【摘要】：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人類對石油天然氣等化石能源依賴程度越來越高,隨之帶來的環(huán)境問題和能源可持續(xù)性等問題越來越突出。近年來,動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車、移動(dòng)通信設(shè)備和空間電源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,鋰離子電池因其高容量和循環(huán)充電無記憶性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)中。鋰離子電池單體電壓低,為滿足動(dòng)力系統(tǒng)高電壓、大電流的需求通常將若干鋰離子電池單體串聯(lián)使用,隨著電池組循環(huán)使用,電池不一致性逐漸加大,使得電池過沖過放頻繁給電池造成不可修復(fù)損傷,嚴(yán)重時(shí)可能引起電池爆炸,穩(wěn)定高效的電池均衡系統(tǒng)是解決這一問題的唯一途徑。本文的主要目的是針對電池組的不一致性建立一套穩(wěn)定高效的均衡系統(tǒng)方案。本文采用仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式來進(jìn)行理論分析與功能驗(yàn)證,首先對電池組不一致性產(chǎn)生的原因和影響進(jìn)行分析,然后對體現(xiàn)電池不一致性的均衡元素分別進(jìn)行驗(yàn)證分析,得出最為合適的均衡檢測變量,為均衡系統(tǒng)的建立提供依據(jù)。本文提出的均衡系統(tǒng)主要分為監(jiān)控模塊、主控模塊、算法控制模塊和均衡電路四大模塊,監(jiān)控模塊采用市場應(yīng)用成熟的AD7820A芯片解決方案,可以提供電池單體電壓、電流和溫度的精確采集,以MSP430微控制器作為主控系統(tǒng)協(xié)調(diào)各模塊的運(yùn)行。針對目前相關(guān)研究人員提出繁多的均衡電路方案進(jìn)行比較分析,選取并優(yōu)化了Cük電路作為高效均衡電路,此Cük變形電路擁有雙向充放電、在整個(gè)周期內(nèi)可持續(xù)均衡等優(yōu)點(diǎn),是高效的均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文高效策略的研究還在于電池均衡的智能化,分析了模糊控制理論在電池均衡中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn),將自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊算法很好結(jié)合的ANFIS系統(tǒng)引入到電池均衡系統(tǒng)中。ANFIS系統(tǒng)的模糊化可避免復(fù)雜電池模型的建立有效利用認(rèn)為經(jīng)驗(yàn),同時(shí)隨電池使用中狀態(tài)的變化來自適應(yīng)調(diào)整控制系統(tǒng),使均衡系統(tǒng)有高效的均衡輸出。本文以FPGA為硬件載體實(shí)現(xiàn)ANFIS系統(tǒng),得到一套完整高效的均衡系統(tǒng)。此系統(tǒng)經(jīng)仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,系統(tǒng)高效穩(wěn)定,易于模塊化實(shí)現(xiàn),對于大容量動(dòng)力電池組的高效均衡提供了有效的解決方案。
[Abstract]:With the rapid development of modern economy, people rely more and more on fossil energy such as petroleum and natural gas, and the environmental problems and energy sustainability become more and more prominent. In recent years, power battery has been widely used in electric vehicles, mobile communication equipment and space power supply, and lithium ion battery has been widely used in power system because of its high capacity and memoryless rechargeability. In order to meet the demand of high voltage in power system, a number of lithium ion battery units are usually used in series to meet the high voltage of lithium ion battery. With the battery recycling, the cell inconsistency increases gradually. The battery overshoot and overdischarge frequently cause irreparable damage to the battery, which may cause battery explosion when serious. A stable and efficient battery equalization system is the only way to solve this problem. The main purpose of this paper is to establish a stable and efficient equalization system for battery pack inconsistency. In this paper, theoretical analysis and functional verification are carried out by combining simulation and experiment. Firstly, the causes and effects of battery pack inconsistency are analyzed, and then the equilibrium elements which reflect the battery inconsistency are verified and analyzed respectively. The most suitable equilibrium detection variable is obtained, which provides the basis for the establishment of the equalization system. The proposed equalization system is divided into four modules: monitoring module, main control module, algorithm control module and equalization circuit. The monitoring module adopts the mature solution of AD7820A chip, which can provide battery cell voltage. The accurate collection of current and temperature, the MSP430 microcontroller as the main control system to coordinate the operation of each module. According to the comparison and analysis of various equalization circuit schemes put forward by relevant researchers at present, C 眉 k circuit is selected and optimized as an efficient equalization circuit. This C 眉 k deformed circuit has the advantages of bidirectional charging and discharging, sustainable equalization throughout the whole cycle, etc. It is an efficient topology of equalization circuit. The research of high efficiency strategy in this paper also lies in the intelligence of battery equalization. The advantages and disadvantages of fuzzy control theory applied in battery equalization are analyzed. Introducing the adaptive neural network and fuzzy algorithm into the fuzzy system of the battery equalization system can avoid the effective use of the complex battery model. At the same time, it adaptively adjusts the control system with the change of the state of the battery in use, so that the equalization system has an efficient equalization output. In this paper, FPGA is used as the hardware carrier to realize the ANFIS system, and a complete and efficient equalization system is obtained. Simulation analysis and experimental verification show that the system is efficient and stable and easy to be realized by modularization, which provides an effective solution for the efficient equalization of large capacity power batteries.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：2193234