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基于双向反激变换器的锂电池充放电设备研发

发布时间:2018-06-08 20:57

  本文选题:双向反激 + 充放电 ; 参考:《华南理工大学》2016年硕士论文


【摘要】:现如今随着动力锂电池的广泛应用,国内涌现一批电池化成厂商。目前现有化成设备存在许多问题:化成设备功率普遍较大;充放电效率低,能量浪费现象严重;受控化成锂电池数目小,设备体积大,成本较高,不能满足批量化生产要求;化成中电压电流纹波较大,精度不高。针对上述问题,同时针对中小功率动力锂电池良好的应用前景,本文提出了一种基于双向反激拓扑结构的数控电源。系统采用DSP芯片作为控制器。主要研究内容为:1、采用低成本、体积小的双向反激结构拓扑。设计变压器、缓冲电路、滤波电路、采样电路,并搭建系统SIMULINK仿真模型验证拓扑有效性。与此同时进一步降低成本:将同样单输入单输出的反激源四个,集成在一块电路板上,用一颗主控芯片控制,实现四通道电池化成系统的设计。2、利用基本建模法,建立理想条件下变换器在CCM模式下的小信号数学模型。对系统的两种控制策略做分析比较,并用SIMULINK进行验证。最后对双环开关系统模型进行等效分析。3、数字补偿器的设计。考虑数字控制系统中关键参数(ADC分辨率、零阶保持器、延迟等)的影响,采用直接数字法,在SISOTOOL工具箱里设计离散z域的控制器。针对系统不同工作模式设计不同控制策略,研究了动态响应和带宽之间的关系。不同的控制器进行仿真,比较选择最终方案。4、锂电池充放电算法的优化。在二段充电法基础上,解决恒压模式电流曲线尖峰问题,以及实现充放电恒流转恒压瞬间无冲击、平稳过度。本文制作了一款40W的四通道的双向反激拓扑的样机。实现电压0~5v、电流0~10A范围的数字调控,充放电平稳转换。测试中恒压电压纹波1%,恒流电流纹波2%。结果验证了硬件设计和控制方法有效性,符合预期效果。
[Abstract]:Nowadays, with the wide application of power lithium batteries, a number of battery manufacturers emerge in China. At present, there are many problems in the existing chemical forming equipment: the power of the equipment is generally large, the charge and discharge efficiency is low, the phenomenon of energy waste is serious, the number of controlled lithium-ion batteries is small, the equipment volume is large, the cost is high, and it can not meet the requirements of mass production. The voltage and current ripple is large and the precision is not high. Aiming at the above problems, and aiming at the good application prospect of medium and small power lithium-ion batteries, a numerical control power supply based on bi-directional flyback topology is proposed in this paper. The system adopts DSP chip as controller. The main research content is: 1, using low cost, small volume bidirectional flyback topology. Design transformer, buffer circuit, filter circuit, sampling circuit, and build Simulink simulation model to verify the topology validity. At the same time, the cost is further reduced: four flyback sources of the same single input and single output are integrated on a single circuit board, and a master control chip is used to control the design of the four-channel battery formation system, and the basic modeling method is used. The small signal mathematical model of the converter in CCM mode is established under ideal conditions. The two control strategies of the system are analyzed and compared, and verified by Simulink. Finally, the equivalent analysis of the model of double loop switch system. 3, the design of digital compensator. Considering the influence of the key parameters of digital control system, such as ADC resolution, zero order holdout, delay etc., the controller in discrete z domain is designed in SISOTOOL toolbox by direct digital method. The relationship between dynamic response and bandwidth is studied by designing different control strategies for different working modes of the system. Different controllers were simulated, and the final scheme. 4. Optimization of charge and discharge algorithm for lithium battery. On the basis of two-stage charging method, the problem of constant voltage mode current curve spike is solved, and the constant flow of charge and discharge flow with constant voltage and constant voltage is achieved without impact and steady transition. In this paper, a 40 W four-channel two-way flyback topology prototype is developed. Achieve voltage 0 ~ 5 V, current 0 ~ 10 A range of digital regulation, charge and discharge smooth conversion. Test voltage constant voltage ripple 1, constant current ripple 2. The results show that the hardware design and control method are effective and accord with the expected results.
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM912

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本文编号:1997067

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