镍氢串联电池组均衡充电技术的研究

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1、湖北工业大学硕士学位论文摘要电动汽车被誉为二十一世纪的绿色工程，是汽车未来发展的方向。但储能装置存在的问题已经成为了电动汽车发展的瓶颈。电动汽车用储能装置多采用串联电池组，电池在串联使用时，其性能和使用寿命比不上单体电池。研究表明，这主要是由电池组中单体间的不均衡性造成的。相比电池的制作材料、数学模型、充电方法等方面的研究，蓄电池的均衡性研究是一个新的研究方向，给国内外的研究者提出了大量的挑战性课题。这种不均衡性是客观存在的，只能尽量减小不可能彻底消除；这种不均衡性在蓄电池的使用过程因过充过放等因素的影响会加剧，因此不均衡性的控制是一个动态过程。本文以在电动汽车上广泛使用的镍氢电池组为均衡对象

2、，以电池的电压为均衡参数，对蓄电池组不均衡性扩大的原因做了分析，对现有的几种主要均衡方法作了研究。针对电动汽车串联电池组数目大的应用场合，提出了一种适用均衡方案—二级均衡法，并对传统的MIC作了改进。给出了系统的具体实现，包括各硬件模块的设计原理、电路原理图及主要模块的详细实现过程。最后，指出了本文的课题今后进一步深入研究的方向。本文的研究主要包括以下三个方面：1.根据蓄电池的化学机理和充放电特性，对串联电池组不一致的原因做了分析，指出了过充和过放是导致这种不一致性扩大的主要因素。比较了电容、电压和SOC三种均衡参数的有效性和实用性，分析了以电压为参数对蓄组进行均衡充电的合理性。2.对传统的蓄

3、电池组电压均衡充电方法做了详细的研究，比较了它们的优缺点。在继承传统MIC快速和准确均衡的基础上，对充电型MIC作了改进。针对电动汽车的特定应用场合，提出了一种电容-改进MIC二级均衡充电方案。对这种两级均衡充电方案的原理及相关参数作了详细分析。3.设计蓄电池均衡充电控制系统，给出了硬件原理图及软件流程。电压测量的准确度是影响蓄电池组不均衡性的间接因素，因此本文对单体电压监测模块的设计做了详细的分析。4.对改进后MIC和二级均衡系统进行了实验，结果表明这种均衡充电方案能有效的实现均衡控制，具有实用价值。关键词：镍氢蓄电池，不均衡性，充电均衡，MIC，开关电容器I湖北工业大学硕士学位论文Abst

4、ractthElectricvehiclesareconsideredasthegreenprojectfor21centuryandthedirectionforfutureautomobiledevelopment.Theproblemofenergystoringdevicebecomesthebottleneckinthedevelopmentofit.Energystoringdeviceequipmentonelectricvehiclegenerallyuseseriesbatterystack.Whenbatteriesareconnectedinseries,itsperfo

5、rmanceandlifespancan’tcomparewithsinglecell.Studieshaveshownthatit’sprimarilycausedbyimbalancebetweencellsinseriesbatterystack.Comparedtotheresearchofbatterymaterials,mathematicalmodels,chargingmethods,thebatterybalanceisanewresearchfieldandhasabrightfutureinapplication.Thisimbalancecan’tbecompletel

6、yeliminatedbecauseofitsobjectivereality;thisimbalancewillbeintensifiedduringusingcourse,soitscontrolisadynamicprocess.ThispaperchoosesNi-MHbatterystackwhichhasbeenwidelyusedelectricvehicleasobjectandthebatteryvoltageasequilibriumparameter.Italsodiscussesthereasonsfortheextensionofequalizationandseve

7、ralexistingbalancedapproach.Fortheapplicationoflargenumbercellsonelectricvehicles,anewequalizationscheme-twostageequalizationmethodisproposed,anddoesimprovementtothetraditionalMIC.Then,itdescribesthed