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原文传递锂电池化成系统的设计与实现

论文题名：	锂电池化成系统的设计与实现
关键词：	电动汽车;锂动力电池;化成系统;能量回馈
摘要：	近年来，随着新能源汽车产业的持续快速发展，动力电池行业突飞猛进。燃油汽车退出开始倒计时，锂电池设备行业迎来大爆发。随着锂电池产品功率的提高、应用领域的扩大以及下游企业降低生产成本的要求，对锂电池化成系统的节能、检测精度等的要求也相应提高。目前，传统能耗式大功率锂电池化成系统，在充放电过程中需消耗大量电能、参数检测精度低、充放电稳定性不高，能量浪费现象严重，而采用诸如能量回馈技术等技术可大幅度降低能量消耗，可取得明显的节能效果。　　根据市场的需求及目前电池化成控制系统存在的不足，本文设计了一种基于直流母线的多通道能量双向控制化成系统，并在控制系统的充放电稳定性、检测精度、直流母线能量平衡控制方面进行重点研究。在放电的过程中，存储在直流母线上的电能可供其它电池充电或者回馈至电网，提高能量利用率。　　本文首先对锂电池化成概念及电池充放电过程中的极化现象进行了简单介绍，给出了系统总体结构图，提出了系统设计技术指标。分析了单相桥式整流器整流和逆变的工作原理，根据降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，将升压式电路和降压式电路合并为一个具有能量回馈功能的双向DC/DC电路。　　之后论文对整个化成系统的硬件电路设计进行了介绍，主要分为两部分，即AC/DC与DC/DC。AC/DC部分对电感、电容的选取进行了详细分析，重点设计了驱动电路与信号检测电路。DC/DC部分介绍了主电路、内阻检测电路和温度检测电路。　　接着，详细分析了软件程序的设计过程，讲述了化成流程的控制方法及多通道化成独立管理的设计方法，介绍了恒流充放电，恒压充电及搁置的控制方法，给出了程序流程图。具体分析了充放电稳定性的控制与实现，采用PID算法调节控制充放电输出的稳定性;用数学建模和数字滤波的方法对检测到的参数值进行误差补偿，尽量减小检测值与真实值的误差，实现高精度检测，电压分辨率达到了1mV，电流分辨率达到了1mA。电池充放电的过程中，母线能量一直处于盈亏变化中，针对传统的通过控制母线电压协调输入输出功率的缺陷，设计了功率前馈母线电压控制能量平衡算法。在原有的单周期控制基础上，增加低压侧的功率变化量作为反馈量，提高了响应速度，能够更好地控制母线能量平衡，给出了设计框图及控制流程图。　　最后，对整个化成控制系统样机进行了功能测试，对从现场获取到的化成数据进行了仔细分析，整个化成系统实现了预期设计功能，化成多通道能够进行独立管理，系统的充放电稳定性较高，电压波动范围不超过0.01V，电流波动范围不超过0.01A，能量回馈效率达到了70％，实现了预期目标。　　本课题的研究对推动新能源汽车产业链电池生产、研发、科技进步、市场化应用等方面的发展都有现实意义。
作者：	刘顺
专业：	电子与通信工程
导师：	周冬梅;张启浩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	成都理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文