改进ESR控制的锂离子电池模拟器研究

发布时间：2017-06-30 01:12

  本文关键词：改进ESR控制的锂离子电池模拟器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在使用含有锂离子电池的设备之前,需要对其性能进行测试,采用电池模拟器代替真实电池进行测试具有降低测试成本、减轻环境污染、提高测试效率、增强测试灵活性的优点。本文设计了一款能够模拟锂离子电池充放电外特性的模拟器,从而能够在相关研究和测试过程中替代真实锂离子电池。本文对锂离子电池的基本特性进行了分析和建模。通过实验测试得到了锂离子电池的充放电特性曲线,根据已有锂离子电池基本模型,分别采用数学模型和曲线拟合的方式对锂离子电池进行建模,对比分析后选择拟合方程作为锂离子电池模型。采用恒压型电子负载模拟锂离子电池的充电过程,设计了充电模拟电路。该电路以电压环为外环从而设置电路输出电压,通过控制基准电压值,使得电路输出电压能够按照电池充电特性曲线变化。在电路的输出侧以电流环为内环实现均流,采用多相并联的方式实现电子负载的功率扩展。采用具有可变等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)的电路模拟锂离子电池的放电过程。该电路不仅能够模拟恒流放电的过程,同时因其输出电压能够随负载电流相应变化,表现出真实电池可变ESR的特性,故还能够模拟放电电流变化的动态过程。为了提高输出电压和功率,改进了原电路ESR的控制方法,将原电路与压控电压源(Voltage-Controlled Voltage Source,VCVS)相结合,作为VCVS的基准输入值,从而控制其ESR和输出电压。通过设置电路相关比例参数,使其能够满足电池恒流放电和切载过程输出电压的要求。最后,对控制器进行了设计,并搭建了实验样机进行实验分析。控制器通过主程序对各个子程序进行调用,根据采样电压、电流值选择模拟器的工作模式,并计算充放电模拟电路的基准电压,实现对模拟器输出特性的控制。制作了一台额定电压36V、容量8.6Ah的锂离子电池组的模拟器样机,对该电池组的恒流充电、恒流放电、放电切载、充放电切换等工作状态进行了模拟,并得到了较为精确的实验结果。
【关键词】：锂离子电池 模拟器 电子负载 可变等效串联电阻
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 蓄电池充电模拟器的研究11
• 1.2.2 蓄电池放电模拟器的研究11-13
• 1.2.3 蓄电池充放电双向模拟器的研究13-15
• 1.2.4 国内外研究现状分析15-16
• 1.3 本文研究内容16-17
• 第2章 锂离子电池模型的建立17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 锂离子电池特性分析17-19
• 2.2.1 锂离子电池主要性能参数17-18
• 2.2.2 锂离子电池充放电特性18-19
• 2.3 锂离子电池充放电特性测试19-21
• 2.4 锂离子电池基本模型21-23
• 2.4.1 等效电路模型21
• 2.4.2 电化学模型21-22
• 2.4.3 数学模型22-23
• 2.5 锂离子电池模型的建立23-28
• 2.5.1 数学模型23-26
• 2.5.2 曲线拟合26
• 2.5.3 误差分析及模型选择26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 电子负载充电模拟电路设计及实验29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 锂离子电池模拟器基本结构29-30
• 3.3 充电模拟电路设计方法30
• 3.4 电池单元充电模拟电路设计30-38
• 3.4.1 充电电流源设计30-32
• 3.4.2 电子负载电流内环设计32-34
• 3.4.3 电子负载电压外环设计34-36
• 3.4.4 电池单元充电模拟电路仿真36-38
• 3.5 电池组充电模拟电路设计38-40
• 3.5.1 电子负载充电模拟电路的改进38
• 3.5.2 电池组充电模拟电路仿真38-40
• 3.6 电子负载充电模拟电路实验40-41
• 3.6.1 充电电流源实验40-41
• 3.6.2 恒流充电实验41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 可变ESR放电模拟电路改进及实验42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 放电模拟电路设计方法42
• 4.3 可变ESR放电模拟电路的应用42-46
• 4.3.1 恒流放电模式分析及仿真43-45
• 4.3.2 可变ESR切载模式分析及仿真45-46
• 4.4 可变ESR放电模拟电路的改进46-50
• 4.4.1 电路结构的改进46-48
• 4.4.2 电路补偿器的设计48-49
• 4.4.3 放电模拟电路仿真49-50
• 4.5 改进可变ESR放电模拟电路实验50-53
• 4.5.1 恒流放电实验50
• 4.5.2 可变ESR切载实验50-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 控制器设计及实验分析54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 控制器设计54-58
• 5.2.1 保护电路设计54
• 5.2.2 采样电路设计54-56
• 5.2.3 软件设计56-58
• 5.3 实验结果及分析58-63
• 5.3.1 电子负载充电实验58-60
• 5.3.2 可变ESR电路放电实验60-61
• 5.3.3 充放电电路切换实验61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70

  本文关键词：改进ESR控制的锂离子电池模拟器研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：500040