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基于宽禁带器件的锂电池充电与管理系统
| 论文题名： | 基于宽禁带器件的锂电池充电与管理系统 |
| 关键词： | 新能源汽车;锂离子动力电池;车载充电机;电池管理系统;宽禁带器件 |
| 摘要： | 以电池作为动力来源的新能源汽车是未来汽车发展的重要方向。目前，绝大多数汽车动力电池采用锂离子电池，并可使用车载充电机对电池进行充放电操作。但是，汽车内部空间狭窄、工况恶劣，并且锂离子电池存在着工作电压变化大，安全性较差，过充过放严重影响电池寿命等问题。这就要求车载充电机具有高效率、高功率密度、高可靠性等特点，同时还要能够适应锂电池电压宽范围变化的特性。此外，为了更好的获知电池工作状态，为车载设备提供更准确的工作依据，有必要对汽车电池管理系统进行深入的研究。 本文提出一种高功率密度、高可靠性并具有双向运行能力的电动汽车车载充电机拓扑。该拓扑具有以下几个特点：1）工作频率高；2）输出电压可以在较宽范围内变化，同时可保持较高的工作效率；3）使用薄膜电容作为母线电容；4）既能给电池充电，也可向电网回馈能量；5）使用全数字控制方案。得益于能量可双向量传递、零电压开通和高效率等优势，无桥PFC和LLC直流变压器的级联结构被选作为双向充电机的拓扑结构。为了提升变换器的功率密度，大幅提升开关频率。同时，碳化硅和氮化镓等宽禁带器件的应用使变换器效率保持在较高的水平。此外，本文还提出了一种将输入功率和输出功率解耦的充电策略，从而减小了直流母线上的功率脉动，并使用薄膜电容替代电解电容进一步提升了变换器的性能。 同时，针对电动汽车高压电池组，本文还研究了分布式的电池管理系统，可以动态监测、分析电池的各项特性参数，并能与外界进行数据通信。其它车载设备可以根据所获得的电池状态信息以调整自身的工作状态。 本文搭建了双向车载充电系统来验证所提的功率解耦的控制策略，所搭建平台总功率1KW，包含车载充电机、电池管理系统和动力电池组。实验结果表明应用所提的功率解耦策略，车载充电机直流母线上的功率脉动显著减小，可在锂电池的全范围工作电压内实现高效率双向运行。所研制的电池管理系统能够按照设计要求对电池进行检测和保护。 |
| 作者： | 王栋 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张之梁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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