基于开关电容网络的混合储能系统电压均衡技术研究

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1、硕士学位论文基于开关电容网络的混合储能系统电压均衡技术研究作者姓名许敏学科专业控制理论与控制工程指导教师刘俊峰副教授所在学院自动化科学与工程论文提交日期2018年5月3日ResearchofVoltageEqualizationTechniquesforIntegratedEnergyStorageSystemBasedonSwitched-CapacitorNetworkADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuMinSupervisor：A.P.LiuJun

2、fengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM46学校代号：10561学号：201620112306华南理工大学硕士学位论文基于开关电容网络的混合储能系统电压均衡技术研究作者姓名：许敏指导教师姓名、职称：刘俊峰副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：电压均衡技术论文提交日期：2018年5月3日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：罗飞委员：肖兵、戴诗陆、吴玉香、刘屿摘要

3、储能系统作为电动汽车的关键组成部分和核心技术，在很大程度上影响着电动汽车整车的经济成本、安全可靠性以及动力性能，并限制着电动汽车的大规模推广使用。储能系统中，锂电池或者超级电容通过串并联的方式来满足电动汽车的工作电压要求。但是每个电池单体或者超级电容器单体的特性都会存在着微小差异，从而引发储能单元单体电压在使用过程中逐渐出现不一致的问题，影响着储能系统的使用容量、使用寿命和安全性能。电压均衡技术作为电池等储能单元串并联组合应用的关键技术，它不仅仅影响着整个储能系统的循环使用寿命，更主要的是它还促进储能系统的有效使用，确保整个系

4、统的安全稳定。电压均衡技术的研究主要分化为两个方面：一方面是电压均衡电路拓扑的设计，另一方面是均衡控制策略的研究，两者相辅相成。论文通过分析电压均衡技术的发展趋势，结合混合储能结构和开关电容网络的特点，提出可应用于混合储能结构的改进型电压均衡拓扑，解决现有基于电压倍增电路结构的均衡拓扑只能用高电压均衡的场合的问题；然后又创新性地提出面向混合储能结构的串联电压自均衡系统方案，给出详细的方案设计过程，分析了电压均衡过程中电池和电容电压的变化过程，并给该过程的等效电路。还将面向混合储能结构的串联电压自均衡系统方案与现有的均衡拓扑进行

5、详细比较，阐述该系统的优点。通过仿真实验验证两种方案的可行性与有效性，对比两种方案的仿真结果，选出面向混合储能结构的串联电压自均衡系统作为最优方案，并继续进行硬件实验验证，验证系统各个功能的可行性，并从均衡时间与开光管工作频率，均衡时间与开光管驱动信号的占空比以及均衡效率与开光管工作频率三方面对电压均衡过程进行详细的实验分析，给出工作频率的选取意见。关键词：混合储能；电动汽车；开关电容网络；电压均衡IAbstractAsoneofthekeycomponentsofelectricvehicles,theenergystora

6、gesystemhasasignificantimpactonthevehicledynamicperformance,economicefficiencyandsecurity.And,itisthecoretechnologyofelectricvehicles,limitingthegeneralizationofvehicle.BatteryandUCcellsareconnectedinseriesandparalleltomeetthevoltageandpowerrequirements.However,seri

7、es-connectedbattery/UCstringssufferfromcellvoltageinternalimpedanceandself-dischargerate,concernedwiththesecurityandservicelifeofbattery/UCstrings.Consequently,voltagebalancingiscompulsiveforthestringstominimizethevoltageimbalance,maximizingthecyclelifeandtheavailab

8、leenergyofthestrings.Theresearchofvoltageequalizationtechnologyismainlydividedintotwoaspects:oneisthedesignofvoltageequalizationcircuittop