基于三單體直接均衡電路的串聯(lián)儲能電源組均衡技術研究.pdf

1、各類蓄電池和超級電容器作為電壓源型電能存儲元件，廣泛應用于電動車輛、不間斷電源、分布式發(fā)電及其它電能存儲技術相關領域。作為有限能源，串聯(lián)儲能電源組使用過程中的單體過充和過放現(xiàn)象是導致儲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，各類基于開關能量變換的有源型均衡技術成為了國內外的研究熱點。本文在分析現(xiàn)有基于開關變換技術的均衡系統(tǒng)工作原理和適用范圍的基礎上，針對動力型電池組和超級電容組，以降低均衡損耗、提高均衡速度、簡化均衡

2、系統(tǒng)結構為研究目標，進行了有源型均衡電路、均衡系統(tǒng)結構以及失衡控制策略的研究。
　　采用有向圖和賦權矩陣相結合的方法，對串聯(lián)儲能電源組均衡系統(tǒng)進行建模，分別給出了各類均衡結構的有向圖表達及賦權矩陣。對各類均衡系統(tǒng)的實質特征和同構性問題進行了分析，得出均衡結構是均衡速度及效率的決定性因素，導出了理想均衡系統(tǒng)的圖論模型。從能量傳遞的角度，分析了可實現(xiàn)的均衡電路所構成的均衡系統(tǒng)與理想系統(tǒng)之間的差異及其表征。針對多單體串聯(lián)儲能電源組均衡技

3、術應用中存在的均衡能量傳遞路徑長、效率低、速度慢的問題，基于樹狀圖和最優(yōu)生成樹，對均衡系統(tǒng)結構進行了分層，重點探討了系統(tǒng)拓撲、均衡單元結構、分層方式對均衡系統(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)設計方案。
　　提出了能夠實現(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撲。著重分析了超級電容器的外特性，

4、建立了一種能夠準確反映快速充放電條件下電壓特性的物理端行為超級電容模型，分析了模型各參數(shù)與工作電壓和電流的關系，在特定工作階段采用實驗方法求取了模型參數(shù)，驗證了模型對超級電容充放電過程的非線性和充放電之后的電壓自恢復特性的準確反映，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變換工作模式，重點分析了正激模式下開關模態(tài)和電磁元

5、件勵磁電感磁復位方式。介紹了三相鄰單體中任意兩個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、開關頻率、電磁元件電感量和漏感、儲能單體電壓失衡水平等因素對直接均衡效率和均衡速率的影響，并通過電路仿真驗證了電路的可行性。在此基礎上，對三單體直接均衡電路參數(shù)進行了優(yōu)化設計，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，構建了多層樹狀結構的串聯(lián)儲能電源組均衡系統(tǒng)。結合多失衡