锂离子电池充电系统的自适应控制方法研究

摘要

随着社会经济的发展,汽车成为人们生活中非常重要的代步工具。燃油汽车数量的增加将会加大对石油等不可再生能源的消耗,产生的尾气含有一氧化碳、氮化物等污染气体,对环境造成严重的影响。由于电动汽车使用电能作为动力,能量来自于各种储能设备,同时具有零排放、零污染以及高效节能的优势,因此其具有广阔的发展前景。
　　本文以实现锂电池充电机高效率、高功率密度以及自适应控制为主要目标,选择了具有二极管钳位的移相控制全桥零电压PWM变换器作为变换器的主电路,分析其主要特点,设计主电路参数,建立该变换器的小信号模型,并在Matlab环境下对变换器系统进行仿真。
　　通过分析常见锂电池的模型,本文选取一阶RC模型作为研究对象。通过采用最小二乘法进行参数的离线辨识,得出锂电池的极化电容会随剩余电量的变化而产生大范围波动的规律。将锂电池模型与变换器的模型进行结合分析,发现极化电容的变化严重降低充电系统动态特性的原因。
　　针对该问题提出了一种基于继电反馈的针对动力电池组充电系统参数在线辨识的方法,依据参数辨识结果对控制器参数进行自整定,使得充电系统获得指定的穿越频率和相位裕量,以减轻充电过程中充电器输入电压波动及动力电池组特性变化等对充电系统稳定性与动态性能的影响。
　　基于以上分析设计,研制了一台额定功率为1kW的锂电池充电样机,进行了实验测试和相关数据分析。实验结果表明:采用继电反馈参数自整定方法,通过在线辨识获取充电系统当前的工作状态,依据辨识结果对PID参数整定,使充电系统获得指定的穿越频率和相位裕量,在负载特性发生变化时,其动态性能不受影响,从而可以实现在复杂工况下系统最优及鲁棒性。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 锂电池充电器的发展概况

1.3 本文主要研究内容

第2章 充电系统的方案设计

2.1 充电机的功能和技术要求

2.2 锂电池充电系统的总体方案设计

2.3 本章小结

第3章 充电系统的模型分析

3.1 锂电池模型分析

3.2 锂电池模型参数的辨识

3.3 全桥变换器的小信号模型分析

3.4 峰值电流模式下的小信号模型

3.5 本章小结

第4章 充电系统的数字控制

4.1移相全桥变换器控制信号生成

4.2 充电系统的软件设计

4.3 自适应算法在充电系统中的应用

4.4 参数自整定过程

4.5 本章小结

第5章 仿真与样机实验结果

5.1 主要电路参数

5.2 仿真结果分析

5.3 实验结果验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间的学术成果

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