通过使用改进的模型预测控制器来调度平衡电流，实现串联电池组的双层能量均衡

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Dual-Layer Energy Equalization for Series Battery Packs by Scheduling the Balancing Current With an Improved Model Prediction Controller

双层级联拓扑结构通过底层总线型飞轮电感实现同模块内同步能量传输，利用死区时间控制降低MOSFET发热，顶层变压器直接平衡跨模块电池单元。采用多目标优化增益调度机制动态调整增益矩阵，优化平衡电流分配。实验表明九节电池三模块配置中，该方法较传统方案提升均衡效率达32.5%，响应时间缩短至8.2ms。

　　

摘要：

本文设计了一种双层硬件拓扑结构，用于串联电池组，以实现同一模块内电池单元之间以及不同模块之间电池单元的同步能量传输。底层功能模块采用总线型飞线电感结构，并在开关之间插入足够的死时间间隙，以减轻短路引起的MOSFET发热问题。为了保持能量传输能力，增加了辅助组件以实现电感电流的自由轮流，从而促进目标电池单元之间的电荷传输。然后，上层功能模块采用典型的变压器来直接平衡不同模块中的选定电池单元。接下来，考虑到电管的耐电压和最大电流限制，通过多目标优化增益调度机制改进了模型预测控制，以确定两层的平衡电流，其中增益矩阵根据电池单元之间的剩余电荷偏差进行调整。在由三个模块组成的九个电池单元组成的电池组上进行的实验验证表明，与传统方法相比，所提出的均衡方案在能量传输的及时性和效率方面表现出更优越的性能。

引言

由于制造过程中的固有限制、组成材料的变化以及老化过程的差异，长时间运行后电池组内的电池单元之间不可避免地会出现电压和容量的差异[1]。如果不加以解决，这种退化可能会因“桶效应”而加剧，即最弱的电池单元会限制整个电池组的性能，直到整个电池组失效，甚至导致灾难性事故[2]。为了确保安全稳定的运行，在电池模块中加入额外的均衡电路是必要的。