电池组能量均衡控制策略研究

发布时间：2020-05-24 00:56

【摘要】：随着智能化时代的到来,汽车产业不断扩大,汽车尾气污染的问题也在不断地被提上台面。一方面,政府不断完善以及严格制定尾气排放标准,另一方面,电动汽车技术也在飞速的发展。在电动汽车的研发过程中,电池管理系统就是汽车的“心脏”,是核心技术所在。电动汽车最大输出功率往往能达到上百千瓦,因此电池组电压也一般很高,通常在几百伏特。但是由于生产工艺以及安全问题,单个电池的电压远不及这个数字,因此必须将电池串联之后使用。串联电池组中,不同的电池由于工厂生产条件等多方面的影响,其自放电率、内阻、容量总会不同,我们称之为电池组的不一致性。不一致性严重影响了电池组的续航时间以及使用寿命,因此电池组均衡问题是电池管理系统中最核心的功能之一,也是实现复杂度最大的功能之一。首先本文对动力电池组的发展现状以及市场应用动态进行阐述。建立在电池组的均衡考虑因素之上,又进一步对电池组不一致性形成原因以及解决办法进行讨论,接着对比了各类动力电池等效电路模型,从中选择了Thevenin等效电路模型进行电池荷电状态的分析,并对电池均衡判定方案进行了概述。其次本文对比了两大类均衡拓扑电路的均衡控制策略:被动均衡与主动均衡。从中各挑选出了典型的几种拓扑结构:电阻消耗均衡、单电容切换均衡、电感分流转移均衡、多绕组变压器转换均衡、多变压器转换均衡等,主要从电路结构、均衡策略、应用场合以及优缺点等方面进行了深入的讨论。然后从前面介绍的几种拓扑电路中选取多变压器转换均衡法,进一步设计并实现了硬件调试平台。最后依据多变压器均衡拓扑结构以及铅酸电池极化特性,提出了基于电池容量与电池端电压相结合的均衡控制策略并设计算法。本文通过实验对所设计的硬件平台以及均衡策略进行检验。首先对电源、驱动、DC-DC变换器、电压采集、485通信等硬件电路进行测试,主要确保实验系统的安全性、可行性以及实验数据能否够准确上传。然后通过均衡电路定时地上传各电池电压值至MATLAB软件,并绘制出各电池的时间-电压曲线,进而评估均衡策略算法性能。通过对比电池均衡曲线,充分体现了本文所设计的均衡系统与策略能有效地实现电池组均衡,并降低了电池组的能量损耗。
【图文】：

图 4.10 IR2125 芯片内部结构图IR2125 最大可以实现 500V 的电压自举驱动能力，最大驱动电流达到 2A，输出驱动波形幅值为 12V-18V 之间，典型的 PWM 输出上升时间和下降时间都是 150ns，兼容 2.5V、5V、15V 的逻辑电平输入，可轻松实现百 KHz 级别的高频开关驱动，与此同时将电流信号反馈至 CS 管脚，可实现电流限制的功能。4.4.2 驱动电路设计本课题中的电池组由 6 节 12V 铅酸电池串联组成，，每个电池都有单独的驱动电路，其中第二节电池的驱动电路设计如图 4.11 所示，其他电池的驱动电路都是与此类似的：PWM2VCC1IN2ERR3COM4VS5CS6HO7VB8U5IR212510uF16VC1420CR9GNDVCC-12VPWM_1GND_BT2104CC16104CC1510KCR17VBT2100uF25VC13CS_1D19D6 DiodeVBT21:6T5D13VBT6

I U / R 0.23V / 0.1 2.3A压保护电路设计课题中对于电路保护除了一些基础的保险丝以外，还对电池组端电现了过压保护功能，即均衡过程中如果 Flyback 变换器输出电压过衡，直到电池组端电压恢复正常。电池组过压保护电路如图 4.12 图 4.12 过压保护电路设计.12 中 D21 为 TL431 精密基准源芯片，常温下能够输出稳定度为 0且在额定工作范围内还可以进行工作温度补偿，实现低噪精密电压理类似于三端稳压器，内部结构如图 4.13 所示。D21104CC1910kCR19GND3.3VVREFU8CLM339500K10KCR20GNDVREFOVRA1VBT6F7
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

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本文编号：2678218