动力电池模拟电源控制系统研究

摘要

随着科技的进步和社会的发展,能源危机和环境污染问题愈演愈烈,社会生产力的提高受到严重的制约,其中尤以汽车产业最为明显。而研制电动车成为世界汽车产业发展的一个重要趋势。但是在动力车的研发中,如果使用真实的动力电池进行实验和测试,具有效率低、试验结果不准确、成本高、测试和调节难度大等缺点。不仅如此,废旧电池还会对环境造成严重污染,这就违背了电动汽车的研发初衷。在这种情况下动力电池模拟电源应运而生,它可以通过跟踪控制实现对电池特性的模拟,从而改变现今用稳压电源代替电池进行汽车实验的尴尬局面,提高研发效率和研究结果的可信度。
　　本文首先分析了动力电池的特性及工作原理,选择性能优、安全性好的磷酸铁锂电池作为研究对象,介绍了若干经典电池模型,提出应用Olivier-Louis电池模型进行建模。此外,为了让电池模拟电源能够与实际动力电池一样自动地工作在负载工作点上，本文设计了确定模拟电源负载工作点的控制策略,分为电池特性曲线的获得方法、寻找负载工作点的方法和SOC估计方法三部分。接下来在比较电池模拟的经典拓扑结构的基础上，提出电池模拟系统主电路拓扑并针对可能存在的环流问题给出改进方法。由于动力电池的负载为电动汽车,因此本文根据不同电气结构设计了两种等效负载结构并分析了系统的工作原理。然后运用状态空间平均法对系统进行了数学建模,以经典控制中的频域法对系统的控制器进行了设计。最后在Matlab/Simulink环境中搭建了系统仿真模型,对系统的各个部分进行了仿真分析,验证了理论研究的正确性。基于DSP完成了系统软件程序的编写及对硬件平台的功能性调试,实验结果验证了设计的合理性和可行性。

目录

动力电池模拟电源控制系统研究

RESEARCH ON CONTROL SYSTEM OF POWER BATTERY SIMULATOR

摘 要

Abstract

绪 论

课题背景与研究意义

动力电池分类

电池模型研究现状

电池模拟技术研究现状

电池模拟电源拓扑结构综述

课题主要研究内容

锂电池建模与负载工作点确定

磷酸铁锂电池特性研究

磷酸铁锂电池的特性

磷酸铁锂电池的充放电特性

磷酸铁锂电池的数学模型

Olivier-Louis电池模型

IFR32650电池的建模

电池模拟电源负载工作点的确定

电池特性曲线的获得方法

寻找负载工作点的方法

SOC估计方法

本章小结

动力电池模拟电源的控制系统设计

动力电池模拟电源的系统结构

电池模拟电源的拓扑结构

电池模拟电源的负载结构

电池模拟电源控制系统分析

等效电路

晶闸管整流装置的传递函数

控制电路框图

PI控制器参数设计

双向DC/DC变换器的设计及建模

双向DC/DC变换器主电路的设计

双向DC/DC变换器的建模

加入双向DC/DC后的控制系统分析

本章小结

动力电池模拟电源的仿真分析

电池模型的仿真验证

工作点的确定策略仿真

恒负载充放电仿真

整体系统仿真

加入双向DC/DC后的系统仿真

本章小结

动力电池模拟系统的软件设计

动力电池模拟系统软件编程

DSP主程序

相控触发角计算中断子程序

电网电压过零检测捕获中断子程序

确定模拟电源负载工作点程序

增量式PI程序

逻辑无环流软件程序

硬件平台的功能性调试

系统实验平台的搭建

系统功能性调试

本章小结

结 论

参考文献

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致 谢