基于三單體直接均衡電路的串聯(lián)儲(chǔ)能電源組均衡技術(shù)研究.pdf

1、各類蓄電池和超級(jí)電容器作為電壓源型電能存儲(chǔ)元件，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車輛、不間斷電源、分布式發(fā)電及其它電能存儲(chǔ)技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域。作為有限能源，串聯(lián)儲(chǔ)能電源組使用過程中的單體過充和過放現(xiàn)象是導(dǎo)致儲(chǔ)能電源有效容量和安全性能降低、循環(huán)壽命減少的重要原因。因此，各類基于開關(guān)能量變換的有源型均衡技術(shù)成為了國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本文在分析現(xiàn)有基于開關(guān)變換技術(shù)的均衡系統(tǒng)工作原理和適用范圍的基礎(chǔ)上，針對(duì)動(dòng)力型電池組和超級(jí)電容組，以降低均衡損耗、提高均衡速度、簡(jiǎn)化均衡

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為研究目標(biāo)，進(jìn)行了有源型均衡電路、均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及失衡控制策略的研究。
　　采用有向圖和賦權(quán)矩陣相結(jié)合的方法，對(duì)串聯(lián)儲(chǔ)能電源組均衡系統(tǒng)進(jìn)行建模，分別給出了各類均衡結(jié)構(gòu)的有向圖表達(dá)及賦權(quán)矩陣。對(duì)各類均衡系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)特征和同構(gòu)性問題進(jìn)行了分析，得出均衡結(jié)構(gòu)是均衡速度及效率的決定性因素，導(dǎo)出了理想均衡系統(tǒng)的圖論模型。從能量傳遞的角度，分析了可實(shí)現(xiàn)的均衡電路所構(gòu)成的均衡系統(tǒng)與理想系統(tǒng)之間的差異及其表征。針對(duì)多單體串聯(lián)儲(chǔ)能電源組均衡技

3、術(shù)應(yīng)用中存在的均衡能量傳遞路徑長(zhǎng)、效率低、速度慢的問題，基于樹狀圖和最優(yōu)生成樹，對(duì)均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分層，重點(diǎn)探討了系統(tǒng)拓?fù)洹⒕鈫卧Y(jié)構(gòu)、分層方式對(duì)均衡系統(tǒng)速度、效率和成本等因素的影響，利用Floyd算法合理規(guī)劃均衡能量傳遞路徑，以提高均衡系統(tǒng)的綜合性能。在此基礎(chǔ)上，提出了基于三單體能量直接交互均衡的樹狀多層均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
　　提出了能夠?qū)崿F(xiàn)串聯(lián)三單體間能量直接交互傳遞的三單體直接均衡電路拓?fù)?。著重分析了超?jí)電容器的外特性，

4、建立了一種能夠準(zhǔn)確反映快速充放電條件下電壓特性的物理端行為超級(jí)電容模型，分析了模型各參數(shù)與工作電壓和電流的關(guān)系，在特定工作階段采用實(shí)驗(yàn)方法求取了模型參數(shù)，驗(yàn)證了模型對(duì)超級(jí)電容充放電過程的非線性和充放電之后的電壓自恢復(fù)特性的準(zhǔn)確反映，為均衡電路的仿真和參數(shù)優(yōu)化提供了必要條件。
　　分析了三單體直接均衡電路在六種失衡狀態(tài)下的Buck-Boost、反激和無輸出電感的正激及其組合的多種開關(guān)變換工作模式，重點(diǎn)分析了正激模式下開關(guān)模態(tài)和電磁元

5、件勵(lì)磁電感磁復(fù)位方式。介紹了三相鄰單體中任意兩個(gè)單體間能量直接雙向傳遞的均衡過程。討論了電路工作模式、開關(guān)頻率、電磁元件電感量和漏感、儲(chǔ)能單體電壓失衡水平等因素對(duì)直接均衡效率和均衡速率的影響，并通過電路仿真驗(yàn)證了電路的可行性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)三單體直接均衡電路參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，綜合考慮成本、體積和功率要求等因素，研制了三單體直接均衡器。
　　以三單體直接均衡器作為基本均衡單元，構(gòu)建了多層樹狀結(jié)構(gòu)的串聯(lián)儲(chǔ)能電源組均衡系統(tǒng)。結(jié)合多失衡