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锂离子电池组充电与均衡控制研究

锂离子电池组充电与均衡控制研究

作者：胡永新合肥工业大学

学位级别：硕士

近些年来,随着锂离子电池生产水平的提升和成本的下降,锂离子电池逐渐代替传统的铅酸蓄电池,开始大规模应用于新能源发电、新能源汽车等领域。由于单体锂离子电池额定电压通常只有几伏特,若要满足上述应用场景的电压等级要求,需将电池... 详细信息

近些年来,随着锂离子电池生产水平的提升和成本的下降,锂离子电池逐渐代替传统的铅酸蓄电池,开始大规模应用于新能源发电、新能源汽车等领域。由于单体锂离子电池额定电压通常只有几伏特,若要满足上述应用场景的电压等级要求,需将电池单体串联成电池组使用。电池组中各单体在生产、储存和使用过程中出现的不一致现象即各电池单体的个体差异会对电池组的整体性能造成巨大影响。因此,在充放电过程中,为了防止电池组中个别单体出现过充过放,需要对充电控制的快速性、精准性提出较高的要求。同时,针对使用过程中电池组内各单体电气特性的不一致现象,需要配合高效低耗的均衡策略加以解决。本文分析了当前大规模锂离子电池组的电化学特性和使用场景,进而阐述了精准充电控制和电池组均衡的重要性。在充分综合国内外各种控制优化算法和电池组均衡控制策略现状的基础上,本文提出了基于蚁群算法优化PID的充电控制方法和一种高效的串联锂电池组均衡策略。论文具体工作如下,首先本文对锂离子电池的基本特性和关键参数进行了研究分析,并进一步对锂离子电池模型和常见充电方法展开研究。在此基础上,结合马斯定律提出了智能快速充电方案,并设计了一种基于蚁群算法优化的分数阶PID充电控制方法,仿真结果表明分数阶PID控制器可以实现对充电电流更为精准稳定的控制。针对大规模电池组应用中的均衡问题,本文详细分析了电池组不一致性的成因、危害和典型处理方法,基于此提出了本文的均衡充电控制方法,并通过仿真实验验证了其可行性。最后,论文对均衡控制系统进行了软硬件设计实现,对硬件电路关键元件进行了选型和参数设置。基于STM32的硬件系统包括主电路、采样电路和电源;软件采取了模块化设计,给出了主程序和各子程序流程图。

关键词：锂离子电池充电控制蚁群算法分数阶PID 电池组均衡

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军用光电仪器通用智能充电机研究

军用光电仪器通用智能充电机研究

作者：胡仁法国防科学技术大学

学位级别：硕士

镍镉电池是军用光电仪器保持其战术技术性能的基础，快速、高效的充电机又是镍镉电池有效发挥功能的重要保证。如何克服电池极化现象，实现快速充电;如何解决镍镉电池充电过程中遇到的充电机种类繁多问题，增强充电机的通用性，以满足... 详细信息

镍镉电池是军用光电仪器保持其战术技术性能的基础，快速、高效的充电机又是镍镉电池有效发挥功能的重要保证。如何克服电池极化现象，实现快速充电;如何解决镍镉电池充电过程中遇到的充电机种类繁多问题，增强充电机的通用性，以满足部队使用需要;如何对充电过程进行有效控制，提高充电效率，是本文重点研究的问题。在研究快速充电和充电机的通用性问题时，通过对镍镉电池充放电特性、极化电压产生机理的分析，提出了利用微机控制、进行二阶段恒流充电和反向放电去极化的充电模式。通过一阶段大电流充电和反向放电去极化，有效提高了充电速度。论文不仅实现了对充电阶段转换和充电过程的有效控制，提高了自动化水平，而且还实现了对多种镍镉电池进行充电，提高了所研制充电机的通用性。针对常用的电压负斜率法对镍镉电池充电控制所造成的负面影响，研究了电压负斜率与定时控制、最高电压控制和最高容量控制综合进行控制的方法。此外，还研究提出了充电控制二阶导数判断法。论文在分析研究的同时，进行了充电机系统设计，给出了有关的设计电路并进行了实现，通过对样机试验数据的分析，对新型充电机进行了测试验证。

