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动力电池组高效均衡系统研究与设计
| 论文题名： | 动力电池组高效均衡系统研究与设计 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池组;自动均衡 |
| 摘要： | 能源的紧缺和环境的污染问题越来越严重，危及人类赖以生存的家园，成为亟待解决的全球性问题。发展新能源是解决问题的重要手段，电动汽车(ElectricVehicles，EVs)使用电池作为动力源，具有节约不可再生能源、对环境友好等特点，已经成为全球各国研究发展的重点。电动汽车对于电池性能的要求比较高，动力电池单体一般经串并联连接成电池组后，才能满足电动汽车的驱动动力以及续航里程等要求。但是电池在成组后，它的缺点也是显而易见的。电池单体制造过程中的微小差异，特别是在工作过程中环境温度、充放电倍率的不同，导致了电池组中电池单体之间不一致性越来越大，极大的降低了整个电池组的可用容量、缩短了电池组的使用寿命。电池均衡是使电池组保持一致性，延长电池组使用寿命的重要手段，本文研究设计了两种串联电池组的主动均衡拓扑。主要内容如下: (1)针对现有的主动均衡电路均衡速度慢、效率低等问题，提出了基于双向反激变换的均衡拓扑，解决了在均衡末期因为电压差变小而降低均衡速度的问题，并且改进了均衡开关控制策略，在均衡时能够实现多节电池对多节电池的同时均衡，提高了均衡的速度; (2)针对现有的基于电压的主动均衡拓扑体积大、控制复杂等问题，提出了基于正反激变换的自动均衡拓扑。此方法控制简单，仅仅需要一对状态互补的PWM信号，即可实现电池组中所有电池的自动均衡。并且通过把每个模组的原边与副边交错相连，可以通过反激变换实现模组间的均衡，有效减小了电路体积和成本; (3)对提出的两种均衡方案进行了仿真分析，验证电池均衡拓扑的可行性。在此基础上设计了电池均衡系统，包括电源供电电路、电池电压采集模块、电流监测电路、MOSFET驱动电路、变压器等硬件电路。利用dSPACE控制器加Matlab/Simulink模块搭建均衡控制平台，实现整个均衡系统的设计; (4)通过搭建的均衡系统平台验证两种均衡方案的效果。在同一初始电压下进行均衡对比试验，对于基于双向反激变换的均衡方案进行控制策略的改进，对于基于正反激变换的自动均衡方案在不同开关频率下寻求最佳的均衡效果。进一步的进行了两种均衡方法的对比与评价。实验结果表明基于双向反激变换的均衡方案具有较快的均衡速度，基于正反激变换的自动均衡方案具有成本低效率高等优势。 本文提出的两种均衡电路各有优劣势，但是相比于传统的均衡电路，在成本控制、均衡速度和效率上都有较大的提高。而且提出的均衡电路都可以进行模块化设计，能够很好的应用于电动汽车上，对于提高电池组一致性、延长电池组的使用寿命、提高电动汽车安全性能有着十分重要的实际意义。 |
| 作者： | 于轲轲 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 张承慧 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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