斷開開關(guān)Snb，Lnb中能量轉(zhuǎn)移到Cna和Cnb中，Lna中的能量轉(zhuǎn)移到電池Celln中。

3) 電池組放電給電容Cn充電。

1.2 Cúk均衡單元電路

1.2.1 工作原理

1) 升壓模式：單對多均衡

假設(shè)當(dāng)電池Cell2電壓過高時(shí)，使用PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)S2a。

狀態(tài)1：t0～t1

開關(guān)S2a在t0時(shí)刻導(dǎo)通，電池Cell2、L2a和S2a構(gòu)成回路1，電池中電流流過L2a，電流大小為

(1)

式中：EB2為電池單體Cell2的電壓；i1為回路1的電流；t為時(shí)間。

C2、L2b、C2a和C2b構(gòu)成了回路2，C2a和C2b放電，電容C2充電，同時(shí)在電感L2b中儲能?；芈?中電流大小為

(2)

式中：VC2a為電容C2a的電壓；VC2b為電容C2b的電壓；EB為整個(gè)電池組的電壓；i2為回路2的電流；t1=DT，D為PWM波占空比，T為PWM波周期。均衡電流流向如圖4所示。

狀態(tài)2：t1～t2

開關(guān)S2a在t1時(shí)刻閉合，L2a和L2b電流不會突變，二極管D2b導(dǎo)通。

Cell2、L2a、C2a、C2b和D2a構(gòu)成回路1，L2a將儲存的能量轉(zhuǎn)移到C2a和C2b中，電流為

(3)

C2、L2b、D2b構(gòu)成回路2，L2b把儲存的電量轉(zhuǎn)移到電容C2中?；芈?中電流為

(4)

均衡電流流向如圖5所示。

2) 降壓模式：多對單均衡

假設(shè)當(dāng)電池Cell2電壓過低時(shí)，需要使用底部均衡。使用PWM波驅(qū)動(dòng)開關(guān)S2b。

狀態(tài)1：t0～t1

開關(guān)S2b在t0時(shí)刻導(dǎo)通，電池組、電容C2和L2b、S2b構(gòu)成回路2，電池組中電流流過L2b，電流大小為

(5)

Cell2、L2a、C2a、C2b和S2b構(gòu)成了回路1，C2a和C2b放電，電池Cell2充電，同時(shí)在電感L2a中儲能。

圖4 升壓模式狀態(tài)1電流流向 Fig.4 Current flow in state 1 of raise voltage mode

圖5 升壓模式狀態(tài)2電流流向 Fig.5 Current flow in state 2 of raise voltage mode

回路1中電流大小為

(6)

均衡電流流向如圖6所示。

狀態(tài)2：t1～t2

開關(guān)S2b在t1時(shí)刻閉合，L2a和L2b電流不會突變，二極管D2a導(dǎo)通。

C2、L2b、C2a和C2b構(gòu)成了回路2，L2b將儲存的能量轉(zhuǎn)移到C2a和C2b中，電流為

(7)

Cell2、L2a、D2b構(gòu)成回路1，L2a把儲存的電量轉(zhuǎn)移到Cell2中?；芈?中電流為

(8)

均衡電流流向如圖7所示。

圖6 降壓模式狀態(tài)1電流流向 Fig.6 Current flow in state 1 of reduced voltage mode

圖7 降壓模式狀態(tài)2電流流向 Fig.7 Current flow in state 2 of reduced voltage mode

1.2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

以航空鎳鎘電池為研究對象設(shè)計(jì)Cúk變換器，輸入端分別與電池單體相連，輸出端連接8節(jié)電池單體組成的串聯(lián)電池組。單體鎳鎘電池的額定電壓為1.2 V，電壓范圍為1.00～1.68 V，容量為30 A·h。頂部均衡和底部均衡的均衡電流為3 A。

1) MOS開關(guān)頻率

MOS開關(guān)頻率用于控制均衡電流的大小，進(jìn)而決定均衡速度。當(dāng)開關(guān)頻率小于10 kHz時(shí)，均衡電流過大，會造成電池的損壞。同時(shí)，過大的電流會導(dǎo)致電感的能量損耗過大，降低均衡效率。但是當(dāng)開關(guān)頻率過高時(shí)，MOS管的損耗也會增大，而電感電容中的寄生參數(shù)也會在高頻工作環(huán)境下對均衡效率造成很大影響。因此，本文選用20 kHz的開關(guān)頻率。