关键词：光电仪器镍镉电池智能充电机充电控制

PLC在电动汽车与充电桩控制通信系统中的应用

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PLC在电动汽车与充电桩控制通信系统中的应用

作者：孙晓达华北电力大学

学位级别：硕士

电动汽车作为一种绿色、环保、经济的交通工具正得到快速发展,电动汽车充电设施是保障电动汽车运行的重要基础,也是智能电网建设与发展的重点。当今传统的无交互式充电方式已不能满足智能化充电的需要,为达到电动汽车的智能化充电管理... 详细信息

电动汽车作为一种绿色、环保、经济的交通工具正得到快速发展,电动汽车充电设施是保障电动汽车运行的重要基础,也是智能电网建设与发展的重点。当今传统的无交互式充电方式已不能满足智能化充电的需要,为达到电动汽车的智能化充电管理这一目的,电动汽车和充电站(桩)之间需建立高速、可靠的通信连接,使电网与电动汽车之间具备信息交互的能力。电力线载波通信(PLC)技术利用现有电力线路进行信息传输,实现了供电与信息通信的二合一,具有独特的优势;另一方面,PLC技术的快速发展也使其具有了胜任这一角色的能力。目前PLC技术无论在电动汽车车内控制系统,还是在车外充电控制系统中的研究与应用还都处于起步阶段,也正逐渐成为国外尤其是欧洲国家的研究热点。但在国内,这方面的研究还处于探索阶段。本文结合电动汽车充换电站系统的建设,研究了电动汽车充换电系统体系结构,分析了业务通信需求及信息流向;文章重点研究了电动汽车与充电桩之间的通信业务需求,结合通信协议分析了业务带宽及通信性能要求,得出了应用层应具备10kbps传输速率的结论;本文提出了PLC技术在电动汽车与充电桩之间的应用方案,研究了窄带及宽带PLC技术应用上的可行性,并结合实验室测试对几种PLC产品在电动汽车与充电桩之间通信的适用性进行了测试和分析评估,得出PLC技术完全满足电动汽车与充电桩之间通信需要的结论。此外,本文通过分析充电线缆信道的背景噪声,得出了对于窄带PLC技术而言,将CP-PE线作为载波信道比利用L-N线传输载波信号具有更好传输效果的结论。最后,文章分析了目前工作的不足之处及需要进一步研究的内容,并对PLC技术的应用前景作了展望。本课题研究会对PLC技术应用方向的探究起到积极作用,同时会为PLC应用技术升级及改进提供一定的指导。

关键词：电力线载波通信电动汽车充电控制通信技术应用研究

考虑电动汽车充电负荷接入的配电网阻塞调度多目标优化策略研究

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考虑电动汽车充电负荷接入的配电网阻塞调度多目标优化策略研究

作者：孙冬冬天津大学

学位级别：硕士

在发电侧和需求侧供电矛盾日益突出、能源短缺、环境保护力度不断加大的背景下,开展绿色供能和用能技术研究已成为社会关注的热点。电动汽车作为人们日常出行的交通方式之一,由于其在行驶过程中零排放,对环境无污染,并且能源转换和利用... 详细信息

在发电侧和需求侧供电矛盾日益突出、能源短缺、环境保护力度不断加大的背景下,开展绿色供能和用能技术研究已成为社会关注的热点。电动汽车作为人们日常出行的交通方式之一,由于其在行驶过程中零排放,对环境无污染,并且能源转换和利用率较高,具有安全经济的特点,日益受到政府和社会的广泛关注。考虑到政府的有力推动和技术的不断发展,在未来人们的出行方式中电动汽车将占据不可替代的重要地位。本文基于现有研究工作中提出的电动汽车迟滞充电控制模型,研究电动汽车集群需求响应充电控制与调节技术,从而对上级电网调度中心下发的调节指令做出响应,消除由于集中充电而引起的配电网阻塞现象,并利用电动汽车集群较为可观的柔性可调可控潜力,参与电力市场优化调度,辅助配电网安全经济运行。本文的各项研究工作如下:首先,本文基于现有的电动汽车迟滞充电控制模型,研究一种适用于规模化电动汽车有序充电的最优能量状态调节量控制策略,基于电动汽车集群的功率密度分布函数确定电动汽车能量状态的最优调节量。然后本文以最优能量状态调节量控制策略为基础,讨论其相关控制参数的变化对其响应效果的影响,并结合配电网潮流分析验证该策略对系统网损和电压水平的改善作用。然后,为进一步说明最优能量状态调节量控制策略的响应效果,本文提出了相对荷电状态的概念并基于参数序列化思想设计了一种相对荷电状态需求响应策略,根据相对荷电状态对电动汽车进行排序,并根据响应目标功率确定参与需求响应控制的电动汽车数量。文中算例部分从响应速度、响应精度、用户满意度三个方面比较两者的响应效果,从而进一步验证该策略的有效性。最后,本文从优化电网调度中心、电动汽车聚合商、电动汽车用户三个利益主体收益和成本的角度,提出一种配电网阻塞调度多目标优化策略,建立多目标优化模型,实现各利益主体运行成本最小或收益最大。为消除集群电动汽车无序充电引起的配电网阻塞现象,本文提出一种阻塞价格调整策略,电网调度中心根据电动汽车聚合商对阻塞线路的功率汲取情况来征收一定的阻塞费用,电动汽车聚合商为减少支出会优化辖区内电动汽车的充电行为,以使阻塞费用降到最小。

