純電動汽車蓄電池充電系統(tǒng)的研究

【摘要】：隨著節(jié)能和環(huán)保意識的增強,在全球各國政府和汽車廠商的合力推進下,電動汽車得到迅速發(fā)展,特別是純電動汽車,因其真正實現(xiàn)“零排放”,成為重要的城市綠色交通工具之一。動力電池是純電動汽車唯一的動力源,也是電動汽車的關鍵技術,其性能直接制約著電動汽車的使用壽命、續(xù)航里程及經濟成本等。鋰電池因其體積小、重量輕、循環(huán)周期長、無記憶效應、單體工作電壓高及性價比高等優(yōu)點,成為電動汽車動力源的首選,被廣泛的應用于航空、航海、交通、通訊等高科技領域。隨著鋰電池的廣泛應用,對其充放電技術也越來越科學、合理,本課題采用的是去極化脈沖快速充電,該法能使電池組在半小時內,快速充電到50%～80%容量,可消減電池極化和減少析氣,延長電池壽命。為了保障電池組使用安全和耐久,增加了電池管理系統(tǒng),能夠實時的監(jiān)測和管理電池組的工作狀態(tài)和均衡充放電,確保動力電池和整車的安全、可靠。 鋰電池組充放電系統(tǒng)主要包括可逆PWM整流裝置、雙向DC/DC充放電裝置、電池管理系統(tǒng)裝置及鋰電池組。系統(tǒng)的整流部分采用的是三相電壓型PWM整流器,為其提供穩(wěn)定可靠的直流電壓,實現(xiàn)了單位功率因數(shù)、電能雙向流動、低諧波污染等功能,且對其工作原理、數(shù)學模型及控制策略等進行了詳細的解析。充放電部分選用雙向DC/DC變換器,通過對其降壓充電和升壓放電的控制,且選用去極化脈沖快速充電,縮短充電時間、延長壽命。PWM整流器與DC/DC變換器組成V2G,實現(xiàn)網側和電動汽車的電能雙向交換,具有節(jié)能、環(huán)保特點。為了確保鋰電池組和整車系統(tǒng)的安全性,本系統(tǒng)設置了鋰電池管理系統(tǒng),對電動汽車的動力電池進行實時、有效的監(jiān)控,通過對電池組的充放電電流、電壓、溫度等數(shù)據的檢測,估算出鋰電池組的SOC值,最后通過CAN總線與其他的控制系統(tǒng)進行信息傳輸,實現(xiàn)電池組均衡充放電、熱量管理等。使充放電裝置更趨于人性化、智能化、便捷化,滿足人們日常需求。 本課題最后通過MATLAB/Simulink軟件,分別對系統(tǒng)的PWM整流部分和DC/DC變換器部分進行建模仿真和波形分析,最后給出了整個系統(tǒng)的仿真波形,說明該系統(tǒng)實現(xiàn)了鋰電池組的去極化脈沖快速充電、電能的雙向可逆流動,單位功率因數(shù),低諧波污染、超調小等。滿足電動汽車充電裝置的需求。 圖[73]表[2]參[50] 【關鍵詞】：鋰電池組 快速充電 PWM整流器 DC/DC變換器 電池管理系統(tǒng)
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM910.6;U463.633
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 緒論16-24
• 1.1 課題的研究意義16-17
• 1.1.1 背景16
• 1.1.2 V2G技術16-17
• 1.2 電動汽車的現(xiàn)狀17-19
• 1.2.1 分類17-18
• 1.2.2 發(fā)展18-19
• 1.2.3 純電動汽車的優(yōu)點及困境19
• 1.3 系統(tǒng)的主要組成部件19-22
• 1.3.1 動力電池19-21
• 1.3.2 電池管理系統(tǒng)21
• 1.3.3 充電技術21-22
• 1.3.4 研究的主要方案22
• 1.4 主要內容22-23
• 1.5 創(chuàng)新點23-24
• 2 鋰電池的充放電特性及模型分析24-34
• 2.1 電池的介紹24-26
• 2.1.1 工作原理24
• 2.1.2 結構24-25
• 2.1.3 充放電特性25
• 2.1.4 分類25-26
• 2.1.5 安全性26
• 2.2 快速充電的概述26-30
• 2.2.1 理論依據26-28
• 2.2.2 充電方式28-29
• 2.2.3 鋰電池的充電方式29
• 2.2.4 極化現(xiàn)象29-30
• 2.3 電池模型30-33
• 2.3.1 內阻模型31
• 2.3.2 Thevenin模型31
• 2.3.3 四階模型31-32
• 2.3.4 PNGV模型32
• 2.3.5 GNL模型32-33
• 2.4 小結33-34
• 3 三相電壓型PWM整流器(VSR)的研究34-52
• 3.1 PWM整流器的基本原理34-35
• 3.2 三相VSR的原理35-37
• 3.3 數(shù)學模型37-40
• 3.3.1 基于(a、b、c)三相靜止坐標系的數(shù)學模型37-39
• 3.3.2 基于(d、q)兩相旋轉坐標系的數(shù)學模型39-40
• 3.4 控制策略40-42
• 3.4.1 電流控制40-41
• 3.4.2 基于前饋解耦矢量控制41-42
• 3.5 控制系統(tǒng)的設計42-47
• 3.5.1 雙閉環(huán)的設計42-45
• 3.5.2 交流側電感的設計45-46
• 3.5.3 直流側電容的設計46-47
• 3.6 系統(tǒng)的仿真分析47-51
• 3.7 小結51-52
• 4 鋰電池充電裝置的研究52-64
• 4.1 充電裝置的分析52-57
• 4.1.1 鋰電池充電DC/DC變換電路53-54
• 4.1.2 鋰電池放電DC/DC變換電路54-56
• 4.1.3 DC/DC變換器控制系統(tǒng)的設計56-57
• 4.2 仿真分析57-63
• 4.2.1 DC/DC變換器仿真分析57-59
• 4.2.2 基于V2G技術的充放電仿真分析59-60
• 4.2.3 電池組三階段充放電仿真分析60-63
• 4.3 小結63-64
• 5 電池管理系統(tǒng)的研究64-74
• 5.1 系統(tǒng)的硬件結構64-65
• 5.2 系統(tǒng)各模塊介紹65-72
• 5.2.1 處理器概述65-66
• 5.2.2 數(shù)據采集66-67
• 5.2.3 SOC估算67-69
• 5.2.4 熱量管理69-70
• 5.2.5 均衡管理70-71
• 5.2.6 CAN總線71-72
• 5.2.7 故障診斷與報警72
• 5.2.8 液晶顯示72
• 5.3 小結72-74
• 6 PWM變流器實驗74-84
• 6.1 系統(tǒng)硬件圖74-77
• 6.1.1 主電路設計74-75
• 6.1.2 檢測電路設計75-76
• 6.1.3 控制電路設計76-77
• 6.2 軟件程序設計77-81
• 6.2.1 系統(tǒng)主程序及初始化子程序設計77-78
• 6.2.2 定時器T1下溢中斷服務子程序設計78-79
• 6.2.3 外中斷子程序設計79-80
• 6.2.4 軟件鎖相子程序設計80
• 6.2.5 雙閉環(huán)調節(jié)及SPWM子程序設計80-81
• 6.3 實驗結果分析81-82
• 6.4 小結82-84
• 結論與展望84-86
• 參考文獻86-90
• 致謝90-92
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果92

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