2) PWM波占空比

當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感電流波動(dòng)的平均值為0，即

(9)

聯(lián)立式(1)～式(4)得到，升壓模式時(shí)Cúk變換器的電壓增益表達(dá)式為

(10)

式中：D1為升壓模式PWM波均衡控制占空比，D1=88.89%。

聯(lián)立式(5)～式(8)得到，降壓模式時(shí)Cúk變換器的電壓增益表達(dá)式為

(11)

式中：D2為降壓模式PWM波均衡控制占空比，D2=11.11%。

3) 電感和電容

電感L的值可由式(1)和式(2)得出：

(12)

Lna=Lnb=47 μH

(13)

電容C的參數(shù)會影響均衡電路的均衡效率、均衡速度及電壓穩(wěn)定性。電容過小會導(dǎo)致均衡時(shí)電壓波動(dòng)過大，造成均衡電路穩(wěn)定性差。電路中電容參數(shù)設(shè)計(jì)為

Cna=Cnb=100 μF

(14)

2 均衡控制策略

以充放電過程中電池單體的端電壓作為均衡控制變量。在充放電過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測每節(jié)電池單體的端電壓，當(dāng)電壓極差超過10 mV時(shí)開啟能量均衡控制。電池充放電均衡控制策略設(shè)計(jì)如下。

2.1 充電均衡

在電池組充電過程中，當(dāng)某節(jié)單體電池電壓上升過快時(shí)，會出現(xiàn)過充的危險(xiǎn)。在充電過程中，啟動(dòng)均衡電路升壓模式，將端電壓最高的單體電池的能量傳遞給其他電池，實(shí)現(xiàn)電池組的“頂部均衡”，避免端電壓較高的單體電池提前到達(dá)最大充電截止電壓，使電池組充入更多能量。

2.2 放電均衡

在電池組放電過程中，性能較差的單體電池端電壓下降速度過快，導(dǎo)致其出現(xiàn)過放的危險(xiǎn)，電池組下降、容量得不到充分利用，連續(xù)放電會加重單體電池之間的不一致性。在放電過程中，啟動(dòng)“均衡電路降壓模式”，使得端電壓最低的單體電池獲得其他電池的能量，實(shí)現(xiàn)電池組的“底部均衡”，避免端電壓低的單體電池提前到達(dá)最小放電截止電壓，使電池組能放出更多能量，且保護(hù)了性能較差的單體電池的安全性與可靠性。

3 能量均衡實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 能量均衡系統(tǒng)開發(fā)

用24節(jié)鎳鎘電池單體串聯(lián)組成鎳鎘蓄電池組，設(shè)計(jì)開發(fā)航空蓄電池均衡管理系統(tǒng)。

主控模塊的功能是收集各均衡管理模塊采集的電壓、溫度以及電池組的充放電電流，與上位機(jī)調(diào)試軟件信息交互，用于電池狀態(tài)顯示及參數(shù)標(biāo)定。主控模塊組成結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 主控模塊組成結(jié)構(gòu) Fig.8 Structure of master module

從控模塊的功能是實(shí)時(shí)采集單體電池的電壓、溫度、充放電電流以及進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和均衡管理的功能。實(shí)時(shí)采集單體電池電壓，根據(jù)電池狀態(tài)進(jìn)行一致性判斷，必要時(shí)執(zhí)行主動(dòng)均衡，從控模塊結(jié)構(gòu)如圖9所示。本文開發(fā)的航空電池組能量均衡系統(tǒng)如圖10所示。

在均衡控制進(jìn)行頂部均衡時(shí)，均衡器工作在升壓模式，通過霍爾傳感器測量升壓模式下的均衡電流。如圖11所示。

頂部均衡時(shí)，均衡器輸入電流為Iimax=2.40 A，Iimin=1.60 A，輸出電流Iomax=0.32 A，Iomin=0.14 A，均衡效率為

(15)

