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基于半桥LLC谐振电动汽车串联锂电池组主动均衡器研究

基于半桥LLC谐振电动汽车串联锂电池组主动均衡器研究

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作者：李炎盐城工学院

学位级别：硕士

近年来,随着“双碳”政策的出台,大幅加快了我国新能源产业的发展。其中锂电池以其突出的优势,受到了广泛的关注并逐渐应用于新能源电动汽车中。考虑到单个电池单元能量较难满足大多数负载的需求,故将锂电池单体串并联以满足需要。但电... 详细信息

近年来,随着“双碳”政策的出台,大幅加快了我国新能源产业的发展。其中锂电池以其突出的优势,受到了广泛的关注并逐渐应用于新能源电动汽车中。考虑到单个电池单元能量较难满足大多数负载的需求,故将锂电池单体串并联以满足需要。但电池单体间存在不一致性,部分单体可能会造成过度充电或深度放电的情况,这不仅会造成容量不能被充分利用,而且更严重的会导致电池损坏或出现过热等严重的安全隐患。因此,电池电压均衡技术被用来解决电池单元间不一致性的问题。本文在研究国内外均衡拓扑的基础上,以提升低压差情况下电池间均衡速度和效率作为研究的切入点,采用了半桥LLC谐振均衡电路拓扑,该均衡电路在无传感电路以及开环控制的情况下可以实现均衡电流限制以及软开关操作。此外,电容等器件参数可以用作限制均衡电流大小,软开关操作的引入则提升了均衡效率。由于钳位二极管限制了最大功率,所以均衡路径中无需额外的电阻或二极管,这保证了该均衡电路即使在压差较小的情况下仍有较快的均衡速度。本文首先介绍了均衡电路的功率传输模式、放电限制模式及充电限制模式,并对器件的电压电流应力进行分析。其次引入了相似拓扑分析了两者的优劣。再建立等效电路模型分析了电路均衡原理,并对充放电电流限制特性进行数学推导。此外,还介绍了参数失配的影响,并采用了一种适合该电路的开环控制策略。最后通过计算得出改进后硬开关的实现条件及死区时间等驱动信号的设计参数。然后,搭建了八节电池单元对均衡电路的充放电电流限制特性进行仿真分析,又搭建了四节电池单元对参数失配影响均衡速度的分析进行了仿真验证,通过仿真研究了电路中RLC等参数大小对均衡电流及均衡速度的影响,验证了软开关及改进后的硬开关,分析了均衡电路的能量转移特性。最后引入了闭环控制,与开环控制下电池单元间的均衡速度进行了仿真对比。经过仿真验证,发现仿真波形均能与第二章的理论分析相匹配。最后,根据上述对半桥LLC谐振均衡电路的分析,对其主电路及控制电路的器件进行选型,搭建了四节电池单元的实验样机,并用FPGA进行控制。并根据所搭的实验样机,对均衡电路的充放电电流限制特性和软开关操作进行了相应地实验验证。

关键词：锂电池半桥LLC谐振均衡电路均衡电流限制软开关参数匹配控制策略

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