动力电池主动均衡系统关键技术研究.pdf

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1、硕士学位论文动力电池主动均衡系统关键技术研究RESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFACTIVEBATTERYBALANCESYSTEM张加林哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM921学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文动力电池主动均衡系统关键技术研究硕士研究生：张加林导师：王毅教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3Adissertationsubmittedinpartialfulf

2、illmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFACTIVEBATTERYBALANCESYSTEMCandidate：ZhangJialinSupervisor：Prof.WangYiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018

3、Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要作为电动汽车的动力来源，单节电化学电池所能提供的电压和能量功率远远不足以满足要求，一般会使用多节单体电池串联成高压电池组来满足电动汽车中的电压和功率要求。但是由于电池生产过程及制造工艺的复杂性，串联电池组的单体性能难以达到完全的一致，而使用过程的环境差异更是加剧电池组单体电池性能之间的不一致性，造成单体之间的不平衡状况恶化。因此在电池组使用过程中需要通过均衡控制来改善单体之间的不一致性，提高电池组的能量利用效率，增加电池组的使用寿命，进

4、而提高电动汽车的续航能力。本文分析串联电池组单体之间性能不一致的成因和影响。在电池组充放电实验和混合动力脉冲能力特性（HybridPulsePowerCharacteristic，HPPC）实验的基础上，对于单体性能不一致性的参数表现形式进行了研究。分析对比开路电压、工作电压及荷电状态（StateofCharge，SOC）作为均衡变量的优缺点，选取工作电压作为电池组均衡控制中的均衡变量。为了实现均衡效率高、速度快的控制目标，本文提出一种基于有源钳位正激电路改进式的双向DC-DC变换器作为均衡主电路，该拓扑可以实现整个电池组和任意单体之间能量的双向流动。分析该拓扑在充放电模式下的工作

5、原理，提出实现主开关管软开关的理论依据。以四单体串联电池组为例，设计双向DC-DC变换器的主要参数。在此基础上，使用Saber软件建立仿真模型，验证理论分析和设计结果。设计均衡控制系统的控制电路，包括驱动电路、采样电路、开关阵列等。使用LTC6803-4芯片设计多路单体电池的电压检测电路，通过SPI通信与DSP交互信息，提高了电池电压的采样精度；优化开关阵列的多路驱动，解决其浮地和低频开关问题，提高了开关速度；设计针对整个电池组的均衡控制策略，提高均衡效率，减少了均衡充放电时间。最后以四单体串联电池组为控制对象，搭建电池组均衡控制系统的实验平台。进行了均衡控制系统充电和放电两种状况

6、下的实验，实现均衡主电路的恒流充放电，评估均衡控制系统实验的效果，证明均衡控制能够良好地改善电池组单体的不一致性。关键词：主动均衡；均衡控制策略；单体不一致；双向DC-DC变换器-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsapowersourceforelectricvehicles,thevoltageandenergypowerthatsingle-cellelectrochemicalbatteriescanprovideisfarfromsufficienttomeettherequirements.Generally,multi-cellbatteriesar

7、eusedinseriestoformahigh-voltagebatterypacktomeetthevoltageandpowerrequirementsinelectricvehicles.However,duetothecomplexityofthebatteryproductionprocessandthemanufacturingprocess,thecellsoftheseriesbatterygrouparedifficulttoachievecomp