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【6h】

大功率锂电池的充放电控制及特性研究

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摘要

引言

1 绪论

1.1 锂电池应用的研究背景

1.2 锂电池技术的研究意义

1.2.1 我国发展锂电池产业的必要性

1.2.2 锂离子电池组技术的研究

1.2.3 锂电池应用的发展趋势

1.3 论文的主要工作

2 充放电控制技术

2.1 锂电池的简单介绍

2.1.1 锂电池的分类

2.1.2 锂电池组的结构

2.1.3 磷酸铁锂电池的优势

2.1.4 锂电池工作原理

2.2 充电电源技术

2.2.1 晶闸管移相控制技术

2.2.2 DC/DC变换电源

2.2.3 高频开关充放电电源

2.3 现有充放电方法

2.4 锂电池组的均衡技术

2.4.1 锂电池组均衡意义

2.4.2 电池组—致性i平价

2.4.3 均衡控制管理的分类

2.4.4 均衡控制功能

2.5 本章小结

3 电池剩余电量评估

3.1 剩余电量与SOC的定义

3.2 剩余电量评估的困难

3.3 电池模型及SOC估计基础

3.4 基于卡尔曼滤波电池容量评估

3.4.1 基于Thevenin模型的卡尔曼滤波估算SOC

3.4.2 基于RC模型的卡尔曼滤波估算SOC

3.5 本章小结

4 锂电池充放电控制总体设计

4.1 充放电电路总体设计

4.2 系统充放电控制结构框图

4.3 本章小结

5 充放电控制的软、硬件设计

5.1 STM32F103控制器简介

5.2 主电路和各模块接口电路设计

5.3 软件设计

5.3.1 系统主程序设计

5.3.2 RS485通信程序设计

5.3.3 AD采样DMA传输程序设计

5.3.4 充电控制程序设计

5.3.5 SOC估算程序设计

5.4 本章小结

6 实验结果与分析

6.1 恒定4A放电

6.2 恒定8A放电

6.3 非连续10A脉冲放电(占空比为0.25)

6.4 本章小结

7 总结及展望

7.1 研究总结

7.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表论文情况

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摘要

大功率锂电池目前应用在UPS(uninterruptible power supply)即不间断电源、二次回路操作电源、煤矿井下救生舱、电动自行车、电动汽车等方面。目前在电动汽车上,已经开始大规模的使用大功率锂电池,而锂电池的容量和功率直接影响着电动汽车的使用性能和使用寿命。性能优越的电动汽车对锂电池的要求也相对较高,由于锂电池的单体电池电压比较低,就需要多节锂电池串、并联,电动汽车所需的功率较大,—般需要几十甚至是几百节电池串、并联成大功率电池,达到使用要求。通过对大功率锂电池的充放电控制,可以实时监测锂电池的信息,再对锂电池的荷电状态(State-Of-Charge,SOC)进行分析,为电动汽车的可靠运行,提供保障。
  本文首先介绍了大功率锂电池应用的研究背景,锂电池的发展以及现有的充放电技术,强调了锂电池产业的必要性,重点分析了锂电池在电动汽车行业的应用现状及发展趋势。
  该研究把意法半导体(STMicroelectronics)集团的STM32F103作为控制器,设计了全桥移相大功率开关电源,为锂电池充电。还设计了电压、电流、温度的采样电路,实现了对锂电池的实时监测。硬件电路有锂电池充电电路,CPU主控电路两部分,锂电池充电电路包括AC/DC滤波整流电路、DC/DC变换器,CPU主控电路包括电源转换电路、通信电路、人机界面和数据采样电路;软件设计使用大循环和中断相结合的方法,分别实现数据采样处理、电池充放电管理以及电池剩余电量SOC算法。
  通过对锂电池进行不同电流放电,针对电池建立的不同模型,用卡尔曼滤波方法估算SOC进行了相对应的比较,揭示了大功率锂电池的放电特性以及基于RC模型的卡尔曼滤波法对电池进行SOC估计更准确、实用。

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