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基于三单体直接均衡电路的储能电源组均衡控制系统

席玲玲  
【摘要】:蓄电池及超级电容器在分布式发电、UPS、电动汽车等诸多领域有广泛的应用,并多以串联方式成组使用。在长期使用过程中各电源单体性能差异不可避免,造成小容量单体过充过放,导致电源组有效容量降低,循环使用寿命减少,安全性能降低。本文在分析现有均衡系统的原理及优缺点的基础上,针对动力电池组及超级电容器组,兼顾效率,速度,系统线路结构三方面的要求,进行了均衡电路、均衡系统结构及均衡系统控制的研究。 研究了三单体直接均衡电路,它能实现三相邻单体之间任意两个间能量的直接双向传递。分析了三单体直接均衡电路的工作原理,进行了包括电磁元件参数计算的均衡电路的设计。以三单体直接均衡电路为基本均衡单元,构建了多层树状均衡系统结构,大多数能量传输线路集中于系统底层,线路结构简单。通过概率分析,将多层树状均衡系统与两单体直接交互式单层均衡系统的效率进行了对比。分析结果表明在均衡单体数量较多时,应用此多层树状均衡系统在均衡效率上有明显优势。 针对多层树状均衡系统建立了控制系统方案。设计了以PIC单片机为控制核心的,包括电压采样电路、驱动电路及辅助电源在内的三单体直接均衡控制器;采用CAN总线技术实现系统中各均衡器协调动作,对系统CAN硬件接口及通讯协议进行了设计;各均衡器通过CAN总线将电压数据上传至上位机,形成良好的人机交互界面,构成均衡系统的监控实验平台。 按自上而下逐级均衡的控制策略设计了系统控制软件。上级均衡器根据所辖下层单元失衡情况控制相应开关管的开通关断,待均衡完毕通过CAN总线对下级均衡器发送开始均衡的控制信号,下级均衡器开始均衡。依此类推,实现整个电源组的均衡。 对三单体直接均衡电路的效率进行了实验测试,进行了基于三单体直接均衡器的多层树状均衡系统的仿真及实验,实验结果证明多层树状均衡系统具有较快的均衡速度及较高的均衡效率。


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