本文關鍵詞：DC-DC變換器在電池管理系統(tǒng)中的應用研究

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【摘要】：隨著鋰離子電池制造工藝的發(fā)展,其比能量密度高、自放電率低以及循環(huán)壽命長等優(yōu)點得到了普遍認可,應用領域越來越廣泛。然而,出于使用安全的需要,鋰離子電池組必須配備管理系統(tǒng),為鋰離子電池提供充放電過流、短路、過壓、欠壓、高低溫、反接等保護和均衡管理功能。鋰離子電池對充電電流有嚴格的限制,原有鉛酸電池系統(tǒng)中的充電設備無法直接用于鋰離子電池充電,這造成了鉛酸電池升級為鋰離子電池時充電設備的浪費,增加更新?lián)Q代的成本。本課題將DC-DC變換器應用到鋰離子電池管理系統(tǒng)中實現(xiàn)限制充電電流的目的,以此解決充電設備不兼容問題；同時可以根據(jù)所需電流的要求并聯(lián)相應數(shù)目的模塊,滿足對充電電流的各種需求。首先,分析DC-DC變換器的各種拓撲結構及其控制方式,并針對本設計選擇適當?shù)腂uck型拓撲并采用電流反饋控制方式,其中需要根據(jù)電池管理系統(tǒng)的保護機制對標準的Buck型拓撲結構進行適當?shù)恼{整。通過比較各種電流采集方案,最終采用電阻高端采樣方案,準確高效地檢測電感電流。選擇合適的開關管并設計相應的熱管理電路,有效降低模塊的溫升并提高轉換器的轉換效率。根據(jù)鋰離子電池的特點,采用限制性均流方法,使得多個并聯(lián)模塊維持輸出限制電流值,達到各個并聯(lián)模塊平均電流的目的。其次,對本限流模塊的硬件電路設計做了詳細介紹,按照本系統(tǒng)的設計結構詳細分析了主控芯片、輔助電源、電流采集、功率電路、熱管理電路以及同步整流電路的硬件設計,并對各個部分的詳細參數(shù)設置做了明確的說明。最后,根據(jù)設計中的各個電路部分的詳細參數(shù)以及工作機制,構建限流模塊的MATLAB/Simulink電路模型,并對本模型進行仿真測試。另外,通過對實際模塊的限制電流穩(wěn)定性、模塊溫升以及轉換效率等指標進行測試,表明限流模塊能夠穩(wěn)定可靠高效的運行；通過測試取樣電阻的溫度對限流的影響,可以采取相應措施達到高精度限制電流的目的；同時,測試各個模塊并聯(lián)時的各自電流分配情況,表明各個并聯(lián)模塊能夠有效輸出各自限制電流值,維持總輸出電流的穩(wěn)定。
【關鍵詞】：DC-DC變換器 電池管理系統(tǒng) 限流 溫升 高效率
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM46;TM912
【目錄】：

• 中文摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 背景與意義11-12
• 1.2 DC-DC變換器發(fā)展現(xiàn)狀概述12-15
• 1.3 本文主要工作與內容安排15-17
• 第2章 DC-DC變換器原理分析與應用17-34
• 2.1 DC-DC變換器工作原理17-22
• 2.1.1 降壓型(Buck)變換器17-18
• 2.1.2 升壓型(Boost)變換器18-20
• 2.1.3 降升壓型(Buck-Boost)變換器20-22
• 2.1.4 等效電路分析22
• 2.2 DC-DC變換器的反饋控制方式22-24
• 2.2.1 電壓反饋控制方式23
• 2.2.2 電流反饋控制方式23-24
• 2.3 電流模式的斜坡補償24-27
• 2.4 同步整流(SR)技術27-28
• 2.5 功率管損耗28-31
• 2.6 電流檢測方法31-34
• 第3章 DC-DC技術在BMS中的應用分析34-50
• 3.1 充電限流35-37
• 3.1.1 線性限流電路35
• 3.1.2 DC-DC限流電路35-37
• 3.2 DC-DC變換器并聯(lián)均流37-41
• 3.3 鋰離子電池的充電方法41-43
• 3.4 電池管理系統(tǒng)(BMS)結構43-44
• 3.5 DC-DC變換器設計方案44-50
• 3.5.1 設計指標44-46
• 3.5.2 恒壓源負載充電限流分析46-48
• 3.5.3 DC-DC限流模塊并聯(lián)分析48-50
• 第4章 限流模塊的硬件設計與實現(xiàn)50-66
• 4.1 限流模塊硬件整體框圖51-52
• 4.2 主控芯片52-53
• 4.3 輔助電源電路設計53-54
• 4.4 電流采集模塊54-56
• 4.5 外部控制電路56-57
• 4.6 功率電路設計57-59
• 4.6.1 電感選擇57
• 4.6.2 開關管的選擇57-59
• 4.7 散熱管理部分59-62
• 4.8 逆止電路62-63
• 4.9 MATLAB仿真平臺搭建63-66
• 第5章 實驗測試與數(shù)據(jù)分析66-75
• 5.1 實驗環(huán)境66-67
• 5.2 恒流精度測量實驗67-68
• 5.3 限流模塊的溫升測試68-72
• 5.3.1 4A限流模塊溫升測試69-70
• 5.3.2 10A限流模塊不帶散熱風扇溫升測試70-71
• 5.3.3 10A限流模塊帶風扇限流模塊溫升測試71-72
• 5.4 取樣電阻對輸出電流的影響72-73
• 5.5 限流模塊并聯(lián)試驗73-75
• 第6章 總結75-76
• 附錄76-82
• 參考文獻82-87
• 致謝87-89
• 學位論文評閱及答辯情況表89

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 劉曉東;姜婷婷;方煒;;DC/DC變換器并聯(lián)均流技術[J];安徽工業(yè)大學學報(自然科學版);2013年01期

2 馬玲玲;楊軍;付聰;劉培;孫元章;;電動汽車充放電對電網(wǎng)影響研究綜述[J];電力系統(tǒng)保護與控制;2013年03期

3 郝秉文;鄭晟;;基于增量式PID的開關電源并聯(lián)均流系統(tǒng)設計[J];科學技術與工程;2013年08期

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6 柴漢冬;尹華;;一種高效率寬電壓輸入混合集成開關電源設計[J];微電子學;2015年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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2 劉紅銳;蓄電池組均衡器及均衡策略研究[D];天津大學;2014年

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本文編號：549508