基于功率型磷酸铁锂电池组成电动公交车电源系统的研究

发布时间：2017-11-01 16:20

  本文关键词：基于功率型磷酸铁锂电池组成电动公交车电源系统的研究

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【摘要】：锂电池因具有重量轻、续航里程持久、使用寿命长、可以实现快速充电等特点逐渐被人们重视。目前动力锂电池在电动汽车应用方面主要存在着电池模块和系统管理性能差的问题,特别是模块和系统的电量均衡问题,使得电池组的寿命远小于电池单体的寿命,另外如何提高电池模块的安全性也是倍受关注的问题。本文结合淄博市动力电池纯电动公交车项目。综述市内纯电动公交车的运行特点和电池的充电特性,设计实现纯电动公交车运行间歇期间的快速浅充电和运行结束后慢充电。充电过程中能自动实现不同充电电流阶段的转换,能实时的显示充电状态以及工作状态报警功能。在分析现有充电机类型的基础上,为减少网侧谐波含量、实现大功率输出选定2重串联12脉整流电路作为充电系统的主电路,并利用Matlab对其网侧谐波含量进行模拟仿真。实验和仿真证实充电系统实现大功率输出,并减少网侧5、7次等6N±1次谐波。对功率型磷酸铁锂电池快充情况下的热均衡管理进行讨论,对磷酸铁锂电池进行建模并对锂电池降温方法进行研究,在多种充放电实验情况下与Matlab仿真数据进行对比,并在对比基础上扩大冷却液的流通通道、根据电池产生热量的大小合理计算所需相变材料的多少对电池组进行降温处理,通过Ansys软件,对单体电池以及电池组的发热情况建立模型并与实验结果比较。结合导师主持参与的国家863重大项目“高性能锂动力电池及电动汽车应用考核”项目,着重对磷酸铁锂26650圆柱电池单体组合成130Ah12V的电池模块进行研究,设计出电动开关式自动均衡电池模块：四组32只26650电池并联单元通过电动开关触点连接组成串联的电池模块,进行正常的充放电工作；并通过电动开关触点换接使电池模块内所有的电池单体连接成并联状态,进行电量并联均衡。根据传统的均衡方法设计出自动并联均衡方法,从而实现电池模块的输出或均衡。选择各电池组群分别并联在均衡正极和均衡负极之间时,使各电池组群进入自动均衡状态,且电动均衡开关装置动作速度比较快,不会产生动作火花,提高了各电池组群的使用寿命。最后对本篇论文的研究做一个总结。
【关键词】：锂电池 快速充电 自动均衡电池模块 自动并联均衡
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 概述8-16
• 1.1 电动公交车8-10
• 1.1.1 电动公交车的发展8
• 1.1.2 电动汽车的特点8-10
• 1.2 电动汽车动力电池10-14
• 1.2.1 电动汽车动力电池研究现状10-11
• 1.2.2 LiFePO_4动力电池性能试验研究11-14
• 1.3 课题来源、意义及研究内容14-16
• 1.3.1 课题来源及研究意义14-15
• 1.3.2 课题研究完成工作15-16
• 第二章 磷酸铁锂电池组功率型充放电技术研究16-34
• 2.1 充电系统结构及工作原理16-17
• 2.2 充电系统主电路参数设计17-20
• 2.2.1 晶闸管参数计算17-18
• 2.2.2 平波电抗器设计18-20
• 2.3 充电系统谐波分析20-22
• 2.3.1 谐波危害及治理分析20-21
• 2.3.2 仿真实验21-22
• 2.4 充电系统的保护22-26
• 2.4.1 限流及过流保护电路22-24
• 2.4.2 抑制电压、电流突变24-25
• 2.4.3 相序保护电路25-26
• 2.4.4 欠水压保护电路26
• 2.5 快速充电模式分析26-33
• 2.5.1 脉冲充电阶段的停充控制方法设计28-30
• 2.5.2 充电数据分析30-31
• 2.5.3 现场波形测试31-33
• 2.6 本章总结33-34
• 第三章 功率型磷酸铁锂电池热管理系统研究34-43
• 3.1 磷酸铁锂电池发热原理34-36
• 3.1.1 电池热源模型34-35
• 3.1.2 磷酸铁锂动力电池热力学参数35-36
• 3.2 Matlab锂电池模型36-37
• 3.3 实验验证及分析37-38
• 3.4 动力电池降温方式研究38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 动力锂电池组充电均衡系统的设计43-61
• 4.1 均衡主电路的设计43-48
• 4.1.1 整流电路43-46
• 4.1.2 整流电路主要器件参数计算46-48
• 4.2 均衡控制电路的设计48-50
• 4.3 均衡系统主要保护电路的设计50-53
• 4.3.1 主电路相序保护50-51
• 4.3.2 限流及过电流保护51-52
• 4.3.3 锯齿波小电流充电均衡保护52-53
• 4.4 电池模块自动并联均衡方法的设计53-54
• 4.5 电动开关式自动均衡电池模块的设计54-59
• 4.5.1 模块设计的背景54
• 4.5.2 电动开关式自动均衡电池模块创新点54
• 4.5.3 电动开关式自动均衡电池模块结构及均衡原理54-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第五章 课题总结61-62
• 参考文献62-64
• 在读期间公开发表的论文64-65
• 致谢65

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本文编号：1127601