关键词：电动汽车需求响应充电控制能量状态相对荷电状态配电网阻塞调度多目标优化

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矿用电机车充电与驱动一体化控制系统研究

矿用电机车充电与驱动一体化控制系统研究

作者：李强安徽理工大学

学位级别：硕士

针对目前矿用蓄电池电机车及充电系统存在着体积大、续航能力低、工作效率低、蓄电池使用寿命短、加酸加液泄露及铅污染等问题,以及电机车驱动系统与蓄电池充电装置相互分离的应用现状。根据以上问题,本课题展开了矿用电机车充电与驱动... 详细信息

针对目前矿用蓄电池电机车及充电系统存在着体积大、续航能力低、工作效率低、蓄电池使用寿命短、加酸加液泄露及铅污染等问题,以及电机车驱动系统与蓄电池充电装置相互分离的应用现状。根据以上问题,本课题展开了矿用电机车充电与驱动一体化拓扑与控制系统的研究。课题首先对矿用电机车储能电源和驱动电机作出比较分析,然后根据矿用电机车工作环境情况等综合考量,选出了低速性能更好的驱动电机(永磁同步电机)与充电速度更快、环境友好的储能电源(超级电容器)。根据矿用电机车的实际运行情况,设计了驱动与充电一体化拓扑电路,并计算出了永磁同步电机和超级电容器的参数。其次,根据所设计的一体化电路拓扑,分析了充电与驱动两种模式下的运行机理,即在驱动模式下的永磁同步电机矢量控制与双向DC/DC变换器的电压外环电流内环双闭环控制;在充电模式下的超级电容器的等效模型及多种充电方法,三相电压型PWM整流控制策略等。重点分析了所设计的一体化拓扑电路中超级电容的充电控制策略,提出了采用分阶段恒流转恒压的充电控制策略,大大缩短了充电时间,解决了传统充电方法充电速度慢、中后期大电流充电容易引起超级电容损坏等缺点。最后,根据所设计的一体化电路拓扑,对一体化控制系统的硬件系统和软件思路进行了设计,并在MATLAB/Simulink仿真软件上搭建了一体化控制系统的仿真模型,来验证一体化控制系统的正确性。仿真结果表明,所设计的一体化电路拓扑及充电控制策略,解决了矿用电机车充放电彼此分离、工作效率低下、充电时间长等问题,使得矿用电机车能更加高效的满足工作需求。

关键词：矿用电机车超级电容一体化充电控制永磁同步电机

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手机无线充电技术的研究

手机无线充电技术的研究

作者：孟庆奎北京邮电大学

学位级别：硕士

随着电子信息产业的快速发展,新式电子产品尤其是便携式电子产品如手机、数码相机、平板电脑等越来越多的出现在市场上。手机产品的推陈出新速度尤其迅速,每部新购手机都附带一个充电器,用户每换一次手机,意味着旧的充电器基本要被废弃... 详细信息

