亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于移相控制的鋰電池組雙層電壓均衡電路*

        2022-10-20 09:09:12吳磊威趙世偉楊向宇
        電子技術(shù)應(yīng)用 2022年10期
        關(guān)鍵詞:模態(tài)

        吳磊威,趙世偉,楊向宇

        (華南理工大學(xué) 電力學(xué)院,廣東 廣州 510641)

        0 引言

        與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比較,鋰電池由于高能量密度、低自放電率、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)在電動(dòng)汽車、不間斷電源、便攜移動(dòng)設(shè)備等場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用[1]。但由于單節(jié)鋰電池的端電壓較低,為滿足電壓和功率需求,需要將多節(jié)鋰電池單體串并聯(lián)成組使用,由于鋰電池不一致性,串聯(lián)電池組在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)“木桶效應(yīng)”,導(dǎo)致實(shí)際可用容量遠(yuǎn)低于額定容量,而且容易發(fā)生過(guò)充、過(guò)放,加速電池老化,甚至引發(fā)著火、爆炸事故[2]。因此,為提高電池的性能和延長(zhǎng)使用壽命,對(duì)電池組進(jìn)行均衡具有重要意義。

        基于開(kāi)關(guān)電容的均衡電路,由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn),成為研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]提出的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電容均衡電路,文獻(xiàn)[4]提出的飛渡電容均衡電路,均衡速度和效率會(huì)隨著串聯(lián)電池組電池?cái)?shù)目增加而下降。為提高均衡速度,文獻(xiàn)[5]提出了雙層開(kāi)關(guān)電容型,文獻(xiàn)[6]提出了鏈?zhǔn)介_(kāi)關(guān)電容型,文獻(xiàn)[7]將雙層開(kāi)關(guān)電容與鏈?zhǔn)介_(kāi)關(guān)電容型電路結(jié)合起來(lái)。文獻(xiàn)[8]提出了一種Delta型開(kāi)關(guān)電容電路,可以實(shí)現(xiàn)任意單體對(duì)任意單體的能量轉(zhuǎn)移,均衡速度更快。文獻(xiàn)[5-8]都是通過(guò)增加均衡路徑的方式來(lái)提高均衡速度,使得元器件的數(shù)量增加,成本變高。文獻(xiàn)[9-10]在不增加均衡路徑的基礎(chǔ)上,用簡(jiǎn)易的Star 型接法的開(kāi)關(guān)電容均衡電路實(shí)現(xiàn)了任意單體至任意單體的均衡。文獻(xiàn)[11]提出一種基于開(kāi)關(guān)電感和串聯(lián)LC 變換器的均衡電路,明顯減少了開(kāi)關(guān)管的數(shù)量,并引入移相控制,加快了均衡速度,但其移相時(shí)間的計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜,而且僅適用于兩個(gè)單元的情況。

        本文提出一種基于開(kāi)關(guān)電感和Star 型連接的LC 串聯(lián)支路的雙層均衡電路,只需要較少的開(kāi)關(guān)管數(shù)量;通過(guò)簡(jiǎn)單的移相控制方式實(shí)現(xiàn)了任意單元之間的均衡,適用于任意數(shù)量的單元情況。

        1 均衡拓?fù)浼肮ぷ髟?/h2>

        1.1 電路拓?fù)?/h3>

        圖1 所示為提出的6 節(jié)串聯(lián)電池組的雙層均衡電路,由開(kāi)關(guān)電感型和Star 型連接的LC 串聯(lián)支路組成,共用同一組開(kāi)關(guān)陣列,以相鄰兩節(jié)電池為一個(gè)單元(B1與B2、B3與B4、B5與B6)。單元內(nèi)部的兩節(jié)電池由第一層開(kāi)關(guān)電感型均衡電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓均衡,每個(gè)單元內(nèi)部的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管由占空比為50%的一對(duì)互補(bǔ)的PWM 信號(hào)控制導(dǎo)通與關(guān)斷;單元之間由基于移相控制的Star 型連接的LC 串聯(lián)支路的均衡電路來(lái)實(shí)現(xiàn)任意單元至任意單元之間的電壓均衡。

        1.2 均衡原理

        該均衡電路有兩層,以下分別對(duì)這兩層均衡電路展開(kāi)分析。為便于分析,忽略互補(bǔ)PWM 信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。

