中壓電池充放電設(shè)備的控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著鋰動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用并取得成功，在牽引列車上進(jìn)行鋰動(dòng)力電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究也提上日程。但牽引供電系統(tǒng)直流母線電壓高(1500V)，對(duì)于中壓條件下的鋰動(dòng)力電池組的充放電維護(hù)設(shè)備目前還沒有相關(guān)的研究。此外，在新型開關(guān)器件、數(shù)字控制芯片等不斷涌現(xiàn)的情況下，三電平技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)80年代提出至今已經(jīng)獲得飛速發(fā)展，使用三電平拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)中壓條件下電池組的充放電成為首選。系統(tǒng)前級(jí)采用三電平電壓型PWM整流器，使用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPW

2、M)，通過坐標(biāo)變換，使d軸和電網(wǎng)電勢(shì)定向，實(shí)現(xiàn)軟件鎖相環(huán)和變流器的有功、無功控制，具有輸入功率因數(shù)高、輸出諧波低等優(yōu)點(diǎn)，后級(jí)采用三電平雙向Buck-Boost變換器連接電池組和直流母線，可以獲得二象限運(yùn)行性能，采用輸出電壓前饋控制可以獲得較快的電流跟蹤能力，從而縮短充放電轉(zhuǎn)換時(shí)間，滿足電池測(cè)試維護(hù)的需求。由于三電平PWM變流器技術(shù)成熟，本文僅作一般控制系統(tǒng)層面的討論，論文的研究重點(diǎn)為三電平雙向Buck-Boost變換器的充放電的控制，包

3、括PWM調(diào)制策略、控制方式、數(shù)字系統(tǒng)控制等，難點(diǎn)在于分壓電容均壓策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速充放電轉(zhuǎn)換、控制精度高、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　另一方面，充電機(jī)整機(jī)控制不僅包括底層電源驅(qū)動(dòng)部分，即實(shí)現(xiàn)三相交流電網(wǎng)整流向電池組充電和電池組通過變換器升壓向電網(wǎng)放電，而且包括頂層電池組充放電維護(hù)應(yīng)用部分。電池組充放電維護(hù)包括電池組充電控制策略和電池組高精度測(cè)量系統(tǒng)。本文提出了基于多自由度組合和主動(dòng)均衡的電池組充電控制策略，與BMS協(xié)調(diào)控制，將BMS提供

4、的單體信息作為必選自由度，將BMS提供的最大允許充電電流、用戶設(shè)定的輸出電壓、電流、時(shí)間、單體電壓截止條件等作為可選自由度，實(shí)現(xiàn)了電池組充電曲線的定制功能;可以確保在快速充放電的同時(shí)避免單體電池由于過充、過放或超溫等而損壞;通過主動(dòng)均衡，降低電池組單體電壓的不一致性，提高了電池組的循環(huán)性能。在電池組高精度測(cè)量系統(tǒng)方面，本文提出了一種基于誤差分析的設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)了測(cè)量參數(shù)的精度表達(dá)式，證明只要電壓、電流的誤差一定且有效（同步采樣），即可通