發(fā)布時間：2017-08-23 20:07

  本文關鍵詞：鋰電池組均衡系統(tǒng)電路拓撲及控制算法的研究

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【摘要】：化石能源的過度消耗對全球環(huán)境造成了嚴重影響,同時人類也將面臨前所未有的能源危機,在此雙重壓力下,各國政府大力推進新型電動汽車等低能耗、輕污染行業(yè)發(fā)展,加大風能、太陽能等新能源的開發(fā)投入,實施這些舉措時均離不開儲能設備。鋰離子電池的高能量密度、無記憶效應、單節(jié)循環(huán)周期長等特點,使其得到了廣泛應用,是十分具發(fā)展前景的動力電池。鋰電池單體電壓低,經(jīng)常被串聯(lián)成電池組使用,然而電池組中電池間的性能差異必然存在,在充放電過程中,造成某些電池過充過放,該現(xiàn)象嚴重影響電池的使用壽命,降低電池組性能。電池組能量均衡系統(tǒng)通過調度內部能量流動,使電池組所有電池能量保持于同一水平,有效地防止電池的過充放現(xiàn)象。論文總結了國內外現(xiàn)有的均衡方案,對比分析了各均衡方案的優(yōu)缺點,按照快速、高效、易擴展的要求選用了總線式均衡結構。該結構在均衡時內部能量流動路徑較短,能夠大大提高了均衡的速度以及效率。論文的主要工作如下:(1)在雙向Cuk變換器中加入電容元件實現(xiàn)了變換器輸入輸出的隔離,并根據(jù)均衡網(wǎng)絡結構加入電感元件,得到了一種利用電容隔離的雙向隔離式Cuk均衡器。通過工作階段分析簡化了均衡器,并建立其數(shù)學模型,通過采用了帶有同步條件的同步控制策略提高了均衡器的均衡效率。(2)論文分析了磷酸鐵鋰電池的數(shù)學模型,采用一致性控制策略根據(jù)電池SOC進行電池組內部能量的調度,并構造了Lyapunov函數(shù)證明了控制策略的收斂性;采用V/I控制器雙輸入單輸出模糊算法,對均衡器均衡電流進行調節(jié),同時保證系統(tǒng)總線電壓的穩(wěn)定。(3)針對所提出的均衡器以及控制算法,設計制作了均衡系統(tǒng)實驗樣機,并對均衡器同步條件、均衡器效率、均衡系統(tǒng)控制策略進行驗證與測試,實驗結果表明了同步條件的正確性,顯示了均衡器較寬的均衡電流范圍內均能保證90%的均衡效率,表征了控制策略的有效性。綜上所述,論文采用了總線式均衡網(wǎng)絡,并提出了完整的均衡系統(tǒng)方案,搭建了一系列仿真模型,并設計了實驗樣機,結果均表明所提出均衡方案的有效性,滿足均衡系統(tǒng)快速、高效、易擴展的要求;本方案更加適用于大功率應用需求。
【關鍵詞】：電池組 均衡 模糊控制 Cuk 同步
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 課題背景及意義8-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 有損均衡10-11
• 1.2.2 無損均衡11-16
• 1.3 論文主要內容及結構安排16-18
• 2 均衡變換器的研究18-28
• 2.1 雙向隔離式Cuk均衡器電路拓撲18-19
• 2.2 均衡器模型分析19-24
• 2.3 均衡器損耗分析24-26
• 2.4 均衡器可行性驗證26-27
• 2.4.1 仿真驗證26-27
• 2.4.2 實驗驗證27
• 2.5 本章小結27-28
• 3 均衡系統(tǒng)控制算法28-40
• 3.1 鋰離子電池能量模型28
• 3.2 均衡控制算法結構28-29
• 3.3 均衡系統(tǒng)一致性控制算法29-33
• 3.4 均衡系統(tǒng)V/I控制算法33-36
• 3.5 均衡系統(tǒng)控制算法仿真36-38
• 3.6 本章小結38-40
• 4 實驗樣機的設計與實現(xiàn)40-56
• 4.1 均衡管理系統(tǒng)樣機整體方案40-41
• 4.2 主控模塊41-45
• 4.2.1 電源電路41-42
• 4.2.2 MCU控制電路42-43
• 4.2.3 CAN總線通訊電路43-45
• 4.3 均衡模塊45-54
• 4.3.1 電源電路45-47
• 4.3.2 MCU控制電路47
• 4.3.3 均衡器47-48
• 4.3.4 驅動電路48-50
• 4.3.5 CAN通訊電路50-51
• 4.3.6 均衡電流檢測電路51-52
• 4.3.7 總線電壓以及電池電壓檢測電路52-54
• 4.4 均衡系統(tǒng)實驗樣機54-55
• 4.5 本章小結55-56
• 5 均衡系統(tǒng)性能測試及結果分析56-68
• 5.1 均衡器同步條件測試56-58
• 5.2 均衡器效率測試58-61
• 5.3 均衡系統(tǒng)測試61-66
• 5.4 本章小結66-68
• 6 結論與展望68-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-76
• 附錄76
• 作者在攻讀碩士期間在校研究成果76

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本文編號：727031