带有升降压变换器的飞渡电容式电池组均衡技术研究-仪器科学与技术专业论文.docxVIP

Classified Index: TM912 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON BATTERY EQUALIZATION USING FLYING CAPACITOR WITH BUCK-BOOST CONVERTER Candidate： Xia Xiaodong Supervisor： Prof. Zhu Chunbo Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Instrument Science and Technology Affiliation： Dept. of Automatic Test and Control Date of Defence： June, 24th, 2011 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - - I - 摘 要 在现有电池技术水平条件下，电动汽车必须使用多个大容量的电池单体构 成的电池组来获得所需的电压，但由于电池单体的性能的不一致性，导致过充 和过放，影响电池组的使用寿命，限制了电动汽车的发展和产业化。目前，国 内外研究人员对串联电池组充放电均衡技术研究主要集中在能量转移型的均衡 方法上，但电路结构和控制方法一般都较复杂且成本较高，难以实现。 另一方 面，这些均衡方法大部分仅停留在理论研究上，并没有充分考虑电池组的充放 电特性，因而缺乏相应的均衡控制策略，难以推广实用。 本文在深入分析国内外对动力电池组均衡技术研究的基础上，提出了带有 升降压变换器的飞渡电容式的均衡方法，该方法可实现电池组动静态均衡， 且 均 衡 电 流 平稳 可 控 ， 从 而 消 除 了脉 动 均 衡 电 流 对 电 池的 脉 动 冲 击 。 基 于 该方 法，研制出了一个能实现对 12 节动力锂电池串联组成的电池组进行均衡的均 衡系统，该系统由均衡主电路和均衡控制器两部分组成，其中均衡控制器以单 片机为控制核心，还包括电压采集、CAN 通信、开关阵列和相应的驱动与控 制电路。经过大量的实验，得出了所设计的均衡系统的均衡效率、均衡速度、 均衡精度等特性曲线和参数。通过对上述实验数据的分析和比较，验证了此种 均衡方案能够使电池组单体电池的电压在静态和充放电过程中快速达到电压一 致，且具有较高的均衡精度和均衡效率。 最后针对该均衡方案的不足，又提出了改进型的基于双向升降压变换器的 总线式均衡方法，并对该方法的结构和工作原理进行了详细阐述，给出 了该均 衡 方 法 的 控制 算 法 的 设 计 原 则 ，通过 设计对比 仿 真 实验 验 证 了 该 方 法 的 可行 性。 关键词：电池均衡；双向升降压变换；飞渡电容；均衡总线；脉动冲击 - - II - Abstract Being subjected to the existing battery technology level, Electric Vehicles have to use lots of cells with large capacity connected in series to obtain the required voltage. But, the performance of the monomer battery is unconsistency, which leads to some batteries over-charge and over-discharge. And it consequently affects the service life of the battery, which limits the development and industrialization of Electric Vehicles. At present, the researches on the equilibrium controlling of the series-connected battery string charging and discharging for Electronic Vehicles, which the researchers at home and abroad are making, are focused on the methods of equilibrium of the type of energy transfer, but