动力电池主动均衡系统关键技术研究

发布时间：2020-11-04 03:36

【摘要】：作为电动汽车的动力来源,单节电化学电池所能提供的电压和能量功率远远不足以满足要求,一般会使用多节单体电池串联成高压电池组来满足电动汽车中的电压和功率要求。但是由于电池生产过程及制造工艺的复杂性,串联电池组的单体性能难以达到完全的一致,而使用过程的环境差异更是加剧电池组单体电池性能之间的不一致性,造成单体之间的不平衡状况恶化。因此在电池组使用过程中需要通过均衡控制来改善单体之间的不一致性,提高电池组的能量利用效率,增加电池组的使用寿命,进而提高电动汽车的续航能力。本文分析串联电池组单体之间性能不一致的成因和影响。在电池组充放电实验和混合动力脉冲能力特性(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)实验的基础上,对于单体性能不一致性的参数表现形式进行了研究。分析对比开路电压、工作电压及荷电状态(State of Charge,SOC)作为均衡变量的优缺点,选取工作电压作为电池组均衡控制中的均衡变量。为了实现均衡效率高、速度快的控制目标,本文提出一种基于有源钳位正激电路改进式的双向DC-DC变换器作为均衡主电路,该拓扑可以实现整个电池组和任意单体之间能量的双向流动。分析该拓扑在充放电模式下的工作原理,提出实现主开关管软开关的理论依据。以四单体串联电池组为例,设计双向DC-DC变换器的主要参数。在此基础上,使用Saber软件建立仿真模型,验证理论分析和设计结果。设计均衡控制系统的控制电路,包括驱动电路、采样电路、开关阵列等。使用LTC6803-4芯片设计多路单体电池的电压检测电路,通过SPI通信与DSP交互信息,提高了电池电压的采样精度;优化开关阵列的多路驱动,解决其浮地和低频开关问题,提高了开关速度;设计针对整个电池组的均衡控制策略,提高均衡效率,减少了均衡充放电时间。最后以四单体串联电池组为控制对象,搭建电池组均衡控制系统的实验平台。进行了均衡控制系统充电和放电两种状况下的实验,实现均衡主电路的恒流充放电,评估均衡控制系统实验的效果,证明均衡控制能够良好地改善电池组单体的不一致性。
【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】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

电过程中在充放电回路之外针对需要均衡的单体电池另外创造一个回路转移一部分能量，能量转移的回路可以由电阻或者开关管构成。图 1-1 的均衡电路[16,17]就是利用开关管另外创造了一个能量转移回路，对充放电回路进行分流处理。其控制方式是每个单体电池通过使用两个开关单独控制，当单体电池达到其最大电压（放电模式下的最小值）或接近均衡控制策略的参考值时，每个单体电池从电流路径被单独断开，该单体被完全旁路分流。这种方法的优点是成本较低，效率较高，控制方式简单，易于模块化。这种均衡方法通常用于昂贵的不间断电源系统中，用带有电流控制转换器的大容量充电器进行充电。在该系统中，总线电压会跟随充电单体电池的数量而变化，因此需要一个具有较宽范围输出电压的电源转换器。

图 1-2 电阻分流式均衡电路单体式均衡拓扑 单体对单体均衡拓体之间进行转移。 中的开关电容作为储能器件实现相邻单层开关电容网络均衡拓扑[20]控制方式为所的触点接触时，电容便与上面的单体电

-3 单层开关电容网络均衡拓扑 图 1-4 双层开关电容网络均衡拓扑图 1-5 基于 Cuk 变换器的单对单均衡拓扑结构k-Boost 型 的 单 对 单 均 衡 拓 扑 结 构 拓 扑[23]如 图 1-6 所 示 。 每
【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王福鸾;;中国铅酸电池市场应用现状和未来展望[J];蓄电池;2014年04期

2 戴海峰;王楠;魏学哲;孙泽昌;王佳元;;车用动力锂离子电池单体不一致性问题研究综述[J];汽车工程;2014年02期

3 程夕明;薛涛;;基于多绕组变压器的均衡电路占空比设计方法[J];电机与控制学报;2013年10期

4 徐顺刚;王金平;许建平;;一种延长电动汽车蓄电池寿命的均衡充电控制策略[J];中国电机工程学报;2012年03期

5 丑丽丽;杜海江;朱冬华;;一种新型蓄电池组的均衡拓扑及其控制策略[J];电力与能源;2011年05期

6 宋永华;阳岳希;胡泽春;;电动汽车电池的现状及发展趋势[J];电网技术;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘云建;锂离子动力电池的制作与性能研究[D];中南大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 陈洋;串联电池组复杂失衡控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 郝晓伟;纯电动汽车锂离子电池组均衡策略研究及系统实现[D];吉林大学;2013年

本文编号：2869557