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具有均衡控制功能的电池组管理模块研究

作　者: 郭尧
导　师: 朱春波
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 电动汽车 锂离子电池 电池管理模块 电池均衡 全桥变换器
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


电动汽车工作时所需的电压往往高达200V以上，因此需将单体电池串并联构成电池组以满足使用要求。由于制造工艺的限制及使用环境的不同，随着电池组的使用，各单体电池间会逐渐呈现出荷电状态的不一致，这将导致电池的实际可用容量降低，部分电池过充或过放，缩短使用寿命。目前国内外研究人员针对电池组均衡提出了许多方案，但是受成本和复杂程度的制约，能量转移型均衡还没有普遍应用于电池管理系统中，而传统的能量消耗型均衡又存在均衡效率低、发热量大、均衡速度慢的缺点。本文在深入研究国内外均衡技术的基础上，设计了带有均衡控制功能的电池组管理模块。均衡电路基于双向全桥变换器，实现了单体电池与整组电池的双向能量流动。该方案具有较高的均衡灵活性，通过反馈控制使均衡电流恒定，从而可以精确的消除偏差的安时数。同步整流的加入提高了转换效率，并设计了保护电路以应对可能出现的问题。在均衡策略的制定上，首先研究了磷酸铁锂电池的充放电特性和SOC-OCV特性，在此基础上提出了以稳定OCV作为均衡判据的均衡策略。除了均衡功能外，电池组管理模块还具有电压、温度、绝缘电阻测量的功能。电压测量采用LTC-6803电池组监测IC，温度测量采用DS18B20数字温度传感器，绝缘电阻依照国标GB/T19596-2004中的方法进行测量。最后，用所制作的样机对20并12串的磷酸铁锂电池组进行了均衡实验、电压测量实验和温度测量试验，并用各种阻值的电阻模拟绝缘电阻，检测绝缘测量精度。实验表明，所设计的电池组管理模块各项功能均能满足要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 电池组均衡技术概述  11-21
    1.2.1 均衡方法的分类  11-19
    1.2.2 电池组均衡策略  19-21
  1.3 电池组管理模块研究现状  21-22
  1.4 本课题主要研究内容  22-24
第2章 均衡系统结构及主电路设计  24-37
  2.1 引言  24
  2.2 均衡系统结构  24-26
  2.3 均衡系统主电路工作原理  26-30
    2.3.1 升压模式分析  26-28
    2.3.2 降压模式分析  28-30
  2.4 均衡系统主电路参数设计  30-33
    2.4.1 功率变压器的分析与设计  30-32
    2.4.2 功率电感L的分析与设计  32-33
    2.4.3 滤波电容设计  33
  2.5 均衡主电路仿真  33-35
  2.6 本章小结  35-37
第3章 均衡策略研究  37-45
  3.1 引言  37
  3.2 磷酸铁锂电池特性研究  37-42
    3.2.1 磷酸铁锂电池充放电特性  38-39
    3.2.2 充放电SOC-OCV特性研究  39-42
  3.3 提出的均衡策略  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 电池组管理模块硬件设计  45-63
  4.1 引言  45
  4.2 电池组管理模块整体结构  45-46
  4.3 电池组管理模块硬件设计  46-61
    4.3.1 均衡控制电路设计  46-54
    4.3.2 电压测量电路设计  54-56
    4.3.3 温度测量电路设计  56-57
    4.3.4 绝缘电阻测量电路设计  57-61
  4.4 本章小结  61-63
第5章 电池组管理模块软件设计  63-68
  5.1 引言  63
  5.2 主程序设计  63-65
  5.3 电压测量程序设计  65-66
  5.4 温度测量程序设计  66
  5.5 绝缘电阻检测程序设计  66-67
  5.6 本章小结  67-68
第6章 实验结果与分析  68-80
  6.1 引言  68
  6.2 均衡实验  68-74
    6.2.1 均衡电路升压模式实验  69-70
    6.2.2 均衡电路降压模式实验  70
    6.2.3 针对 20 并 12 串锂离子电池组的均衡实验  70-74
  6.3 电压测量实验  74-77
  6.4 温度测量实验  77
  6.5 绝缘电阻测量实验  77-79
  6.6 本章小结  79-80
结论  80-81
参考文献  81-86
致谢  86

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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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