磷酸铁锂电池组动态均衡技术的研究

发布时间：2017-09-28 04:30

  本文关键词：磷酸铁锂电池组动态均衡技术的研究

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【摘要】：新能源技术的发展促使蓄电池在生产生活领域发挥着日益重要并有着不可替代的作用。以磷酸铁锂电池为代表的锂离子电池具有安全性、重量轻、寿命长、绿色环保等性能而成为新一代主要动力蓄电池。在高电压大容量应用场合,单体电池的串并联使用非常普遍,单体电池与电池组的关系犹如木桶效应,虽然电池组系统受很多因素影响,但其不均衡性是最重要的因素。针对磷酸铁锂高性能动力蓄电池,研究设计高效率、模块化及快速性的电池组均衡系统具有较大的实际应用价值。本文首先简述了锂离子电池分类,对不同正极材料锂离子电池特性做了对比分析,对磷酸铁锂电池结构与工作原理、放电特性、储能特性、开路特性做了深入分析；在分析了电池特性不一致问题的成因基础上提出了电池组均衡技术的必要性,对比分析了现有被动均衡技术与主动均衡技术及其电路的优势与不足。然后提出并设计了一种基于反激式变压器作为DC/DC转换器的快速无损电池组均衡电路,从高电压电池抽取电流返还回整个电池组,采用多环式分层结构与峰值电流控制策略显著提高均衡速度,缩短均衡时间。一方面,对设计的电池组快速均衡电路在PSIM环境下进行模型搭建,与传统结构的均衡电路进行了对比仿真分析,验证了快速均衡电路的可行性与高速性。另一方面,对设计的电池组快速均衡电路就不同充放电情况下的动态均衡及模拟实际情况下的均衡效率做了仿真分析。最后进行了电池组快速均衡系统的软硬件设计与实验测试。从均衡系统整体架构出发,对电压电流检测电路、缓冲电路、滤波电路、MOSFET驱动电路做了深入分析。基于STM32F103控制器完成了均衡系统软件设计。对四单体磷酸铁锂串联电池组均衡系统做了实验测试,结果表明实际工作情况与理论及仿真分析基本吻合,验证了系统设计的可行性。
【关键词】：磷酸铁锂电池 均衡电路 峰值电流控制 反激式变换器
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究动态10-11
• 1.3 论文主要研究工作11-12
• 第2章 磷酸铁锂电池特性与充电控制方法分析12-17
• 2.1 锂电池分类12-13
• 2.2 磷酸铁锂电池工作特性分析13-16
• 2.2.1 磷酸铁锂电池结构与工作原理13
• 2.2.2 磷酸铁锂电池放电特性分析13-14
• 2.2.3 磷酸铁锂电池储能特性分析14-15
• 2.2.4 磷酸铁锂电池开路特性分析15-16
• 2.3 磷酸铁锂电池充电控制方法分析16
• 2.4 本章小结16-17
• 第3章 电池组均衡技术17-24
• 3.1 电池特性不一致问题17
• 3.2 电池组均衡技术及其电路17-23
• 3.2.1 被动均衡技术及其电路18
• 3.2.2 主动均衡技术及其电路18-23
• 3.3 本章小结23-24
• 第4章 电池组快速均衡电路设计与仿真24-43
• 4.1 快速均衡电路设计与分析24-28
• 4.1.1 快速均衡电路结构设计24-25
• 4.1.2 快速均衡电路工作原理25-28
• 4.2 快速均衡策略与关键参数确定28-30
• 4.2.1 均衡策略分析28-29
• 4.2.2 关键参数确定29
• 4.2.3 快速性体现29-30
• 4.3 快速均衡电路模型构建与仿真分析30-42
• 4.3.1 快速均衡电路仿真总体设计30-31
• 4.3.2 基于PSIM的快速均衡电路仿真模型搭建31-32
• 4.3.3 快速均衡电路静态仿真分析32-35
• 4.3.4 快速均衡电路动态仿真分析35-38
• 4.3.5 模拟实际环境的均衡效率仿真分析38-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第5章 均衡系统软硬件设计与实验测试分析43-53
• 5.1 均衡系统总体设计43-44
• 5.2 均衡系统硬件设计44-47
• 5.2.1 均衡系统电路设计44-45
• 5.2.2 电压电流检测电路设计分析45-46
• 5.2.3 缓冲及滤波电路设计分析46-47
• 5.2.4 MOSFET驱动电路设计分析47
• 5.3 均衡系统软件设计47-49
• 5.4 均衡系统实验测试分析49-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 蒋新华,冯毅,解晶莹;电压检测电路对锂离子电池组的影响[J];电池;2005年02期

2 时玮;姜久春;李索宇;贾容达;;磷酸铁锂电池SOC估算方法研究[J];电子测量与仪器学报;2010年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 朱雅俊;电动汽车用磷酸铁锂电池建模与SOC估算研究[D];合肥工业大学;2012年

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本文编号：933797