        1.2.1 第一層均衡電路工作原理

        第一層均衡電路是基于開(kāi)關(guān)電感的均衡電路,由開(kāi)關(guān)管S1~S6、電感L4~L6和對(duì)應(yīng)均衡路徑上的等效電阻R1~R3(包括電池內(nèi)阻、線路寄生電阻和開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻)構(gòu)成,如圖2 所示,實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)部的兩個(gè)電池單體間的電壓均衡。其中,電感值和電阻值各自相等:L4=L5=L6=L,R1=R2=R3=R。

        第一層均衡電路中,總共有3 個(gè)單元,每個(gè)單元都是由一對(duì)占空比為50%的互補(bǔ)PWM 信號(hào)控制,由于每個(gè)單元的工作原理一樣,以下單獨(dú)分析第1 個(gè)單元(B1與B2)的工作原理,假設(shè)VB1>VB2,圖3 為開(kāi)關(guān)管S1、S2的驅(qū)動(dòng)信號(hào),一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)工作模態(tài),如圖4所示。

        模態(tài)1 (t0~t1):開(kāi)關(guān)管S1導(dǎo)通,S2關(guān)斷;電池B1通過(guò)開(kāi)關(guān)管S1給電感L4充電,如圖4(a)所示,電感電壓和電流的表達(dá)式如下:

        式中,I1為t0時(shí)刻的電感電流值,即電感電流最小值。

        模態(tài)2 (t1~t2):開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷,S2導(dǎo)通;電感L4、電池B2、開(kāi)關(guān)管S2形成閉合回路,電感L4給電池B2充電,如圖4(b)所示,這樣就完成了將電壓高的電池的能量轉(zhuǎn)移到電壓低的電池中,電感電壓和電流的表達(dá)式如下:

        式中,I2為t1時(shí)刻的電感電流值,即電感電流最大值。

        由式(2)、式(4)可得:

        式中,fs為開(kāi)關(guān)頻率,可解得:

        1.2.2 第二層均衡電路工作原理

        第二層均衡電路如圖5 所示,M1代表單元B1、B2,M2代表單元B3、B4,M3代表單元B5與B6,電感值和電容值各自相等:L1=L2=L3=L,C1=C2=C3=C。LC串聯(lián)支路是Star型連接,公共節(jié)點(diǎn)為N。

        (1)Star 型到Delta 型連接的轉(zhuǎn)換

        直接分析較為復(fù)雜,為簡(jiǎn)化分析,先把Star 型連接轉(zhuǎn)換為Delta 型連接的LC 串聯(lián)支路。因此,第二層均衡電路可以等效成如圖6 所示。

        (2)工作原理

        首先分析只有兩個(gè)單元的工作原理,設(shè)單元M1的電壓高于單元M2的電壓:VM1>VM2。工作模態(tài)如圖7 所示,關(guān)鍵波形如圖8 所示。

        控制信號(hào)為固定占空比50%的方波信號(hào),單元內(nèi)互補(bǔ)(S1與S2、S3與S4互補(bǔ)),單元之間移相,假設(shè)VM1>VM2,則控制信號(hào)S1超前于參考信號(hào)S,控制信號(hào)S3滯后于參考信號(hào)S,φ12為單元M1對(duì)M2的移相占空比。

        模態(tài)1(φ12Ts~0.5Ts):開(kāi)關(guān)管S1、S3導(dǎo)通,S2、S4關(guān)斷,LrCr支路兩端電壓等于VM1,單元M1給LrCr支路充電,電感電流iLr增加。

        模態(tài)2(0.5Ts~(0.5+φ12)Ts):開(kāi)關(guān)管S2、S3導(dǎo)通,S1、S4關(guān)斷,LrCr支路兩端電壓等于0,即短路,電感電流iLr迅速減小并且極性變負(fù)。

        模態(tài)3((0.5+φ12)Ts~Ts):開(kāi)關(guān)管S2、S4導(dǎo)通,S1、S3關(guān)斷,LrCr支路兩端電壓等于VM2,LrCr支路給單元M2充電。

