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双向反激式电池均衡器及均衡策略研究

郑博文  
【摘要】:近年来,随着经济的快速发展,化石能源日益枯竭,环境污染问题日益严重,采用动力电池作为能源的电动汽车越来越受到人们的重视。为了满足电动汽车的电压及功率需求,需要将大量的电池单体经过串并联构成电池组使用。然而电池单体的不一致性会导致在使用过程中单体状态不均衡,进而导致某些单体过充过放,从而使电池组的有效使用容量降低,循环寿命减少,甚至产生安全隐患。电池均衡则是改善这种问题的一项关键技术。本文针对电池组均衡技术进行了相关问题的研究。本文分析了电池组能量发生失衡的原因,以电压作为控制变量,总结了电池组不同失衡状态下的均衡策略。针对单体对单体的均衡策略,以两层均衡系统为例,基于图形理论提出了一种约束最优化模型,并用蚁群算法求解以实现高速、高效的均衡效果。针对单体对组的均衡策略进行了能量利用效率和均衡速度的分析。以单体对组的均衡策略为前提,结合对现有均衡拓扑的对比分析,针对实际应用中电池组发生简单失衡为高概率事件这一情况,设计了基于多路双向反激变换器的均衡拓扑,在全面分析拓扑工作原理的基础上进行了拓扑功能的仿真验证。基于均衡拓扑从硬件软件两个方面构建了12节单体的电池组均衡系统。以磷酸铁锂电池组为实验对象,搭建了均衡系统的实验平台。对均衡系统各模块的基本功能进行了验证,针对三种典型的失衡情况进行了均衡效果测试。


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