储能锂电池的充电与管理系统设计
发布时间：2022-05-08 07:56
锂电池凭借着其能量密度高、使用寿命长、自放电率低等优点,正逐步取代传统铅酸蓄电池,广泛应用于电动汽车、航空航天等大功率储能领域。这对于锂电池充电过程中的快速性和高效性提出了更高的要求,同时电池模组内单体电池的不一致问题也亟需解决。因此,本文深入探究了锂电池的工作特性,在对锂电池模型进行参数辨识的基础上,揭示了电池性能与充电电流的内在关系,设计了适用于锂电池的高效可靠的充电与管理系统,实现了包括整机运行效率、动态响应速度、电池均衡特性等一系列指标的实质性提升。论文具体研究内容如下:首先,对锂电池的原理和工作特性进行分析,综合考虑物理意义和计算量,建立了锂电池的Thevenin等效电路模型。采用带遗忘因子的递推最小二乘算法对模型参数进行辨识,辨识结果表明本文建立的Thevenin模型能够准确模拟出磷酸铁锂电池在充放电过程中的电压电流外特性,这为后续充电与管理系统的研究和设计提供了坚实基础。其次,分析了传统Boost-PFC电路和图腾柱式无桥PFC电路在不同开关模态下的功率管导通情况,后者由于取消了整流桥,因此具有更小的导通损耗。比较不同DC/DC拓扑的特点,选择隔离性好、损耗低、输出范围宽...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 课题的国内外研究现状
1.2.1 锂电池建模研究现状
1.2.2 锂电池充电拓扑研究现状
1.2.3 锂电池均衡拓扑研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 锂电池建模及参数辨识
2.1 引言
2.2 锂电池的工作特性
2.2.1 电压特性
2.2.2 温度特性
2.2.3 OCV-SOC关系
2.3 锂电池的Thevenin等效电路模型
2.4 基于FRLS算法的模型参数辨识
2.5 模型参数的辨识结果
2.6 本章小结
第3章 锂电池充电器的结构设计及参数计算
3.1 引言
3.2 充电器的设计要求及总体结构方案
3.3 前级AC/DC电路的设计
3.3.1 传统的Boost-PFC电路
3.3.2 图腾柱式的无桥PFC电路
3.3.3 PFC电路元件参数的计算
3.4 后级DC/DC电路的设计
3.4.1 DC/DC拓扑的选择
3.4.2 LLC的拓扑结构及工作原理
3.4.3 基于基频分析法的稳态分析
3.4.4 LLC电路实现ZVS的条件
3.4.5 谐振元件的参数计算
3.5 本章小结
第4章 锂电池充电器的控制器设计及仿真分析
4.1 引言
4.2 充电控制策略的研究
4.3 PFC电路的控制方式
4.4 LLC变换器的控制方式
4.4.1 LLC变换器的小信号建模
4.4.2 LLC变换器的控制器设计
4.5 充电器的仿真实验
4.5.1 PFC电路的仿真验证
4.5.2 LLC电路的仿真验证
4.5.3 充电器整机的运行仿真
4.6 本章小结
第5章 锂电池管理系统的设计
5.1 引言
5.2 电池管理系统基本功能和总体结构设计
5.3 模组监控电路的设计
5.4 电池均衡电路的设计
5.4.1 电池不一致的原因
5.4.2 基于反激式变压器的均衡电路设计
5.4.3 均衡控制器的仿真分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]LLC谐振恒流恒压高压充电电源技术研究[J]. 黄毛毛,李瑞,李德明,魏居魁,武万锋. 原子能科学技术. 2019(09)
[2]高效率、高功率密度无桥PFC设计[J]. 易俊宏,马红波,孟庆伟. 电力电子技术. 2017(12)
[3]一种均衡考虑锂电池内部能量损耗和充电速度的多段恒流充电方法[J]. 刘伟,吴海桑,何志超,孙孝峰,杨耕. 电工技术学报. 2017(09)
[4]基于DSP控制的Semi-bridgeless Boost PFC设计[J]. 杨淇,姚文熙,吕征宇. 电子技术. 2016(04)
[5]国内外电动汽车发展现状与趋势[J]. 刘卓然,陈健,林凯,赵英杰,许海平. 电力建设. 2015(07)
[6]能量转移型锂电池组均衡电路的设计与研究[J]. 赵立勇,王艳,吕立召. 电源技术. 2015(02)
[7]大规模储能用锂离子电池管理系统[J]. 许守平,侯朝勇,胡娟,汪奂伶. 电力建设. 2014(05)
[8]锂电池充电技术综述[J]. 何秋生,徐磊,吴雪雪. 电源技术. 2013(08)
[9]动力锂电池组管理系统的SOC估算研究[J]. 蒋炜,陈立剑,陈方亮. 船电技术. 2011(06)
[10]动力锂离子电池管理系统的研究进展[J]. 雷晶晶,李秋红,陈立宝,张金顶,王太宏. 电源技术. 2010(11)
博士论文
[1]储能锂电池系统状态估计与热故障诊断研究[D]. 魏婧雯.中国科学技术大学 2019
[2]电动汽车BMS关键技术研究及硬件在环测试系统构建[D]. 邵玉龙.吉林大学 2018
[3]用于电动汽车的车载充电机高效率谐振变换器研究[D]. 邓钧君.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]基于粒子群算法锂电池充电策略的研究[D]. 孙志昆.重庆交通大学 2019
[2]锂离子电池荷电状态估计和均衡管理研究[D]. 李学峰.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于GaN器件的高效率电动汽车车载充电机技术研究[D]. 邹颖.辽宁工业大学 2019
[4]基于图腾柱和LLC拓扑的车载充电机设计[D]. 董振华.电子科技大学 2018
[5]基于电感的电池主动均衡研究[D]. 徐封杰.合肥工业大学 2018
