本文關(guān)鍵詞：基于寬禁帶器件的鋰電池充電與管理系統(tǒng)

  更多相關(guān)文章： 車載充電機 電池管理系統(tǒng) 寬禁帶器件 無橋PFC LLC變換器

【摘要】：以電池作為動力來源的新能源汽車是未來汽車發(fā)展的重要方向。目前,絕大多數(shù)汽車動力電池采用鋰離子電池,并可使用車載充電機對電池進行充放電操作。但是,汽車內(nèi)部空間狹窄、工況惡劣,并且鋰離子電池存在著工作電壓變化大,安全性較差,過充過放嚴重影響電池壽命等問題。這就要求車載充電機具有高效率、高功率密度、高可靠性等特點,同時還要能夠適應(yīng)鋰電池電壓寬范圍變化的特性。此外,為了更好的獲知電池工作狀態(tài),為車載設(shè)備提供更準確的工作依據(jù),有必要對汽車電池管理系統(tǒng)進行深入的研究。本文提出一種高功率密度、高可靠性并具有雙向運行能力的電動汽車車載充電機拓撲。該拓撲具有以下幾個特點:1)工作頻率高;2)輸出電壓可以在較寬范圍內(nèi)變化,同時可保持較高的工作效率;3)使用薄膜電容作為母線電容;4)既能給電池充電,也可向電網(wǎng)回饋能量;5)使用全數(shù)字控制方案。得益于能量可雙向量傳遞、零電壓開通和高效率等優(yōu)勢,無橋PFC和LLC直流變壓器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)被選作為雙向充電機的拓撲結(jié)構(gòu)。為了提升變換器的功率密度,大幅提升開關(guān)頻率。同時,碳化硅和氮化鎵等寬禁帶器件的應(yīng)用使變換器效率保持在較高的水平。此外,本文還提出了一種將輸入功率和輸出功率解耦的充電策略,從而減小了直流母線上的功率脈動,并使用薄膜電容替代電解電容進一步提升了變換器的性能。同時,針對電動汽車高壓電池組,本文還研究了分布式的電池管理系統(tǒng),可以動態(tài)監(jiān)測、分析電池的各項特性參數(shù),并能與外界進行數(shù)據(jù)通信。其它車載設(shè)備可以根據(jù)所獲得的電池狀態(tài)信息以調(diào)整自身的工作狀態(tài)。本文搭建了雙向車載充電系統(tǒng)來驗證所提的功率解耦的控制策略,所搭建平臺總功率1KW,包含車載充電機、電池管理系統(tǒng)和動力電池組。實驗結(jié)果表明應(yīng)用所提的功率解耦策略,車載充電機直流母線上的功率脈動顯著減小,可在鋰電池的全范圍工作電壓內(nèi)實現(xiàn)高效率雙向運行。所研制的電池管理系統(tǒng)能夠按照設(shè)計要求對電池進行檢測和保護。
【關(guān)鍵詞】：車載充電機 電池管理系統(tǒng) 寬禁帶器件 無橋PFC LLC變換器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;U469.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-21
• 1.1 研究背景14-18
• 1.1.1 動力電池技術(shù)14-16
• 1.1.2 V2G技術(shù)16
• 1.1.3 寬禁帶(Wide Bandgap)器件及其應(yīng)用16-18
• 1.1.4 BMS技術(shù)18
• 1.2 本文研究內(nèi)容及意義18-21
• 1.2.1 研究內(nèi)容18-20
• 1.2.2 研究意義20-21
• 第二章 車載充電機電路設(shè)計和分析21-30
• 2.1 雙向車載充電機結(jié)構(gòu)21-27
• 2.1.1 AC-DC變換器電路拓撲21-25
• 2.1.2 DC-DC變換器電路拓撲25-27
• 2.2 數(shù)字控制器的設(shè)計27-29
• 2.2.1 數(shù)字控制器資源配置28
• 2.2.2 數(shù)字控制程序流程28-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 第三章 變換器參數(shù)設(shè)計和器件選取30-43
• 3.1 設(shè)計要求30
• 3.2 AC-DC變換器器件設(shè)計30-33
• 3.2.1 電感設(shè)計31
• 3.2.2 開關(guān)管選取31-32
• 3.2.3 反并二極管選取32
• 3.2.4 直流母線電容的設(shè)計32-33
• 3.3 DC-DC變換器器件設(shè)計33-36
• 3.3.1 開關(guān)管選取33-34
• 3.3.2 諧振元件的設(shè)計34-36
• 3.4 寬禁帶器件應(yīng)用方案36-39
• 3.4.1 碳化硅器件及其應(yīng)用方案36-37
• 3.4.2 氮化鎵器件及其應(yīng)用方案37-39
• 3.5 損耗分析39-42
• 3.5.1 帶整流橋的PFC損耗計算39-40
• 3.5.2 無橋PFC損耗計算40-41
• 3.5.3 LLC變換器損耗計算41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于功率解耦的充電策略43-48
• 4.1 概述43
• 4.2 被動解耦方案43-45
• 4.3 主動解耦方案45-47
• 4.3.1 基于正弦波充電的控制方法45-46
• 4.3.2 薄膜電容的使用46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 電池管理系統(tǒng)48-54
• 5.1 概述48-49
• 5.2 電池管理系統(tǒng)的架構(gòu)49-51
• 5.2.1 集中式電池管理系統(tǒng)49
• 5.2.2 分布式電池管理系統(tǒng)49-51
• 5.3 電池管理系統(tǒng)主要功能設(shè)計51-53
• 5.3.1 電池管理系統(tǒng)主要設(shè)計指標51-52
• 5.3.2 電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計52-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 第六章 仿真和實驗結(jié)果54-67
• 6.1 仿真驗證和討論54-59
• 6.1.1 充電方向54-57
• 6.1.2 放電方向57-59
• 6.2 實驗驗證和討論59-66
• 6.2.1 充電機實驗結(jié)果和分析59-63
• 6.2.2 電池管理系統(tǒng)實驗結(jié)果和分析63-66
• 6.3 本章小結(jié)66-67
• 第七章 總結(jié)與展望67-69
• 7.1 本文的主要工作67
• 7.2 工作展望67-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74

【參考文獻】

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本文編號：1007216