式中：Io(t)和Ii(t)分別為均衡器輸出和輸入電流；Uo和Ui分別為均衡器輸出和輸入電壓。

可以得到頂部均衡時(shí)均衡效率為92%，均衡電流變化與理論分析相同。

在均衡控制進(jìn)行底部均衡時(shí)，均衡器工作在降壓模式，通過霍爾傳感器測量降壓模式下的均衡電流，如圖12所示。

圖9 從控模塊結(jié)構(gòu) Fig.9 Structure of slave module

圖10 航空電池組能量均衡系統(tǒng) Fig.10 Energy balance system of aircraft battery

圖11 升壓模式均衡電流波形 Fig.11 Equalization current of raise voltage mode

圖12 降壓模式均衡電流波形 Fig.12 Equalization current of reduced voltage mode

底部均衡時(shí)，均衡器輸入電流為Iimax=0.9 A，Iimin=0.76 A，輸出電流Iomax=3.6 A，Iomin=3.2 A?？梢缘玫降撞烤鈺r(shí)均衡效率為51.2%，均衡電流變化與理論分析相同。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)對象為24節(jié)GNZ30鎳鎘電池組成的串聯(lián)電池組，電池容量為30 A·h，用標(biāo)準(zhǔn)0.2 C恒流充放電，充放電電流為6 A。采用新電池、舊電池混合組成電池組來模擬各個(gè)單體電池的性能不一致。通過電池組能量均衡實(shí)驗(yàn)研究，提供能量均衡控制對電池組性能指標(biāo)分析，如電壓標(biāo)準(zhǔn)差、電壓極差和充放電時(shí)間。

1) 充電均衡

對模組內(nèi)的8節(jié)電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證從控模塊能量集中型雙向Cúk變換器均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頂部均衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示，U為電壓。

從控模塊充電均衡前后各單體電壓對比如表1 所示，可知，充電未均衡結(jié)束后，各電池電壓極差為78 mV，充電時(shí)間為12 494 s，充入電量為 20.82 A·h，標(biāo)準(zhǔn)差為0.027 7 mV。

充電均衡結(jié)束后，各電池電壓極差為 13 mV，比均衡前減小了83%，且充電時(shí)間為16 464 s，多充電3 970 s，充入電量為27.44 A·h，容量提高了31.8%。標(biāo)準(zhǔn)差為0.004 7 mV，電池一致性得到顯著改善。

對24節(jié)電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14 所示。未使用均衡充電結(jié)束后電壓極差為217 mV，標(biāo)準(zhǔn)差為0.091 23 mV，充電時(shí)間為10 099 s，使用均衡充電結(jié)束后電壓極差為106 mV，減小51.15%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.04 mV，充電時(shí)間為12 036 s，延長了1 937 s，電池的容量提高了19.18%。

圖13 從控模塊充電均衡電壓曲線 Fig.13 Voltage curves in charging equalization of slave module

表1 從控模塊充電均衡前后各單體電壓對比Table 1 Comparison of voltage before and after charging equalization of slave modulemV

圖14 24節(jié)電池充電實(shí)驗(yàn)均衡端電壓對比 Fig.14 Comparison of voltage in charging equalization of 24 cells

2) 放電均衡

對模組內(nèi)的8節(jié)電池進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證從控模塊能量集中型雙向Cúk變換器均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)底部均衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖15所示。

從控模塊放電均衡前后各單體電壓對比如 表2 所示，可知，放電未均衡結(jié)束后，各電池電壓極差為190 mV，放電時(shí)間為11 370 s，放出電量為18.95 A·h，標(biāo)準(zhǔn)差為0.062 9 mV。

放電均衡結(jié)束后，各電池電壓極差為134 mV，比均衡前減少了29%，放電時(shí)間為12 819 s，延長了1 449 s，放出電量為21.36 A·h，可用容量提高了12.72%。標(biāo)準(zhǔn)差為0.051 1 mV，電池一致性得到改善。

圖15 從控模塊放電均衡電壓曲線 Fig.15 Voltage curves in discharging equalization of slave module

表2 從控模塊放電均衡前后各單體電壓對比Table 2 Comparison of voltage before and after discharging equalization of slave module mV

表3 均衡電路性能指標(biāo)對比Table 3 Comparison of indices of equalization circuit

對24節(jié)電池進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖16 所示。未使用均衡放電結(jié)束后電壓極差為199 mV，標(biāo)準(zhǔn)差為0.054 9 mV，放電時(shí)間為7 784 s，使用均衡放電結(jié)束后電壓極差為118 mV，減小了40.7%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.038 7 mV，放電時(shí)間為9 604 s，延長了1 820 s，可用容量提高了23.38%。

