矿用锂电池组并联均流控制技术的研究

摘要

煤矿分为低瓦斯矿与高瓦斯矿，低瓦斯矿的井下电机车供电一般采用架线供电，高瓦斯矿井下的电机车采用的是蓄电池供电。目前，井下常用的蓄电池是铅酸蓄电池，但是、由于铅酸蓄电池有污染较大等缺点，而新兴的磷酸铁锂电池具有污染较小、容量较大、寿命较长、体积较小等优点，，所以，从污染方面而言，铅酸蓄电池以后会逐渐被新兴的磷酸铁锂电池所取代。本文研究磷酸铁锂电池来代替铅酸蓄电池给电机车供电时所产生的环流现象和电流的不均衡现象。
　　煤矿井下的电机车需要250伏或550伏的电压和上百安的电流，鉴于煤矿安全的要求，矿井下面是个易燃易爆的环境，故单体密封电池的能量要求不能太大，这就要求要制作容量较小的单体磷酸铁锂电池，但要达到煤矿井下电机车的电压和电流的要求就需要将磷酸铁锂电池组并联使用。当磷酸铁锂电池组并联使用时，就会产生环流现象，这种环流会使电池的能量白白的浪费掉，也会缩短电池的寿命。由于电池组的端电压不同或电池组的端电压相同但内阻不同，将电池组并联使用时也会发生电流的不均衡现象。
　　为了提高电池的容量利用率和寿命，我对磷酸铁锂动力电池组并联使用时产生的环流现象和不均衡现象进行研究，并设计控制电路来遏制环流的产生和控制电流的均衡。
　　本文设计了电池组电流均衡控制电路，以此电路来遏制环流、均衡电流。经过实验验证，电池组均衡控制电路比较稳定，能够基本达到电池组电流均衡的目的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及其意义

1．2 国内外对锂电池组并联均衡控制电路研究情况分析

1．2．1 动力电池组均衡电路研究现状

1．2．2 动力电池组均衡控制方案研究现状

1．3 课题来源及本文主要研究内容

2 磷酸铁锂电池模型建立

2．1 磷酸铁锂动力电池

2．1．1 磷酸铁锂电池工作原理

2．1．2 磷酸铁锂电池特点

2．1．3 影响磷酸铁锂电池SOC因素

2．1．4 磷酸铁锂电池极化

2．2 电池模型简介

2．2．1 常用电池模型分析

2．2．2 几种模型比较

2．2．3 改进的电动势(EMF)模型

2．2．4 改进的电动势模型参数辨识和电池模型选择

2．3 电池电动势(EMF)模型温度适应性实验

2．3．1 实验方法与结果

2．3．2 实验结论

2．4 本章小结

3 电池组均衡控制策略研究

3．1 一致性问题

3．1．1 一致性问题产生原因

3．1．2 一致性问题的影响

3．2 电池组一致性分析

3．2．1 容量一致性问题

3．2．2 SOC一致性问题

3．2．3 极化电压一致性问题

3．2．4 直流内阻一致性问题

3．3 电池组一致性评价

3．3．1 容量利用率评价电池组的一致性

3．3．2 外电压评价电池组的一致性

3．4 均衡策略

3．4．1 容量均衡策略

3．4．2 外电压均衡策略

3．4．3 SOC均衡策略

3．5 本章小结

4 均衡控制技术的实现

4．1 均衡电路总体设计

4．2 均衡方案比较

4．3 均衡电路设计

4．3．1 充电均衡电路

4．3．2 电池组并联控制负载电流均衡电路

4．4 软件设计

4．5 本章小结

5 均衡控制电路仿真与实验

5．1 均衡电路仿真

5．2 均衡电路实验

5．2．1 实验平台介绍

5．2．2 实验结果及分析

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果