基于反激式变压器锂电池组双向均衡系统优化分析

发布时间：2020-10-16 20:47

　　 在能源危机的背景下,新能源汽车尤其是电动汽车成为当今汽车行业的研究热点,锂动力电池由于其诸多优点被广泛应用于纯电动汽车中,但其使用过程中的不一致性问题成为制约其寿命、安全、成本的关键。因此,开发有效的均衡控制系统,改善电池组不一致状况,对电动汽车的发展显得尤为重要。本文以电动汽车用锂离子电池组为研究对象,完成了基于反激式DC/DC转换器的改进双向均衡系统设计,对其重要参数进行了优化,并进行了仿真分析,验证了改进与优化的有效性。首先,本文基于电池的HPPC循环测试实验结果,确定了以开路电压、工作电压分别作为系统在搁置状态、充放电状态的均衡变量。其次,基于HPPC与开路电压特性实验对Rint等效电路模型与二阶RC等效电路模型进行辨识。再次,对均衡电路进行了理论分析,借用传递函数的推导思想,采用拉氏变换及其逆变换,在此基础上提出了能综合考虑能量效率及均衡速度的系统性能指标E的定义及计算方法,找到其影响参数,提出优化设计流程,并找到基于理论分析的参数优化方法对重要参数占空比和初级线圈电感值进行优化。然后,本文在Simulink平台下基于恒流放电实验,验证了电池模型辨识结果;选取参考文献的实验结果和实验数据,基于理论分析设置相同的参数并还原相同的均衡过程,以此证实理论分析的正确性。同时,为节约优化和仿真时间,对周期和初级回路电感值成比例放大,并进行仿真分析,证实未降低系统性能;并以此为基准,设计了一种放电和搁置联合均衡工况对参数进行了优化,解出了使系统性能指标最大的最佳占空比和初级线圈电感值分别为0.2421和6.572?10~(-2)H。最后,依据优化前后的数据对比,及优化前后的图像分析,对仿真结果进行了严密地论证,证实了参数优化的有效性。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 动力电池发展现状
    1.3 均衡控制系统研究现状
        1.3.1 集中式与分布式均衡
        1.3.2 放电、充电与双向均衡
        1.3.3 耗散型与非耗散型均衡
        1.3.4 其它均衡电路
    1.4 论文的研究内容与体系框架
        1.4.1 论文的研究内容
        1.4.2 论文的体系框架
第2章 基于实验的均衡变量选取
    2.1 锂动力电池组不一致状态分析
        2.1.1 不一致性来源分析
        2.1.2 不一致性宏观表现参数测试
    2.2 均衡变量选取
    2.3 本章小结
第3章 均衡电路设计
    3.1 均衡系统设计说明
        3.1.1 基于实验的均衡系统设计背景
        3.1.2 均衡系统整体设计说明
        3.1.3 均衡电路设计说明
    3.2 基于实验的电池模型及参数辨识
        3.2.1 电池模型原理分析
        3.2.2 基于实验的参数辨识
    3.3 均衡电路工作原理
        3.3.1 转换器工作原理
        3.3.2 均衡电路工作原理
    3.4 本章小结
第4章 均衡电路参数选取及优化设计
    4.1 电路元件参数设计
        4.1.1 转换器参数设计
        4.1.2 元件MOS管参数设计
        4.1.3 电容器参数设计
    4.2 均衡电路参数优化
        4.2.1 基于传递函数的电路分析
        4.2.2 基于理论分析的参数优化
    4.3 本章小结
第5章 基于工况的控制策略设计
    5.1 控制策略设计说明
    5.2 电池组健康状态评价
        5.2.1 量化指标的选取
        5.2.2 量化指标界限值的确定
    5.3 基于工况的均衡指令制定
    5.4 本章小结
第6章 均衡系统模型搭建及仿真
    6.1 基于实验的电池组模块设计仿真
    6.2 仿真模型搭建
    6.3 均衡电路参数优化仿真
        6.3.1 电路仿真验证
        6.3.2 优化前期准备
        6.3.3 基准模型分析
        6.3.4 参数优化
        6.3.5 优化结果及前后对比
        6.3.6 小结
    6.4 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

【参考文献】

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本文编号：2843757