基于双向Cuk变换器的电动汽车锂电池组均衡研究

现今锂电池是新能源汽车主要动力来源，但串联的锂电池组在使用过程中因为单体电池的不一致性，这种问题会导致电池的寿命和安全性降低。针对此问题，提出了一种将双向Cuk变换器和反激式变换器组合起来的动力电池组分组式均衡方案。本均衡方案分为组内均衡以及组间均衡，组内均衡是由双向Cuk电路来实现的，可以使相邻锂电池间快速均衡；而组间均衡是由单向反激式电路实现的，可使串联锂电池组给任意电量低的电池模块进行充电均衡。在Matlab/Simulink搭建仿真模型，通过仿真结果对比可以发现此分组式均衡方案不仅可以实现串联锂电池组的均衡，而且均衡速度更快，均衡效率良好。

当今社会由于环境恶劣，资源匮乏，有些人便把矛头指向了燃油汽车，于是全球都开始普及新能源汽车。锂电池相对于其他普通电池来说有着很多优点，例如：能量比较高；使用寿命长；额定电压高；自放电率很低；重量轻，等等[1] [2]，所以锂电池渐渐地成为了新能源汽车的主要动力来源[3]。为了满足一辆新能源汽车的正常使用，由于单节电池的电压较低，这就需要将多节电池串联成一个电池组[4]来给电动车提供能量。由于锂电池在工厂生产过程中的误差以及环境等因素的影响，会使锂电池组在使用过程中会出现不一致的状况[5] [6]。而电池组的不一致性会发生电池的使用寿命下降，能量利用率变低， 甚至引发爆炸等现象[7] [8]。所以锂电池组在使用过程中必须引用电池均衡技术。

目前均衡锂电池组的方法有两种：主动均衡和被动均衡[9] [10]。被动均衡是以消耗掉能量较高的电池的能量来实现电池间的均衡，这种方法虽然简单易实现，但是能量损耗太高，不宜使用。主动均衡是把能量高的电池的电量转移到能量低的电池来实现均衡，这种方法能量使用率高，均衡效率高。主动均衡主要包括电容型、电感型、变压器型[11]这三种均衡结构。Cuk 斩波电路由电容和电感形式组成的均衡电路[12]，同时具有充电回路和放电回路，均衡时对两节电池可以同时进行充电和放电，均衡效率更高[13]， 均衡速度更快。

反激式变换器[14] [15]可以实现串联锂电池组和单体电池间的转移， 均衡效果更好。

这里把双向Cuk 变换器和反激式变换器组合起来使用，能有效解决在锂电池组中只使用Cuk 均衡时，能量在相邻电池间不断转移会有很多能量损失和只使用变压器则体积庞大，成本太高的问题，大大地缩小的它们本身的缺点。均衡分为两个阶段：组内均衡和组间均衡。组内均衡是由双向Cuk 电路来实现的， 可以使相邻锂电池间快速均衡；而组间均衡是由单向反激式电路实现的，可使串联锂电池组给任意电量低的电池模块进行充电均衡。

2. 均衡电路拓扑结构及其工作原理 2.1. 均衡电路拓扑结构 均衡电路拓扑结构如图1 所示，本文提出了一种由双向Cuk 变换器和单向反激式变换器组合起来的