车载锂电池充电系统的电流纹波机理研究

摘要

随着电动汽车的飞速发展，锂电池的储能以及充电成为了新的热门话题。除了追求更高的充电效率，充电电流纹波问题也逐渐地受到关注。目前发现充电电流纹波会造成更高的电池温度上升并且随之影响了电池的循化寿命以及整体性能。本文主要针对充电电流纹波的传播机制以及量化电流振荡的机理进行分析，并且提出了同步频率抖动的控制策略以减小由量化误差引起的量化电流纹波。
　　本文从三个方面研究电流纹波在数字控制的LLC谐振变换器中的传播机制：电池负载、量化误差以及输入侧的二次工频脉动。当采用传统的调频控制时，由于数字控制器有限的量化精度，LLC变换器每次频率调节的时候都不可避免的伴有量化误差。考虑到频率调节的量化误差以及电池负载极低的内阻，大量的量化电流纹波就会传递到电池侧。这种高频的电流纹波会严重影响电池的循环使用寿命。本文首先提出了基于输入扰动以及量化误差下的电流振荡的分析模型。而后提出了同步频率抖动的控制策略来提高有效的DPWM精度从而进一步降低量化电流纹波。最后，本文给出了同步频率抖动策略结合数字PI控制器的具体设计。
　　在实验室搭建了一台2 kW的锂电池车载充电机，对本文提出的电流振荡模型以及同步频率抖动的控制策略进行了实验验证。结果表明，用拓展描述函数法结合电流振荡模型所推导的结果与实验结果相差不到9％。实际在数字控制器STM32F103R8T6中采用了一位的同步频率抖动策略。与传统的调频控制相比较，本文提出的同步频率抖动控制策略在全电池电压范围降低了输出电流的量化纹波，量化电流纹波降低了45%左右.

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 充电机分类及其指标

1.3 针对锂电池的充电策略

1.4 本文研究内容及意义

第二章 车载充电机的整体方案以及参数设计

2.1 车载充电机拓扑方案分析与选择

2.2 前级Boost PFC参数设计

2.3 后级数字控制LLC方案设计

2.4 辅助源Flyback设计

2.5 实验验证

2.6 本章小结

第三章 电流纹波的传播机理

3.1 锂电池负载

3.2 数字控制的量化误差

3.3 两倍工频的电压纹波

3.4 本章小结

第四章 量化电流纹波的分析模型

4.1 电流振荡的机理分析

4.2 基于基波分析法的数学模型

4.3 考虑阻尼效应的EDF模型

4.4 本章小结

第五章 同步频率抖动的控制策略

5.1 同步频率抖动控制策略分析

5.2 控制环路的设计

5.3 实验验证

5.4 本章小结

第六章 结束语

6.1 本文的主要工作

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文