串联储能电源组均衡电路及其总线控制研究

在电动车辆、不间断电源、分布式发电及其他电能存储技术相关领域,广泛应用了动力电池和超级电容器作为电压源型电能存储元件。这类元件在串联充放电时,容易出现过充或过放现象。传统的均衡技术往往存在内能量传递路径长,能量折损多等缺点,因此,开展兼有均衡损耗低、均衡速度快、线路结构简单的系统均衡技术研究将有助于拓展均衡技术的应用领域,提高均衡系统的性能。 本文研究了一种动力电池组的三单体直接均衡电路,该电路采用具有中心抽头绕组的电磁元件为能量传递元件,实现三个电池串联构成的电池组间任意两个单体的直接双向能量传递。分析了各种不均衡情况下开关管开关状态和相应的电路工作模态,重点描述了buck-boost和flyback两种工作模态的工作情况。根据三单体均衡器的均衡策略以及主电路的工作原理,对该均衡主电路进行了参数设计和仿真分析。 在验证主电路均衡功能切实可行的基础上,进行了均衡器及其一体控制器的优化设计。控制器的核心器件采用单片机PIC18F2480,用以实现电压数据采集、失衡状态逻辑判别,控制信号发生及系统的CAN通讯功能等。本论文还详细描述了控制系统硬件电路器件的参数设计和控制策略程序实现过程。 研制了一只三单体直接均衡模块。该模块将主电路和控制电路集成于一体,具有体积小,接线方便的优点。并在此基础上,本文还对三单体直接均衡器的工作模式和均衡效果进行了实验验证。 仿真和实验结果表明该电路能够有效实现电池单体间电压均衡,避免电池单体过充和过放。该电路易于实现模块化,模块化的三单体直接均衡器用于采用数量较多单体串联的动力电池组时,均衡系统结构简单,配线方便,安全,并且具有良好的易扩展性,适用于各种利用电池或超级电容作为能量存储设备的电能存储相关领域,为开展高效快速的多层结构均衡系统结构的研究提供了必要的条件。