Systematic Overview of Active Battery Equalization Structures: Mathematical Modeling and Performance Evaluation

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作者
Fan Qu,Quanming Luo,Huan Liang,Di Mou,Pengju Sun,Xiong Du
出处
期刊:IEEE Transactions on Energy Conversion [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1 被引量:22
标识
DOI:10.1109/tec.2022.3142818
摘要

With the widespread application of lithium-ion battery packs, it calls for efficient balancing methods to improve the performance of these battery systems. The relevant research has focused on the design of equalization circuits and control strategies while neglecting quantitative analysis and comparison of battery active equalization structures from the systematic level. In this paper, we propose an improved system-theoretic modeling approach for active equalization structures that takes into account the battery's constraints, including equalization current rate and SOC operation range. Accordingly, the mathematical models of various active equalization structures are derived that can describe their equalization dynamic behavior. Then, the analytical algorithms are developed to estimate the balancing time of active equalization structures online. Finally, extensive numerical simulations are conducted to evaluate and compare the average performance of these equalization systems in term of equalization time. It then comes up with a comprehensive comparison among them. Consequently, the Multicell-to-Multicell (MC2MC) balancing structure benefits the fast balancing speed and the lowest sensitive to initial batteries’ SOCs. The global structure has the lowest implementation cost and the series structure benefits the simplest control. Moreover, the module-based structures have faster balancing speed when each module contains about 4–6 batteries.
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