锂离子电池化成控制系统设计与研究

发布时间：2017-03-20 07:01

  本文关键词：锂离子电池化成控制系统设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池化成即对其进行多次充放电,以形成电池的充放电性能和容量,这是锂离子电池生产过程中的重要工序。化成系统是对锂电池成批、分别独立的恒流恒压充电和恒流放电,并对每个电池的化成过程进行控制和管理。因此,化成过程是一个复杂的工艺过程。目前国内化成大多数采用传统的化成装置,存在功率因数低、效率不高等;其在化成过程中的放电电能通过电阻放电方式消耗,从而造成能量的浪费。本文在分析锂离子电池化成设备应用和研究现状的基础上,指出了传统系统存在的问题,提出了以DSP为核心的化成系统控制方案。主要内容有基于DSP处理器控制器设计,单相PWM整流器、双向DC/DC变换器设计及控制算法设计等。针对化成设备功率因数低,能量浪费的问题,设计了单相电压型PWM整流器,以提高其功率因数和实现能量回馈。采用双极性PWM调制方法,建立其数学模型。提出了一种基于旋转坐标变换的前馈解耦和负载电流前馈补偿的新型PWM控制算法。并用MATLAB/Simulink进行了仿真分析,结果表明其能工作在整流和逆变两个状态,且性能稳定,抗扰能力强,能在近单位功率因数下运行,验证了控制策略的正确性和可行性。其次给出了双向DC/DC变换器电路拓扑结构,设计了双向DC/DC变换器的硬件电路和参数。详细分析了其在充、放电两种工作状态下的四个工作模态,并设计了变换器的充放电控制算法。最后,设计了DSP系统的控制软件。利用半实物仿真平台搭建了实验电路,得出了相关实验波形。实验结果表明,本文设计的软硬件方案可以较好地实现整流和逆变,并可控制其运行于单位功率因数下,实现了锂离子电池的高效充放电和能量回馈。
【关键词】：锂离子电池化成 PWM整流 前馈解耦控制 双向DC/DC变换 能量回馈 DSP
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912;TP273
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-17
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 锂离子电池化成控制系统研究现状11-14
• 1.3 课题研究意义14-15
• 1.4 本论文主要完成的研究工作15-17
• 2 化成控制系统的总体设计17-22
• 2.1 锂离子电池化成17
• 2.2 锂离子电池充放电工艺分析17-18
• 2.2.1 锂离子电池充电方法17-18
• 2.2.2 锂离子电池放电方法18
• 2.3 充放电方案设计18-20
• 2.4 锂离子电池化成控制系统的结构20
• 2.5 本章小结20-22
• 3 化成控制模型与控制方法分析22-32
• 3.1 单相电压型PWM整流器控制模型22-28
• 3.1.1 单相PWM整流器的工作原理22-25
• 3.1.2 单相PWM整流器的工作模式25-27
• 3.1.3 单相PWM整流器的数学模型27-28
• 3.2 双向DC/DC恒流恒压控制方法分析28-31
• 3.2.1 充电模式分析29-30
• 3.2.2 放电模式分析30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 4 化成控制系统硬件电路设计32-56
• 4.1 PWM整流器硬件参数设计32-44
• 4.1.1 EMI滤波器设计33
• 4.1.2 交流侧电感设计33-38
• 4.1.3 直流侧电容的设计38-39
• 4.1.4 单相PWM整流器功率开关管的选型39
• 4.1.5 信号采样调理电路的设计39-44
• 4.2 双向DC/DC变换器硬件参数设计44-50
• 4.2.1 高频变压器的设计44-47
• 4.2.2 DC/DC变换器电感设计47
• 4.2.3 DC/DC变换器电容选择47-48
• 4.2.4 DC/DC变换器功率开关管的选型48
• 4.2.5 MOSFET管的驱动电路设计48
• 4.2.6 数据采集处理设计48-50
• 4.3 基于DSP的控制器设计50-53
• 4.4 本章小结53-56
• 5 化成系统控制算法56-70
• 5.1 单相电压型PWM整流器控制算法56-65
• 5.1.1 间接电流控制56
• 5.1.2 直接电流控制56-58
• 5.1.3 其他的新型控制算法58-59
• 5.1.4 单相PWM整流器基于解耦双环控制器的设计59-63
• 5.1.5 单相PWM整流器抗扰动设计63-65
• 5.2 双向DC/DC充放电控制算法65-66
• 5.3 系统软件设计66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 6 系统仿真及实验结果分析70-78
• 6.1 系统仿真结果分析70-74
• 6.1.1 锂离子电池化成能量回馈仿真研究70-72
• 6.1.2 单相PWM整流器抗扰动仿真72-74
• 6.2 锂离子电池化成控制系统实验分析74-76
• 6.3 本章小结76-78
• 7 总结与展望78-80
• 7.1 总结78
• 7.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 个人简历84-86
• 学位论文数据集86

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