【摘 要】
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过度的化石燃料开采和使用导致的能源危机和环境污染问题越来越受到人们的关注,磷酸铁锂电池具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等特点被广泛应用于便携式电子设备、工业机床、航空航天、电动汽车、混合动力汽车和可再生能源系统中的储能装置等领域。由于每个磷酸铁锂电池的标称电压约为3.3V,低于大多应用领域的电压,因此必须将磷酸铁锂电池以串联的方式排列以获得高电压输出。同时为了增加
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过度的化石燃料开采和使用导致的能源危机和环境污染问题越来越受到人们的关注,磷酸铁锂电池具有能量密度大、工作温度范围宽、无记忆效应、可快速充放电、环境友好等特点被广泛应用于便携式电子设备、工业机床、航空航天、电动汽车、混合动力汽车和可再生能源系统中的储能装置等领域。由于每个磷酸铁锂电池的标称电压约为3.3V,低于大多应用领域的电压,因此必须将磷酸铁锂电池以串联的方式排列以获得高电压输出。同时为了增加储能系统的容量,需要将磷酸铁锂电池进行并联。然而,单体磷酸铁锂电池之间的不一致性会导致磷酸铁锂电池组使用过程中产生单体电池过压和欠压现象。电池组能量均衡系统可以解决电池过充过放问题。传统的电池能量均衡变换器均为硬开关,会导致大量的能量损耗,降低电池组能量均衡系统的能量传输效率。为了改善传统电池能量均衡变换器所存在的问题,本文以一种应用于电池均衡的双向Cuk DC-DC变换器为研究对象,设计了一种零电流（Zero Current Switch,ZCS）PWM双向变换器。本文的主要工作如下:（1）论文详细分析了ZCS PWM双向Cuk DC-DC变换器工作在正向升压和反向降压两种模式的工作原理、工作时序和关键参数的波形。对变换器开关管实现软开关转换的条件进行了推导。（2）为了验证本文所提出的变换器的理论分析的正确性,论文通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了ZCS PWM双向Cuk DC-DC变换器仿真电路,对变换器工作在升压模式和降压模式以及运用于电池组能量均衡进行了仿真,初步验证了变换器电路分析的正确性和变换器应用的可行性。（3）详细计算了变换器各元器件的参数,完成了元器件选型。通过对变换器硬件和软件设计,搭建了一个功率为30W的基于STM32的ZCS PWM双向Cuk DC-DC变换器实验平台,对变换器工作在升压模式的实验结果进行分析,验证了对论文提出的变换器的电路分析和仿真研究的正确性。通过和和双向Cuk DC-DC变换器的效率比较,充分验证本文提出的ZCS PWM双向Cuk DC-DC变换器的实用性。综上所述,论文提出了一种应用于电池能量均衡电路的ZCS PWM双向Cuk DC-DC变换器,并对其进行仿真和实验论证,结果表明论文提出的变换器可以有效提高能量传输效率,具有一定的有效性和实用性。
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