本文關(guān)鍵詞：鋰動力電池組主動均衡控制系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：在能源和環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的情況下,鋰動力電池組作為儲能系統(tǒng)的大范圍應(yīng)用已成為現(xiàn)在新能源發(fā)展的一個重要方向。而以鋰離子電池作為電動汽車的動力來源的方案更是倍受研究者的青睞,但在此應(yīng)用中卻存在著電池的不一致問題,這成為阻礙其推廣的一大難題。目前,改善電池組不一致問題的一個重要方法就是,合理運用均衡技術(shù)構(gòu)建鋰離子電池組均衡控制系統(tǒng)。本文首先闡明了鋰電池組不一致性產(chǎn)生的原因主要在于,各單體鋰電池在其生產(chǎn)、使用、儲存三個方面存在差異,指出不一致性對電池組的影響。接著分別從電池容量、電池電壓、荷電狀態(tài)(State Of Charge,SOC)三個方面分析了電池組不一致性的具體表現(xiàn),選取荷電狀態(tài)作為均衡變量。然后對比分析了常見均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),最終選用的拓?fù)涫腔诜醇ぷ儞Q器的主動均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并介紹了反激變壓器基本參數(shù)的計算方法。在此基礎(chǔ)上,提出和設(shè)計了基于雙向反激變換器的主動均衡控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用高性能微處理器STM32F103作為主控單元,當(dāng)電池組充電或放電時,主動均衡系統(tǒng)通過CAN總線獲取電池管理系統(tǒng)計算出來的均衡信息,控制開關(guān)邏輯矩陣選擇要被均衡的單體電池,利用PID控制算法計算出最優(yōu)PWM的值,控制雙向反激變換器拓?fù)鋯卧獙崿F(xiàn)對目標(biāo)電池的充電、放電,均衡完成后進(jìn)入休眠狀態(tài),等待均衡動作的再次喚醒。開關(guān)邏輯矩陣采用74HC595和74HC138實現(xiàn)I/O口的擴展,74LS165實現(xiàn)邏輯輸出的閉環(huán)校驗,保證繼電器切換的準(zhǔn)確性和無故障發(fā)生。該系統(tǒng)通過擴展后端的開關(guān)邏輯矩陣,就可以輕松的應(yīng)用到不同數(shù)量的、不同電壓等級的鋰電池模組中,具有較好的發(fā)展前景。實驗測試結(jié)果表明,該方案具有均衡速度快、效率高等優(yōu)點,能夠?qū)崿F(xiàn)實時有效的主動均衡效果。
【關(guān)鍵詞】：鋰動力電池組 不一致問題 反激變換器 主動均衡 PID控制算法
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TP273
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題研究的背景9-10
• 1.2 鋰動力電池均衡技術(shù)的研究意義10
• 1.3 國內(nèi)外均衡技術(shù)的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3.1 均衡策略的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 均衡電路拓?fù)涞难芯楷F(xiàn)狀12
• 1.4 本課題來源和研究的主要內(nèi)容12-15
• 2 均衡方案設(shè)計15-27
• 2.1 鋰電池組不一致性分析15-17
• 2.1.1 鋰離子電池組不一致性的產(chǎn)生原因15-16
• 2.1.2 鋰離子電池組不一致性的表現(xiàn)形式16-17
• 2.2 電池均衡策略的制定17-20
• 2.2.1 以電池容量為均衡變量17-18
• 2.2.2 以電池電壓為均衡變量18-19
• 2.2.3 以SOC為均衡變量19-20
• 2.3 常見的均衡拓?fù)潆娐贩治?/span>20-25
• 2.4 均衡拓?fù)涞倪x擇25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 3 均衡系統(tǒng)的硬件設(shè)計27-41
• 3.1 均衡系統(tǒng)的硬件架構(gòu)27-28
• 3.1.1 應(yīng)用平臺簡介27
• 3.1.2 均衡系統(tǒng)整體硬件組成27-28
• 3.2 均衡系統(tǒng)主控單元硬件設(shè)計28-30
• 3.2.1 均衡系統(tǒng)主控芯片選型28-30
• 3.2.2 均衡系統(tǒng)主控平臺簡介30
• 3.3 均衡拓?fù)鋯卧O(shè)計30-35
• 3.3.1 基本反激變換器的工作原理30-32
• 3.3.2 反激變壓器設(shè)計32-34
• 3.3.3 主動均衡拓?fù)湓韴D設(shè)計34-35
• 3.4 電流采樣單元設(shè)計35-36
• 3.5 開關(guān)矩陣單元設(shè)計36-38
• 3.7 均衡系統(tǒng)通信單元設(shè)計38-40
• 3.7.1 CAN總線簡介38-39
• 3.7.2 CAN硬件設(shè)計39-40
• 3.8 本章小結(jié)40-41
• 4 均衡系統(tǒng)的軟件設(shè)計41-51
• 4.1 軟件整體設(shè)計41-42
• 4.2 軟件設(shè)計平臺42-43
• 4.3 系統(tǒng)初始化設(shè)計43-45
• 4.3.1 鎖相環(huán)模塊43
• 4.3.2 GPIO模塊43-44
• 4.3.3 CAN通信模塊44-45
• 4.4 開關(guān)矩陣軟件驅(qū)動設(shè)計45-46
• 4.5 CAN總線協(xié)議設(shè)計46-48
• 4.6 PID閉環(huán)控制設(shè)計48-50
• 4.7 本章小結(jié)50-51
• 5 系統(tǒng)實驗和結(jié)果分析51-55
• 5.1 鋰電池組充放電平臺51
• 5.2 實驗測試結(jié)果和分析51-54
• 5.2.1 PID參數(shù)整定51-52
• 5.2.2 電流精度測試52-53
• 5.2.3 充放電運行數(shù)據(jù)分析53-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 6 總結(jié)與展望55-57
• 6.1 總結(jié)55
• 6.2 展望55-57
• 致謝57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 附錄63-65
• 1.圖表索引63-65
• 2 碩士研究生期間發(fā)表論文65

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本文編號：758488