航空蓄电池能量均衡技术研究.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252017V01．38No．5SSN1000—6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaeducnhkxb@buaa．edu．CR航空蓄电池能量均衡技术研究王友仁，梁嘉羿*，黄薛，耿星，陈则王南京航空航天大学自动化学院，南京211106摘要：航空电池组中单体电池之间会逐渐出现不一致性，会降低电池组性能和使用寿命，甚至引发安全事故。本文提出了一种基于主动均衡的航空蓄电池组能量均衡系统结构，提出了一种能量集

2、中式双向传递的COk型均衡电路，设计了顶部均衡和底部均衡的均衡控制策略。开发了航空镍镉蓄电池能量均衡系统，进行了镍镉电池组能量均衡实验分析，实验结果表明新型能量均衡器具有均衡速度快、均衡电池单体可任意选择、能量双向传递的优点，通过电池组能量均衡控制能明显改善电池组内单体之间的不一致性，提高电池组容量利用率和使用寿命。关键词：航空蓄电池；串联电池组；电池均衡；主动均衡；均衡控制策略中图分类号：V242；TM912文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)05—320665—10航空蓄电池作为飞机的

3、应急和辅助电源，其用于启动飞机发动机和辅助动力装置，在飞机主电源发生故障时向重要的飞行仪表和导航等设备供电，以保证飞机安全飞行和着陆。航空蓄电池工作在高空恶劣环境下，容易出现活性物质脱落、电解液干涸、极板变形、栅极腐蚀及硫化等现象，导致蓄电池性能退化甚至失效，无法保证飞机应急供电，从而严重影响飞行安全[1]。单节蓄电池电压较低，航空蓄电池组必须将多个单体电池串联使用才能满足电压需求[2]。由于原材料、生产工艺及使用环境等因素影响，在循环使用中电池组中单体电池之间会产生不一致性，这将降低电池组容量利用率并严重

4、影响电池的使用寿命，严重时甚至会导致安全事故口j。为了减小不一致性，通过电池均衡管理来实时检测单体电池性能状态，通过能量耗散或者能量转移的方式重新分配组内单体的能量，减小单体之间容量的差异，提高容量利用率n]。因此，航空电池组能量均衡与健康管理技术研究有重要的科学意义和应用需求。蓄电池能量均衡技术主要涉及均衡拓扑结构与均衡控制策略。均衡拓扑结构分为被动均衡和主动均衡。被动均衡电路通过耗能电阻分流的方式耗散电量高的电池的电量来降低电池组的不一致性，存在能量耗散严重，均衡效率低等缺点，往往用于实现充电状态下的均

5、衡控制[5“。主动均衡即非耗散型均衡，通过储能元件进行单体电池之间的能量转移，实现各个单体电池的能量均衡，理论上不消耗电池能量，而是将能量在电池单体间进行转移，可实现充放电状态下的均衡控制。因此，主动均衡是蓄电池能量均衡的重点发展方向。主动均衡按能量转移的方向进行分类，可分为5种拓扑结构：①可实现相邻2节电池单体能量转移的相邻电池单对单型均衡拓扑结构(Adja一收稿日期：2016—08．08；退修日期：2016—10—14；录用日期：2016-11—22；网络出版时间：2016．11—2509：03网络出版

6、地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201611250903．002．htmI基金项目：国家自然科学基金(61371041)；国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金(SAMCl4-JS一15-051)；航空科学基金(2013ZD52055)；南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(kfjj20150314)*通讯作者．E—mail：liangjiayi003@163com引用格武

7、壬友仁，粱嘉羿，黄薛．等航空蓄电池能量均衡技术研究!如．航空学报．2017．

8、38(5)：320665．WANGYR，LIANGJY．HUANGX，eta1．ResearchofenergyequalizationtechnologyforaircraRbatteryfJ2．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(5)：320665i320665．1航空学报centCelltoCell)E797；②可以电池组中任意2节电池单体进行能量转移的直接单对单型均衡拓扑结构(DirectCelltoCell)[1”121；③将任意电池单体的能量转

9、移给整个电池组的单对多型均衡拓扑结构(CelltoPack)[13。151；④将整个电池组的能量转移给任意电池单体的多对单型均衡拓扑结构(PacktOCell)[167]；⑤具有单对多和多对单2种工作模式，可实现电池组与任意电池单体间的能量双向传递的双向型均衡拓扑结构(CelltOPacktoCell)[1820]。综上所述，双向型均衡拓扑结构具有2种工作模式，在充放电状态下应对多单体电池组复杂失衡表现出较快的均