随着国家电动汽车产业的兴起,作为电动汽车能量来源的动力电池及相关技术得到了快速发展。为了达到电动汽车要求的电压等级,动力电池通常需要串联成组使用,由于电池组内各电池单体的自身参数和工作环境存在差异,在实际使用过程中各单体间电压不一致逐渐加剧,导致电池组综合性能下降,因此能在线减小单体间电压差异的均衡电路成为研究热点。本文对均衡电路进行深入研究,提出了基于电压均衡目标的均衡电路优化方法,在此基础上设计并制作了集电池组均衡、检测、控制和保护于一体的电池管理系统。首先研究了倍压整流均压电路的工作原理,针对该电路因均衡路径长和只有一半交流电流参与均衡而导致均衡效率和均衡速度较低的问题,以增加均衡电流通路的思想,提出一种隔离型桥式整流均压电路以提升均衡效率和速度。详细分析了隔离型桥式整流均压电路的工作原理和工作特性,并进行了仿真和实验验证。研究结果表明,隔离型桥式整流均压电路继承了倍压整流均压电路自主均压、磁性元件和开关管数量少的优点,解决了倍压整流均压电路存在的问题,提升了均衡效率和均衡速度,同时两个开关管均能实现零电压导通(Zero Voltage Switching,ZVS),减小了开关损耗。通过研究发现,当考虑二极管的导通电阻和电容的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)时,隔离型桥式整流均压电路在电池压差较小的工况下会出现电流重叠,导致均衡效率降低。针对此问题,本文在桥式整流均压电路基础上增加开关电阻均衡电路,提出混合型均压电路,并研究了相应的均衡策略以提升均衡效率。最后进行了仿真和实验验证。研究结果表明,混合型均压电路可有效地解决桥式整流均压电路因电流重叠导致均衡效率降低的问题,进一步提升了电路的均衡效率。为了保证串联电池组高效、安全可靠地工作,采用模拟前端芯片Bq76930与微控制器STM32F103C8T6结合的方案,设计了基于混合型均压电路的集中式电池管理系统。完成硬件电路设计和软件编写,搭建了实验平台,进行了充放电控制、均衡控制实验和电压、温度、电流等数据采集实验,实验结果表明电池管理系统运行性能良好。
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