        模態(tài)4(0~φ12Ts):開(kāi)關(guān)管S1、S4導(dǎo)通,S2、S3關(guān)斷,LrCr支路兩端電壓等于VM1+VM2,單元M1和M2一起給LrCr支路充電,電感電流iLr迅速增加。

        假設(shè)電容Cr的容值足夠大,故單個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)其兩端電壓波動(dòng)較小,取值為平均值,即VCr=(VM1+VM2)/2,則可認(rèn)為電感電流iLr呈線性變化。

        從模態(tài)2 或模態(tài)4 可得:

        從模態(tài)1 或模態(tài)3 可得:

        通過(guò)式(9)、式(10)可求得I1、I2、I3、I4的值:

        電感電流iLr在每個(gè)模態(tài)中呈線性變化,則可計(jì)算得單周期內(nèi)單元M1、M2的平均電流值分別為:

        式中,Lr=3L。根據(jù)式(13)、式(14),可建立單周期兩單元均衡電路的直流等效電路如圖9 所示。

        同理,可衍生出Delta 型連接的單周期均衡電路的直流等效電路如圖10 所示。

        單周期內(nèi)單元M1、M2、M3的平均電流如下:

        1.3 控制策略

        選取工作電壓為均衡變量,以實(shí)現(xiàn)單體電壓一致性為控制目標(biāo)。記第i 個(gè)單元電壓與所有單元的電壓均值的壓差為:

        式中,VM_avr為所有單元電壓的平均值。

        控制策略可由下式表示:

        φi的值為正時(shí),滯后于參考信號(hào),圖形表示如圖11所示,隨著電壓差減小,φi值也減小,當(dāng)各單元間電壓達(dá)到一致時(shí),φi為零。

        2 系統(tǒng)仿真

        為驗(yàn)證上述分析,首先用SIMULINK 搭建4 節(jié)電池(2 個(gè)單元) 串聯(lián)組成的均衡電路。為縮短仿真時(shí)間,用0.1 μF 電容代替電池,其初始電壓分別為VB1=3.70 V,VB2=3.68 V,VB3=3.45 V,VB4=3.46 V,其他電路參數(shù)如表1中所示。限幅值D=5/72,門檻電壓Vth=0.5 V。

        表1 兩單元均衡電路參數(shù)

        圖12 所示為第二層均衡電路關(guān)鍵波形,S1、S3分別為對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),VLC為L(zhǎng)1、C1串聯(lián)支路兩端的電壓,iL1為流過(guò)電感L1的電流??梢钥闯?,仿真結(jié)果和1.2.2 小節(jié)中的分析一致,驗(yàn)證了上述理論分析的正確性。

        用Simulink 搭建6 節(jié)電池(3 個(gè)單元)串聯(lián)組成的均衡電路。同樣用0.1 μF 電容代替電池,其初始電壓分別為VB1=3.22 V,VB2=3.53 V,VB3=3.70 V,VB4=3.34 V,VB5=3.46 V,VB6=3.75 V。其他電路參數(shù)如表2 所示。限幅值D=5/72,門檻電壓Vth=0.5 V。

        表2 三單元均衡電路參數(shù)

        圖13 所示為均衡過(guò)程中的各節(jié)電池電壓波形,可以看出,電池電壓差異隨著均衡過(guò)程慢慢減小,最終達(dá)到一致,實(shí)現(xiàn)了電池組的電壓均衡。

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        為驗(yàn)證提出的均衡電路的理論和仿真分析的正確性,搭建了如圖14 所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),包括均衡電路、控制板、輔助電源等。均衡電路中,電感L1~L3和L4~L6分別選用4.7μH和22μH貼片功率電感,電容C1~C3選用47 μF 陶瓷電容,開(kāi)關(guān)管選用導(dǎo)通電阻為8.0 mΩ 的IRF3205,開(kāi)關(guān)頻率為100 kHz。

        首先,以4 節(jié)電池(2 個(gè)單元)為均衡對(duì)象,其初始電壓分別為VB1=3.70 V,VB2=3.68 V,VB3=3.45 V,VB4=3.46 V,圖15 所示為第二層均衡電路實(shí)驗(yàn)波形,上面部分為開(kāi)關(guān)管S1、S2的驅(qū)動(dòng)電壓VGS1和VGS2;中間部分為開(kāi)關(guān)管S1、S3的驅(qū)動(dòng)電壓,可以看出,由于單元M1的電壓比單元M2高,驅(qū)動(dòng)信號(hào)移相,VGS1超前于VGS3;下面部分為L(zhǎng)1、C1串聯(lián)支路兩端電壓VLC和流過(guò)電感L1的電流iL1,可以看出其波形和理論分析基本一致。

