锂电池凭借着其能量密度高、使用寿命长、自放电率低等优点,正逐步取代传统铅酸蓄电池,广泛应用于电动汽车、航空航天等大功率储能领域。这对于锂电池充电过程中的快速性和高效性提出了更高的要求,同时电池模组内单体电池的不一致问题也亟需解决。因此,本文深入探究了锂电池的工作特性,在对锂电池模型进行参数辨识的基础上,揭示了电池性能与充电电流的内在关系,设计了适用于锂电池的高效可靠的充电与管理系统,实现了包括整机运行效率、动态响应速度、电池均衡特性等一系列指标的实质性提升。论文具体研究内容如下:首先,对锂电池的原理和工作特性进行分析,综合考虑物理意义和计算量,建立了锂电池的Thevenin等效电路模型。采用带遗忘因子的递推最小二乘算法对模型参数进行辨识,辨识结果表明本文建立的Thevenin模型能够准确模拟出磷酸铁锂电池在充放电过程中的电压电流外特性,这为后续充电与管理系统的研究和设计提供了坚实基础。其次,分析了传统Boost-PFC电路和图腾柱式无桥PFC电路在不同开关模态下的功率管导通情况,后者由于取消了整流桥,因此具有更小的导通损耗。比较不同DC/DC拓扑的特点,选择隔离性好、损耗低、输出范围宽的LLC变换器作为后级电路拓扑。因此,本文基于无桥PFC和LLC变换器设计了两级结构式的锂电池充电器,前级电路减小了导通损耗,后级电路实现了开关管的零电压导通,从而有效提高了整机的工作效率。随后,设计了基于单周期控制的无桥PFC电路控制器,有效解决了传统控制方式需要检测整流后输入电压的弊端。基于扩展描述函数法建立了LLC变换器的小信号模型,调节PID参数使补偿后的系统具有合适的穿越频率和相角裕度。通过仿真实验,对输出的动态特性和谐振网络的工作状况进行了分析,验证了控制方式的可靠性与合理性。最后,针对锂电池模组在充放电循环过程中出现的电压不一致现象,分析了该现象的原因,并选取均衡电流大、均衡效率高的反激式变压器进行了均衡器设计,并通过仿真软件验证了均衡效果。此外,还进行了管理系统中模组控制器的设计,针对锂电池单体电池电压、充电器电压电流状态和电池模组温度分别进行了硬件电路和软件程序的设计,并通过仿真软件验证了其有效性和准确性。