电动汽车电池充电系统设计

摘要

化石燃料的长期使用产生了大量的污染物，直接导致环境恶化、气候变暖等问题，世界各国纷纷研究新能源取代传统化石能源。其中，应用于电动汽车的锂电池的研究和推广成果斐然。高效、安全的锂电池充电系统设计与充电技术研究意义重大。
　　本研究阐述了电动汽车产业发展的历史背景和行业现状，列举了锂电池存在充电速度慢、充放电安全性差等问题，这些技术瓶颈阻碍了电动汽车的推广和普及。介绍了锂电池的特性，包括最佳充电曲线和极化现象等，作为后续锂电池充电系统及充电方法设计的理论基础。为满足大容量储能和大功率输出，将单体锂电池成组管理，同时封装了内部结构并对外暴露接口，提供扩展和维护的思路。围绕电池组设计了与之匹配的充电系统，实现充电管理。对锂电池充电技术进行研究，从充电方法、停充检测和均衡控制技术三方面着手。为提升充电速度和效率，提出一种改进型分阶段充电法，以变电流间歇充电法替代恒流充电，脉冲充电法替代恒压充电。为精确判定电池组满充，提出一种电压变化率停充检测法，通过计算间歇期电池端电压回落的速率实现停充判定。为保证单体电池成组充电时的一致性，提出一种改进型电阻均衡法，控制功率开关选通可变电阻阵列，消耗多余电池能量，实现均衡控制。最后搭建了系统实验平台，对于本文的研究内容设计了对比实验并进行数据分析。其中，改进型分阶段充电法的充电速度较传统三阶段充电提升了约42％；电压变化率停充检测法将满充判定的相对误差缩小至-2.6%；变电阻均衡控制法将模块内电池端电压差异的相对误差控制在±0.13%以内。三项实验结果均达到了预期目标，验证了方案的可行性。最后，对文章的研究内容进行总结和反思，并对未来的研究工作进行了展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2锂电池组充电国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 锂电池特性分析

2.1 锂电池性能特点

2.2 锂电池充电原理

2.3 锂电池最佳充电曲线

2.4 极化现象

2.5 本章小结

第三章 系统设计与实现

3.1 系统结构组成

3.2 单体电池成组设计

3.3 采样模块

3.4 控制模块

3.5 监控模块

3.6 输入模块

3.7 本章小结

第四章 锂电池充电技术研究

4.1 充电方法

4.2停充检测方法

4.3 均衡控制技术

4.4 本章小结

第五章 电池组与充电系统实验验证

5.1 实验平台介绍

5.2 充电方法实验

5.3 停充检测实验

5.4 均衡控制实验

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文总结

6.2 课题的不足和后续工作

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果