纯电动汽车蓄电池充电系统的研究

【摘要】：随着节能和环保意识的增强,在全球各国政府和汽车厂商的合力推进下,电动汽车得到迅速发展,特别是纯电动汽车,因其真正实现“零排放”,成为重要的城市绿色交通工具之一。动力电池是纯电动汽车唯一的动力源,也是电动汽车的关键技术,其性能直接制约着电动汽车的使用寿命、续航里程及经济成本等。锂电池因其体积小、重量轻、循环周期长、无记忆效应、单体工作电压高及性价比高等优点,成为电动汽车动力源的首选,被广泛的应用于航空、航海、交通、通讯等高科技领域。随着锂电池的广泛应用,对其充放电技术也越来越科学、合理,本课题采用的是去极化脉冲快速充电,该法能使电池组在半小时内,快速充电到50%～80%容量,可消减电池极化和减少析气,延长电池寿命。为了保障电池组使用安全和耐久,增加了电池管理系统,能够实时的监测和管理电池组的工作状态和均衡充放电,确保动力电池和整车的安全、可靠。 锂电池组充放电系统主要包括可逆PWM整流装置、双向DC/DC充放电装置、电池管理系统装置及锂电池组。系统的整流部分采用的是三相电压型PWM整流器,为其提供稳定可靠的直流电压,实现了单位功率因数、电能双向流动、低谐波污染等功能,且对其工作原理、数学模型及控制策略等进行了详细的解析。充放电部分选用双向DC/DC变换器,通过对其降压充电和升压放电的控制,且选用去极化脉冲快速充电,缩短充电时间、延长寿命。PWM整流器与DC/DC变换器组成V2G,实现网侧和电动汽车的电能双向交换,具有节能、环保特点。为了确保锂电池组和整车系统的安全性,本系统设置了锂电池管理系统,对电动汽车的动力电池进行实时、有效的监控,通过对电池组的充放电电流、电压、温度等数据的检测,估算出锂电池组的SOC值,最后通过CAN总线与其他的控制系统进行信息传输,实现电池组均衡充放电、热量管理等。使充放电装置更趋于人性化、智能化、便捷化,满足人们日常需求。 本课题最后通过MATLAB/Simulink软件,分别对系统的PWM整流部分和DC/DC变换器部分进行建模仿真和波形分析,最后给出了整个系统的仿真波形,说明该系统实现了锂电池组的去极化脉冲快速充电、电能的双向可逆流动,单位功率因数,低谐波污染、超调小等。满足电动汽车充电装置的需求。 图[73]表[2]参[50] 【关键词】：锂电池组 快速充电 PWM整流器 DC/DC变换器 电池管理系统
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM910.6;U463.633
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-24
• 1.1 课题的研究意义16-17
• 1.1.1 背景16
• 1.1.2 V2G技术16-17
• 1.2 电动汽车的现状17-19
• 1.2.1 分类17-18
• 1.2.2 发展18-19
• 1.2.3 纯电动汽车的优点及困境19
• 1.3 系统的主要组成部件19-22
• 1.3.1 动力电池19-21
• 1.3.2 电池管理系统21
• 1.3.3 充电技术21-22
• 1.3.4 研究的主要方案22
• 1.4 主要内容22-23
• 1.5 创新点23-24
• 2 锂电池的充放电特性及模型分析24-34
• 2.1 电池的介绍24-26
• 2.1.1 工作原理24
• 2.1.2 结构24-25
• 2.1.3 充放电特性25
• 2.1.4 分类25-26
• 2.1.5 安全性26
• 2.2 快速充电的概述26-30
• 2.2.1 理论依据26-28
• 2.2.2 充电方式28-29
• 2.2.3 锂电池的充电方式29
• 2.2.4 极化现象29-30
• 2.3 电池模型30-33
• 2.3.1 内阻模型31
• 2.3.2 Thevenin模型31
• 2.3.3 四阶模型31-32
• 2.3.4 PNGV模型32
• 2.3.5 GNL模型32-33
• 2.4 小结33-34
• 3 三相电压型PWM整流器(VSR)的研究34-52
• 3.1 PWM整流器的基本原理34-35
• 3.2 三相VSR的原理35-37
• 3.3 数学模型37-40
• 3.3.1 基于(a、b、c)三相静止坐标系的数学模型37-39
• 3.3.2 基于(d、q)两相旋转坐标系的数学模型39-40
• 3.4 控制策略40-42
• 3.4.1 电流控制40-41
• 3.4.2 基于前馈解耦矢量控制41-42
• 3.5 控制系统的设计42-47
• 3.5.1 双闭环的设计42-45
• 3.5.2 交流侧电感的设计45-46
• 3.5.3 直流侧电容的设计46-47
• 3.6 系统的仿真分析47-51
• 3.7 小结51-52
• 4 锂电池充电装置的研究52-64
• 4.1 充电装置的分析52-57
• 4.1.1 锂电池充电DC/DC变换电路53-54
• 4.1.2 锂电池放电DC/DC变换电路54-56
• 4.1.3 DC/DC变换器控制系统的设计56-57
• 4.2 仿真分析57-63
• 4.2.1 DC/DC变换器仿真分析57-59
• 4.2.2 基于V2G技术的充放电仿真分析59-60
• 4.2.3 电池组三阶段充放电仿真分析60-63
• 4.3 小结63-64
• 5 电池管理系统的研究64-74
• 5.1 系统的硬件结构64-65
• 5.2 系统各模块介绍65-72
• 5.2.1 处理器概述65-66
• 5.2.2 数据采集66-67
• 5.2.3 SOC估算67-69
• 5.2.4 热量管理69-70
• 5.2.5 均衡管理70-71
• 5.2.6 CAN总线71-72
• 5.2.7 故障诊断与报警72
• 5.2.8 液晶显示72
• 5.3 小结72-74
• 6 PWM变流器实验74-84
• 6.1 系统硬件图74-77
• 6.1.1 主电路设计74-75
• 6.1.2 检测电路设计75-76
• 6.1.3 控制电路设计76-77
• 6.2 软件程序设计77-81
• 6.2.1 系统主程序及初始化子程序设计77-78
• 6.2.2 定时器T1下溢中断服务子程序设计78-79
• 6.2.3 外中断子程序设计79-80
• 6.2.4 软件锁相子程序设计80
• 6.2.5 双闭环调节及SPWM子程序设计80-81
• 6.3 实验结果分析81-82
• 6.4 小结82-84
• 结论与展望84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 作者简介及读研期间主要科研成果92

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