随着电子信息产业的快速发展,新式电子产品尤其是便携式电子产品如手机、数码相机、平板电脑等越来越多的出现在市场上。手机产品的推陈出新速度尤其迅速,每部新购手机都附带一个充电器,用户每换一次手机,意味着旧的充电器基本要被废弃。大量旧充电器废弃后的处理也会增加对环境造成更重的负担。其中关键问题是充电器不具备通用性,甚至相同品牌的不同产品所使用的充电器都是不一样的,对使用者而言,携带及充电都不是很方便。手机的无线充电技术可以解决这个问题,支持无线充电功能的手机将会使人们的生活更加便捷,也减少了充电器的重复资源浪费。从用户使用和技术推广角度来看,兼容性决定手机无线充电技术的发展前景,Qi标准（目前全球首个无线充电标准）旨在保证不同品牌间的兼容性。电磁感应技术是此标准无线充电技术主要应用到的技术。在发射端将电流转化为电磁能向接收端（手机端）发射,而手机端接收来自发射端的电磁能,把磁能转变为电流再经过滤波整流得到稳定的直流为手机充电。制定此标准可以使无线充电有可遵循的统一的技术要求和规范,如果无线充电器满足此规范,那么所有满足此规范要求的手机产品都可以在这个充电器上充电。这里我们重点提到的是电磁感应技术,此技术比其它现有的无线充电技术更高效,更安全。此无线充电标准包含了三个方面的内容,即性能,接口和法规。此三方面的要求对于无线充电技术的快速普及和应用提供了统一标准同时也带来了挑战。本文介绍三种无线充电技术,它们分别是以电磁感应,无线电波和电磁共振的方式来实现无线充电的。其中本文重点研究了以电磁感应为方式的无线充电技术的原理和基本实现方案。并同时研究了影响无线充电效率的因素以及如何提高无线充电的效率的方法,其中列出了影响效率的各种因素,研究分析了线圈的定位方式。本文还给出了无线充电的控制的相关电路方案,包括手机端和充电端的控制要求,流程等。本文为手机项目集成无线充电功能提供了基本理论和方法。为无线充电手机项目的预研开发以及测试提供了参考和指导。

关键词：无线充电无线充电效率电磁感应技术充电控制

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感应式电动汽车无线充电系统设计与研究

感应式电动汽车无线充电系统设计与研究

作者：康彦阳西安科技大学

学位级别：硕士

电动汽车是以电能为能量来源,可实现零尾气排放的绿色交通工具,是传统燃油汽车良好的替代物。电动汽车发展的关键技术之一便是电动汽车充电技术。相比于传统有线充电,新兴的无线充电技术在安全性和灵活性有很大优势,因此受到各界的广泛... 详细信息

电动汽车是以电能为能量来源,可实现零尾气排放的绿色交通工具,是传统燃油汽车良好的替代物。电动汽车发展的关键技术之一便是电动汽车充电技术。相比于传统有线充电,新兴的无线充电技术在安全性和灵活性有很大优势,因此受到各界的广泛关注是未来发展的主要方向基于现代电力电子技术、电磁感应原理,本文主要研究并设计了一套感应式电动汽车无线充电系统。将LCL-LC补偿拓扑应用于系统中,并总结出基于此拓扑的感应式电动汽车无线充电系统的设计方法和一般设计流程,对电动汽车的发展起积极的促进作用本文首先从感应式电动汽车无线充电实现原理出发,对几种线圈补偿拓扑进行分析比较,并选择LCL-LC拓扑应用于系统,在此基础上,提出系统整体设计方案,将系统分为三部分;第一部分为系统前级电路,包含功率因数矫正电路和高频逆变电路,主要实现将电网的工频交流电进行整流,再经高频逆变转化为下一部分电路的高频输入源,同时还具有提高功率因数的功能;第二部分为无线电能传输级电路,主要实现能量的无线传输,通过选取合适的线圈结构,加大功率提高系统传输距离;第三部分为充电控制级电路,包括整流电路和控制电路,主要实现对充电过程中电压电流的精确控制在完成上述工作的基础上,以稳定高效和精确控制为目标对系统的各部分电路进行详细的设计与研究,包括原理分析、控制芯片选择、元器件参数设计等,并通过Matlab仿真软件对各部分电路进行仿真验证。最后根据设计方案并结合仿真结果,搭建系统实验平台,实验结果表明工作频率、传输效率、充电电流及充电电压等各项参数均符合要求。

关键词：电动汽车无线充电电磁感应充电控制