聚合物动力锂电池组充电策略研究

论文摘要

能源日益枯竭和生存环境的日益恶化促使电动汽车日益受到世界各国的重视,然而在电动汽车中使用的动力电池存在的诸多问题制约了其发展和普及。本文主要对电动汽车等上使用的聚合物动力锂电池组的充电策略进行研究。首先,本文分析了聚合物动力锂离子电池的电化学原理和与充电相关的参数,在MATLAB中建立了锂电池模型。分析了目前动力型锂离子电池在应用中存在的问题,对充电控制策略的三个主要问题,快速充电法、串联电池组均衡和充放电设备进行研究。提出跟踪锂电池可接受的最大充电电流法以代替传统的恒流恒压法;提出一种基于超级电容器的串联锂电池组均衡电路和基于三相单相矩阵变换器的充放电设备电路方案。其次,在MATLAB中用建立的锂电池模型和开关电源模型,建立了充电仿真模型。仿真研究中,采用模糊逻辑算法控制充电器的充电电流,使锂电池组的充电电流跟随其可接受的充电电流变化,以减少充电时间。仿真结果表明该方法充电时间相对缩短。在Simulink中建立了基于三相单相矩阵变换器的充放电设备模型,并对传统SVPWM调制改进以减少输入侧的电流畸变,该充放电设备电路方案能够节约充电设备成本、使充电过程调节方便,减少输入侧电网谐波污染。对基于电流源型开关选择式的均衡方案,建立了Simulink仿真模型,用模糊控制算法控制均衡电流源的均衡次数和时间。仿真结果表明,该方案可以有效提高电池组的电压一致性。最后,对快速充电策略和基于超级电容器的均衡策略进行实验。设计了锂电池充电控制系统的控制电路和均衡电路,并完成实验调试。实验结果表明,快速充电法可以相对缩短锂电池的充电时间16.7%,均衡电路能够有效的实现动力锂电池组的电压均衡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 动力锂电池组充电策略的国内外研究现状
• 1.2.1 动力锂电池组充电策略的国内研究现状
• 1.2.2 动力锂电池组充电策略的国外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 聚合物动力锂电池组特性研究
• 2.1 动力锂电池的组成和优点
• 2.2 聚合物动力锂电池组充电原理
• 2.3 聚合物动力锂电池组特性
• 2.3.1 锂电池组充放电特性
• 2.3.2 锂电池组参数变化规律
• 2.4 本章小结
• 第3章 聚合物动力锂电池组充放电技术研究
• 3.1 聚合物动力锂电池组充电问题分析
• 3.2 聚合物动力锂电池组充电技术研究
• 3.2.1 锂电池组快速充电技术研究
• 3.2.2 锂电池组均衡充电技术研究
• 3.3 锂电池组充放电控制设备研究
• 3.3.1 矩阵变换器式充放电设备拓扑结构
• 3.3.2 充电调制策略分析
• 3.3.3 放电调制策略分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于模糊控制的充电控制器设计
• 4.1 模糊控制器设计原则
• 4.1.1 充电系统模糊控制器分析
• 4.1.2 快速充电模糊控制器设计
• 4.1.3 均衡充电模糊控制器设计
• 4.2 快速充电模糊控制仿真研究
• 4.3 均衡充电模糊控制仿真研究
• 4.4 矩阵变换器式充放电设备仿真研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 聚合物锂电池组充电控制系统设计
• 5.1 充电控制系统结构
• 5.2 充电控制系统主电路设计
• 5.2.1 主电路工作过程分析
• 5.2.2 主电路中元件参数的确定
• 5.3 充电控制系统控制电路设计
• 5.3.1 电池电压信号采集电路
• 5.3.2 电池电流信号采集电路
• 5.3.3 电池温度采集电路
• 5.3.4 均衡电路设计
• 5.3.5 控制电路设计
• 5.4 系统调试
• 5.4.1 快速充电调试
• 5.4.2 均衡充电调试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读期成果
• 致谢