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镍氢串联电池组均衡充电技术的研究

作　者: 孙杨
导　师: 吴铁洲
学　校: 湖北工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 镍氢蓄电池 不均衡性 充电均衡 MIC 开关电容器
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 108次
引　用: 1次
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内容摘要


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,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。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-4
目录  4-8
第1章 引言  8-12
  1.1 概述  8-9
  1.2 课题来源、背景和意义  9
  1.3 蓄电池组均衡技术的发展及现状  9-11
  1.4 论文的主要工作  11-12
第2章 镍氢电池的工作原理及充电特性  12-22
  2.1 蓄电池介绍  12-13
  2.2 镍氢电池的工作原理  13-14
  2.3 MH-NI电池的基本参数和电特性  14-19
    2.3.1 MH-Ni电池的基本参数  14-16
    2.3.2 MH-Ni电池的电特性  16-19
  2.4 蓄电池的充电理论  19-20
  2.5 常用蓄电池充电方法分析  20-21
  2.6 小结  21-22
第3章 串联电池组均衡充电方法的研究  22-39
  3.1 蓄电池组的不均衡性分析  22-25
    3.1.1 蓄电池组的不均匀性  22-23
    3.1.2 使用过程中蓄电池组不均匀性扩大的原因分析  23-25
    3.1.3 减小蓄电池组不均匀性的措施  25
  3.2 现有均衡方法分析  25-32
    3.2.1 均衡参数的分析  25-26
    3.2.2 均衡方法的分类  26-27
    3.2.3 常用均衡方法原理分析  27-31
    3.2.4 现有均衡方案存在的问题  31-32
  3.3 均衡方法的改进  32-38
    3.3.1 传统MIC均衡法的改进  33-36
    3.3.2 开关电容均衡电路详细分析  36-38
  3.4 小结  38-39
第4章 均衡充电控制系统设计  39-56
  4.1 整体设计简介  39-40
  4.2 主控制模块设计  40-42
    4.2.1 晶振电路设计  40-41
    4.2.2 复位电路设计  41-42
  4.3 电压监测模块设计  42-46
    4.3.1 常用单体电池电压测量方法  42-43
    4.3.2 本文所用电压测量电路分析  43-46
  4.4 温度测量模块设计  46
  4.5 开关管驱动电路设计  46-48
  4.6 系统软件设计  48-51
    4.6.1 主程序设计  48-49
    4.6.2 电压监测模块程序设计  49
    4.6.3 温度测量模块程序设计  49-50
    4.6.4 均衡充电模块程序设计  50-51
  4.7 实验结果  51-55
    4.7.1 改进MIC均衡充电实验  51-52
    4.7.2 二级均衡系统充电实验  52-55
  4.8 小结  55-56
第5章 总结与展望  56-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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