[6]车载锂电池正弦波充电与电池管理技术研究[D]. 顾东杰.南京航空航天大学 2017
[7]半桥LLC谐振变换器的控制环路设计[D]. 罗阳.东南大学 2017
[8]超级电容恒流充电器[D]. 杜永博.北京交通大学 2016
[9]基于宽禁带器件的锂电池充电与管理系统[D]. 王栋.南京航空航天大学 2016
[10]1.5kW半桥LLC谐振DC/DC变换器的研究[D]. 闫大鹏.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3651250
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 课题的国内外研究现状
1.2.1 锂电池建模研究现状
1.2.2 锂电池充电拓扑研究现状
1.2.3 锂电池均衡拓扑研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 锂电池建模及参数辨识
2.1 引言
2.2 锂电池的工作特性
2.2.1 电压特性
2.2.2 温度特性
2.2.3 OCV-SOC关系
2.3 锂电池的Thevenin等效电路模型
2.4 基于FRLS算法的模型参数辨识
2.5 模型参数的辨识结果
2.6 本章小结
第3章 锂电池充电器的结构设计及参数计算
3.1 引言
3.2 充电器的设计要求及总体结构方案
3.3 前级AC/DC电路的设计
3.3.1 传统的Boost-PFC电路
3.3.2 图腾柱式的无桥PFC电路
3.3.3 PFC电路元件参数的计算
3.4 后级DC/DC电路的设计
3.4.1 DC/DC拓扑的选择
3.4.2 LLC的拓扑结构及工作原理
3.4.3 基于基频分析法的稳态分析
3.4.4 LLC电路实现ZVS的条件
3.4.5 谐振元件的参数计算
3.5 本章小结
第4章 锂电池充电器的控制器设计及仿真分析
4.1 引言
4.2 充电控制策略的研究
4.3 PFC电路的控制方式
4.4 LLC变换器的控制方式
4.4.1 LLC变换器的小信号建模
4.4.2 LLC变换器的控制器设计
4.5 充电器的仿真实验
4.5.1 PFC电路的仿真验证
4.5.2 LLC电路的仿真验证
4.5.3 充电器整机的运行仿真
4.6 本章小结
第5章 锂电池管理系统的设计
5.1 引言
5.2 电池管理系统基本功能和总体结构设计
5.3 模组监控电路的设计
5.4 电池均衡电路的设计
5.4.1 电池不一致的原因
5.4.2 基于反激式变压器的均衡电路设计
5.4.3 均衡控制器的仿真分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]LLC谐振恒流恒压高压充电电源技术研究[J]. 黄毛毛,李瑞,李德明,魏居魁,武万锋. 原子能科学技术. 2019(09)
[2]高效率、高功率密度无桥PFC设计[J]. 易俊宏,马红波,孟庆伟. 电力电子技术. 2017(12)
[3]一种均衡考虑锂电池内部能量损耗和充电速度的多段恒流充电方法[J]. 刘伟,吴海桑,何志超,孙孝峰,杨耕. 电工技术学报. 2017(09)
[4]基于DSP控制的Semi-bridgeless Boost PFC设计[J]. 杨淇,姚文熙,吕征宇. 电子技术. 2016(04)
[5]国内外电动汽车发展现状与趋势[J]. 刘卓然,陈健,林凯,赵英杰,许海平. 电力建设. 2015(07)
[6]能量转移型锂电池组均衡电路的设计与研究[J]. 赵立勇,王艳,吕立召. 电源技术. 2015(02)
[7]大规模储能用锂离子电池管理系统[J]. 许守平,侯朝勇,胡娟,汪奂伶. 电力建设. 2014(05)
[8]锂电池充电技术综述[J]. 何秋生,徐磊,吴雪雪. 电源技术. 2013(08)
[9]动力锂电池组管理系统的SOC估算研究[J]. 蒋炜,陈立剑,陈方亮. 船电技术. 2011(06)
[10]动力锂离子电池管理系统的研究进展[J]. 雷晶晶,李秋红,陈立宝,张金顶,王太宏. 电源技术. 2010(11)
博士论文
[1]储能锂电池系统状态估计与热故障诊断研究[D]. 魏婧雯.中国科学技术大学 2019
[2]电动汽车BMS关键技术研究及硬件在环测试系统构建[D]. 邵玉龙.吉林大学 2018
[3]用于电动汽车的车载充电机高效率谐振变换器研究[D]. 邓钧君.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]基于粒子群算法锂电池充电策略的研究[D]. 孙志昆.重庆交通大学 2019
[2]锂离子电池荷电状态估计和均衡管理研究[D]. 李学峰.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于GaN器件的高效率电动汽车车载充电机技术研究[D]. 邹颖.辽宁工业大学 2019
[4]基于图腾柱和LLC拓扑的车载充电机设计[D]. 董振华.电子科技大学 2018
[5]基于电感的电池主动均衡研究[D]. 徐封杰.合肥工业大学 2018
[6]车载锂电池正弦波充电与电池管理技术研究[D]. 顾东杰.南京航空航天大学 2017
[7]半桥LLC谐振变换器的控制环路设计[D]. 罗阳.东南大学 2017
[8]超级电容恒流充电器[D]. 杜永博.北京交通大学 2016
[9]基于宽禁带器件的锂电池充电与管理系统[D]. 王栋.南京航空航天大学 2016
[10]1.5kW半桥LLC谐振DC/DC变换器的研究[D]. 闫大鹏.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3651250
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3651250.html
