基于图论的分层均衡拓扑及其控制方法的研究

基于图论的分层均衡拓扑及其控制方法的研究

论文摘要

锂离子电池以其环保性能好、循环寿命长、无记忆性等特点在电动汽车中得到了广泛应用,但因电池续航短导致的充电频繁,节数多、更换频繁导致的成本高昂等问题,使得充电问题急需得到解决。同时,将锂离子电池成百上千的串并联使用后,由于各单体电池之间的差异,为了保障电池在成组使用时的安全,提升电池组能量利用率,需要对电池组进行均衡操作。本文首先对均衡技术的研究现状进行归纳总结,主要分为均衡拓扑和均衡策略两方面:按照在均衡系统中能量的流向将电路拓扑结构分为四种类型,详细分析各类拓扑的应用特点,以及工作方式、元器件种类等方面的优缺点;对均衡策略的分析又包括均衡指标和基于指标的均衡算法两部分,指标重点选取端电压、剩余容量和荷电状态SOC三个做对比,并分析各种策略在确定能量的转移路径和转移数量方面的精确度、稳定性等。然后文章针对当前对大规模串联电路均衡速度慢能量损耗高的问题,从电路结构的图论模型着手考虑,忽略各元器件的影响仅考虑电路内部的具体连接方式,建立上述四种不同拓扑结构的图论模型,分析其各自优劣势,据此得到理论上的最优均衡电路结构。但考虑到实际应用中能量传输速度会受到开关元件等的影响会更慢,本文设计在理论结构的基础上采用层式结构相叠加。以图论模型的结论为基础设计基于Buck-Boost电路的分层均衡拓扑结构,缩短路径的同时可多路同步进行,均衡时间缩短。针对分层均衡电路的拓扑结构特点,制定相应的均衡策略。首先交叉对比各指标的优缺点以及相互间影响后选用荷电状态SOC作为本文均衡指标,选用一阶RC模型结合无迹卡尔曼滤波算法对SOC进行估计,保证估计值的实时性和准确性。在此基础上根据充电过程中先恒流后恒压的特点,制定双环控制策略对均衡过程中的电压电流进行控制,均衡效率提高。并经实验验证,整体均衡方案的可操作性好,均衡时间短,效率高。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题研究背景及意义
  •   1.2 电池均衡技术研究现状
  •     1.2.1 均衡拓扑研究现状
  •     1.2.2 均衡策略研究现状
  •   1.3 本文主要研究内容
  • 第二章 均衡电路的图论模型
  •   2.1 均衡拓扑的图论描述
  •   2.2 常见拓扑的图论模型
  •     2.2.1 相邻单体图论模型
  •     2.2.2 任意单体图论模型
  •     2.2.3 单体与电池组图论模型
  •   2.3 理论最优拓扑模型
  •   2.4 单层多层拓扑的图论模型的效率分析
  •     2.4.1 单层拓扑图论模型
  •     2.4.2 层式拓扑图论模型
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 分层均衡拓扑结构研究
  •   3.1 电路拓扑结构
  •     3.1.1 整体电路结构
  •     3.1.2 单层电路结构
  •   3.2 拓扑均衡能量转移分析
  •     3.2.1 能量从最旁侧电池转移
  •     3.2.2 能量从中部电池转移
  •   3.3 本章小结
  • 第四章 基于分层拓扑的均衡策略研究
  •   4.1 均衡指标的选取
  •   4.2 SOC估算
  •     4.2.1 通用型的SOC估算
  •     4.2.2 基于模型的SOC估计
  •     4.2.3 SOC估计过程
  •   4.3 整体控制流程
  •   4.4 电压电流双环控制
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 均衡实验及分析
  •   5.1 实验环境
  •   5.2 SOC估计实验
  •     5.2.1 模型参数辨识实验
  •     5.2.2 SOC在线估算实验
  •   5.3 充电均衡实验
  •   5.4 静置均衡实验
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 许亚娟

    导师: 刘征宇

    关键词: 图论模型,电池均衡,双环控制,分层均衡拓扑

    来源: 合肥工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,电力工业

    单位: 合肥工业大学

    基金: 动力电池组均衡拓扑与控制策略研究(编号:1808085MF200),安徽省自然科学基金面上项目,2017-2019,轻型电动飞机电推进系统关键技术研究与验证(编号:MJ-2017-D-26),工业和信息化部民用飞机专项科研项目,2017-2019

    分类号: TM912;O157.5

    DOI: 10.27101/d.cnki.ghfgu.2019.000223

    总页数: 79

    文件大小: 3354K

    下载量: 90

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