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能源和环境问题使得电动汽车(Electric Vehicle)再一次为全世界所瞩目,因为电动汽车在缓解能源危机以及环境保护等方面可以起到至关重要的作用。电动汽车使用的电能属于绿色能源,同时其具有无尾气、低噪声的优点,对环境十分友好。动力电池是电动汽车的能量来源,其性能对电动汽车的安全性、动力性至关重要。但是,由于受到生产工艺不稳定等先天因素或者在使用过程中工作环境不同等后天因素影响,电池组内部的各个单体的性能都存在一定程度的不一致性。这种不一致性会导致电池组的整体可用容量降低、内部各单体衰老不均匀、使用寿命缩短、安全性降低等一系列问题。为了解决电池不一致性问题,提高电池组可用容量,延长电池组使用寿命,增加电动汽车续航里程,需要对电池组进行均衡管理。本文研究设计了两种动力电池组的主动均衡方案,主要内容如下:
(1)针对现有的主动均衡电路开关器件多、控制策略复杂等问题,提出了基于半桥结构和陷波器的主动均衡方案。本方案通过选择不同频率的PWM信号从而使串联谐振状态的陷波器替代开关电路,对电池组进行均衡,控制方法简单,大大减少了开关数量,有效地降低了电路的成本。
(2)针对现有的主动均衡电路储能器件多、均衡效率低等问题,提出了基于可重构电池结构的主动均衡方案。本方案移除了各种储能器件,利用PWM信号控制开关电路,使得电池组内部结构发生改变从而实现对每个电池单体的均衡,控制简单,提高了均衡效率。
(3)利用PSIM软件对提出的两种均衡方案进行了仿真实验并作了相应波形分析,验证了均衡电路的可行性。设计了相应的硬件电路,如供电电路、电压采集电路、MOS管驱动电路等。利用dSPACE控制器搭建了均衡系统的软件控制平台,实现了对整个均衡系统的设计。
(4)搭建了均衡系统实验平台,并基于实验平台对基于可重构电池结构的均衡方案进行了实验验证。实验波形与分析一致,实验结果表明基于可重构电池结构的均衡方案具有低成本高效率等优势。
本文提出的两种均衡方案与现有的主动均衡方案相比,电路体积有一定的缩小,电路成本有一定的降低,并且均衡速度也有相应的提高。提出的方案对于改善电池单体不一致性,提升电池组整体容量、寿命、安全性,增加电动汽车续航里程等方面具有十分重要的意义。
(1)针对现有的主动均衡电路开关器件多、控制策略复杂等问题,提出了基于半桥结构和陷波器的主动均衡方案。本方案通过选择不同频率的PWM信号从而使串联谐振状态的陷波器替代开关电路,对电池组进行均衡,控制方法简单,大大减少了开关数量,有效地降低了电路的成本。
(2)针对现有的主动均衡电路储能器件多、均衡效率低等问题,提出了基于可重构电池结构的主动均衡方案。本方案移除了各种储能器件,利用PWM信号控制开关电路,使得电池组内部结构发生改变从而实现对每个电池单体的均衡,控制简单,提高了均衡效率。
(3)利用PSIM软件对提出的两种均衡方案进行了仿真实验并作了相应波形分析,验证了均衡电路的可行性。设计了相应的硬件电路,如供电电路、电压采集电路、MOS管驱动电路等。利用dSPACE控制器搭建了均衡系统的软件控制平台,实现了对整个均衡系统的设计。
(4)搭建了均衡系统实验平台,并基于实验平台对基于可重构电池结构的均衡方案进行了实验验证。实验波形与分析一致,实验结果表明基于可重构电池结构的均衡方案具有低成本高效率等优势。
本文提出的两种均衡方案与现有的主动均衡方案相比,电路体积有一定的缩小,电路成本有一定的降低,并且均衡速度也有相应的提高。提出的方案对于改善电池单体不一致性,提升电池组整体容量、寿命、安全性,增加电动汽车续航里程等方面具有十分重要的意义。