        然后,以6 節(jié)電池(3 個(gè)單元)為均衡對(duì)象,其初始電壓分別為VB1=3.22 V,VB2=3.53 V,VB3=3.70 V,VB4=3.34 V,VB5=3.46 V,VB6=3.75 V。均衡過(guò)程中的電池電壓波形如圖16 所示,其中電壓數(shù)據(jù)的測(cè)量間隔時(shí)間為1 min??梢钥闯?,在57 min 時(shí)6 節(jié)電池的最大電壓差就己經(jīng)從初始的0.53 V 降低到0.04 V,驗(yàn)證了該均衡電路的有效性。

        4 結(jié)論

        本文提出了一種基于開(kāi)關(guān)電感和Star 型連接的LC串聯(lián)支路的均衡電路,兩層均衡電路共用一組開(kāi)關(guān)管,具有開(kāi)關(guān)管數(shù)量少、拓?fù)浜?jiǎn)單和易于工程實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)該均衡電路的結(jié)構(gòu)和工作原理,本文建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并提出了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的移相控制的電壓均衡策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型推導(dǎo)結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了理論分析的正確性;同時(shí),仿真和實(shí)驗(yàn)均實(shí)現(xiàn)了電池的電壓均衡,從而表明了所提出的均衡電路的有效性。

        猜你喜歡
        模態(tài)
        基于BERT-VGG16的多模態(tài)情感分析模型
        跨模態(tài)通信理論及關(guān)鍵技術(shù)初探
        一種新的基于模態(tài)信息的梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法
        多跨彈性支撐Timoshenko梁的模態(tài)分析
        車輛CAE分析中自由模態(tài)和約束模態(tài)的應(yīng)用與對(duì)比
        國(guó)內(nèi)多模態(tài)教學(xué)研究回顧與展望
        基于HHT和Prony算法的電力系統(tǒng)低頻振蕩模態(tài)識(shí)別
        由單個(gè)模態(tài)構(gòu)造對(duì)稱簡(jiǎn)支梁的抗彎剛度
        利用源強(qiáng)聲輻射模態(tài)識(shí)別噪聲源
        日版《午夜兇鈴》多模態(tài)隱喻的認(rèn)知研究
        電影新作(2014年1期)2014-02-27 09:07:36
        手机看片国产日韩| 国产精品免费av片在线观看 | 极品美女尤物嫩模啪啪| 网红尤物泛滥白浆正在播放| 亚洲av无码乱码国产麻豆| 在线不卡av片免费观看| 国产精品久久无码不卡黑寡妇| 亚洲老熟妇愉情magnet| 麻豆精品在线视频观看| 无码一区二区三区中文字幕| 成年女人毛片免费视频| 涩涩国产在线不卡无码| av在线高清观看亚洲| 免费高清av一区二区三区 | 欧美熟妇精品一区二区三区| 日本不卡在线一区二区三区视频| 久久久成人av毛片免费观看| 日韩一区在线精品视频| 人妻少妇边接电话边娇喘| 亚洲婷婷丁香激情| 日韩精品免费观看在线| 黑人大群体交免费视频 | 中文在线а√天堂官网| 玖玖资源站无码专区| 青青草成人免费在线视频| 色妞色视频一区二区三区四区| 久久亚洲av成人无码国产| 国产精品亚洲A∨无码遮挡| 日本视频一区二区三区在线观看| √天堂中文官网在线| 麻豆国产人妻欲求不满| 国产免费激情小视频在线观看| 国产一区二区三区不卡视频| 情人伊人久久综合亚洲| 性夜影院爽黄a爽在线看香蕉 | 日韩av在线免费观看不卡| 天堂8在线新版官网| 日韩人妻精品无码一区二区三区 | 宅宅午夜无码一区二区三区| 亚洲av在线观看播放| 欧洲美女黑人粗性暴交|