通過表3均衡指標(biāo)對比可以發(fā)現(xiàn)，本文提出的能量集中型雙向Cúk型均衡電路較傳統(tǒng)Cúk型均衡電路，可實(shí)現(xiàn)電池單體與整個(gè)電池組的能量雙向傳遞，減少了能量傳輸節(jié)點(diǎn)，提高了均衡效率。本電路較其他雙向型均衡電路的特點(diǎn)為：① 均衡電流工作在連續(xù)狀態(tài)下，且均衡電流較大，均衡速度快；② 均衡效率相對較高。

圖16 24節(jié)電池放電實(shí)驗(yàn)均衡端電壓對比 Fig.16 Comparison of voltage in discharging equalization of 24 cells

4 結(jié) 論

1) 設(shè)計(jì)了一種航空蓄電池能量均衡管理系統(tǒng)總體方案，采用了分層模塊化結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)航空蓄電池的能量均衡管理。

2) 提出了一種能量集中式雙向Cúk型均衡電路，具有升壓及降壓2種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池組與任意電池單體間的能量雙向傳遞。雙向Cúk型均衡器的均衡電流工作在連續(xù)狀態(tài)，具有較快的均衡速度，均衡效率高，使用模塊化的結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，均衡控制簡單。

3) 制定了基于端電壓均衡的充放電雙向均衡控制策略。

4) 開發(fā)了航空蓄電池均衡管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在升壓模式下均衡效率為92%，降壓模式下均衡效率為51.2%。在充放電過程中該均衡器可以提高電池組容量利用率，并改善電池組內(nèi)單體間的一致性。

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(責(zé)任編輯： 蘇磊)

URL：www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20161125.0903.002.html

Researchofenergyequalizationtechnologyforaircraftbattery

WANGYouren,LIANGJiayi*,HUANGXue,GENGXing,CHENZewang

CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing211106,China

Theinconsistencywillgraduallyappearbetweenmonomerbatteriesofaircraftbattery,whichwillreduceperformanceandservicelifeofthebattery,andevenleadtosecurityincidents.Thispaperpresentsastructureofactivebalancingforaircraftbatteryequalizationsystem.AbidirectionalenergytransferbalancedtopologyisproposedbasedonCúkconverter,andabalancingcontrolstrategyforbothtopandbottombalancingisdesigned.AnenergyequalizationsystemforaircraftNi-Cdbatteryisdeveloped.ExperimentsareconductedtoanalyzetheenergyequalizationofNi-Cdbatteryseriesbattery.Experimentalresultsshowthattheproposedenergyequalizerhasthecharacteristicsofhighspeed,randomchoiceofbalancedsinglebattery,andbi-directionaltransformationofenergy.Theequalizercanreducetheinconsistenciesinthebatterymonomer,andimprovethecapacityutilizationratioandservicelifeofthebatterypack.

aircraftbattery;seriesconnectedbatteries;batteryequalization;activebalancing;balancingcontrolstrategy

2016-08-08；Revised2016-10-14；Accepted2016-11-22；Publishedonline2016-11-250903

s：NationalNaturalScienceFoundationofChina(61371041)；FundofNationalEngineeringandResearchCenterforCommercialAircraftManufacturing(SAMC14-JS-15-051)；AeronauticalScienceFoundationofChina(2013ZD52055)；theFoundationofGraduateInnovationCenterinNUAA(kfjj20150314)

.E-mailliangjiayi003@163.com

2016-08-08；退修日期2016-10-14；錄用日期2016-11-22； < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2016-11-250903

www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20161125.0903.002.html

國家自然科學(xué)基金 (61371041)； 國家商用飛機(jī)制造工程技術(shù)研究中心創(chuàng)新基金 (SAMC14-JS-15-051)； 航空科學(xué)基金 (2013ZD52055)； 南京航空航天大學(xué)研究生創(chuàng)新基地(實(shí)驗(yàn)室)開放基金 (kfjj20150314)

.E-mailliangjiayi003@163.com

王友仁， 梁嘉羿， 黃薛， 等． 航空蓄電池能量均衡技術(shù)研究J． 航空學(xué)報(bào),2017,38(5):320665.WANGYR,LIANGJY,HUANGX,etal.ResearchofenergyequalizationtechnologyforaircraftbatteryJ.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2017,38(5):320665.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

10.7527/S1000-6893.2016.0307

V242; TM912

A

1000-6893(2017)02-320665-10