电动车锂电池组均衡拓扑结构及能量损耗研究

摘要

锂电池均衡是电动汽车应用中的重要技术。由于电池不一致性的存在，对于成组后的电池组在容量利用、循环使用次数等方面远不及单体电池的问题，对电池组进行均衡控制是一种有效的解决方法。目前均衡电路与均衡控制策略逐渐成为行业的研究热点，本文也将对此展开相关研究。
　　首先介绍了锂离子电池的基本性能参数以及对电池的基本性能做了简要的实验分析。接着介绍了常用的几种锂电池模型，并对本文所选用的常用等效电路模型做了深入分析。对电池不一致性的原理、表现形式、影响方面及解决途径做了简要分析。
　　接着在分布式与集中式均衡的基础上设计出了一种可以提高均衡效率的混合拓扑结构，对该电路的优缺点及可行性进行分析，详细解析了均衡电路的实际均衡过程。并将之与两类典型的均衡拓扑结构进行对比，突出了优点及实用性。
　　然后改进了以端电压为均衡判据的控制模式，并对均衡过程中的能量损耗进行分析，以组间组内均衡顺序为切入点，引入深度优先搜索算法，提出了基于能量最优转移的均衡控制策略。
　　最后通过实验对所设计的均衡电路及控制策略进行检验，主要对均衡效率与均衡过程中的能量损耗进行评估。实验证明所设计的均衡电路与控制策略具有可行性，与目前的均衡电路相比均衡效率得以提高，并且降低了均衡过程中的能量损耗，提升能量利用率。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源及研究意义

1．1．1 论文依托的基金项目

1．1．2 对锂电池组进行均衡的意义

1．2 国内外锂电池组均衡控制现状

1．2．1 电池组均衡电路研究现状

1．2．2 电池组均衡策略研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 锂电池性能参数研究

2．1 锂电池的基本性能指标

2．2 锂电池电池性能实验分析

2．3 锂电池模型

2．3．1 PNGV模型

2．3．2 Masshno Ceraolo模型

2．3．3 常用等效电路模型

2．4 锂电池不一致性分析

2．4．1 不一致性原理分析

2．4．2 不一致性对电池使用性能的影响

2．4．3 不一致性的解决方法

2．5 本章小结

第三章 均衡拓扑结构设计与对比分析

3．1 均衡拓扑结构设计

3．1．1 组间均衡分析

3．1．2 组内均衡分析

3．1．3 开关PWM的选取

3．2 均衡电路主要器件的设计

3．2．1 电感设计

3．2．2 开关器件选取

3．3 均衡拓扑结构对比分析

3．4 本章小结

第四章 均衡控制策略设计

4．1 均衡判据的选择

4．1．1 端电压控制模式的优化设计

4．2 均衡过程能量损耗分析

4．2．1 均衡能量损耗拓扑结构的选择

4．2．2 均衡能量损耗阻抗模型的建立

4．2．3 均衡能量损耗对比

4．3 均衡控制策略的设计

4．3．1 基于最优能量转移的控制策略设计

4．4 本章小结

第五章 均衡控制系统主体结构设计与实验分析

5．1 主体结构设计

5．1．1 电源模块

5．1．2 开关管驱动模块

5．1．3 电流检测模块

5．1．4 单体电池电压检测模块

5．1．5 主控模块

5．2 实验分析

5．2．1 混合拓扑结构有效性实验

5．2．2 均衡速度对比实验

5．2．3 均衡能量损耗对比实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况