基于FPGA&NIOSⅡ的电池充电均衡系统研究

蓄电池作为混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)的动力来源,其特性直接影响到HEV和EV的性能。在实际应用中,动力蓄电池的不均衡性会随着充放电循环次数的增加而逐渐增大,最终导致电池组中个别电池单体提前损坏和整个电池组寿命缩短。因此电池组均衡技术是提高动力蓄电池性能和寿命的关键技术,也是影响HEV和EV发展和产业化的关键技术之一。 本论文首先提出了电池组充电均衡系统的任务和目标,然后分析了均衡系统的难点。在现有方案的基础上,根据均衡电路的任务和目标,提出了基于分布式DC/DC电路的分级均衡方案。然后对该方案从理论上进行了分析,并对该方案进行了实验验证。 论文叙述了对动力镍氢电池的充放电性能和充电技术的研究,并根据研究结果,设计了一套基于BUCK-BOOST电路和FPGA/NIOSⅡ嵌入式系统的电池均衡系统。电池均衡系统主电路采用分级均衡结构,以降低开关器件电压应力和损耗。控制电路采用基于FPGA/NIOSⅡ的嵌入式系统,同时控制多个开关管工作来提高均衡速度。控制策略采用动态查表的方法来提高均衡速度,根据最大电压差值(单体电池电压与均值电压之差)选择不同的频率表来产生开关管驱动信号,使得均衡电路在整个均衡过程中都能产生较大的均衡电流。 试验结果证明,本论文提出的动力蓄电池均衡系统较大程度地提高了动力镍氢电池组的均衡特性。与其它均衡系统相比,该系统具有较快的均衡速度。该系统效率高,体积小,可靠性高,具有很强的工程应用价值。同时,该设计方案使得电池均衡系统能够很容易地进一步扩展成高集成性的电池管理系统(BMS),具备高压保护、温度控制、SOC计算等更多功能,为电池管理系统的设计提供了崭新的思路。