基于磁放大器和高频母线的蓄电池组单体充电系统的研究

摘要

蓄电池组的寿命直接关系到能源的有效利用以及相应系统的整体寿命、可靠性和成本。本课题从提高电池寿命的角度研究串联蓄电池组的充电问题，提出了一种新颖的基于磁放大器和高频母线的蓄电池组单体充电方法。每个由磁放大器控制的二次侧电路与对应的单体电池并联，所有二次侧电路通过高频母线的形式共用一个一次侧电路；在兼顾效率、体积和成本的前提下有效的解决了串联蓄电池组的充电不均衡问题。 论文研究了磁放大器用作后级调整在不同电路拓扑中的应用特点，并分别以单端正激电路、单端反激电路和半桥电路为例分析磁放大器在这几种不同类型电路拓扑中不同的工作方式和复位方式，得出正激型的拓扑更适合本设计的结论，并通过实验验证分析的合理性。论文随即建立了磁放大器控制电路的小信号模型，并给出了闭环回路的补偿方法，并以此为充电控制电路设计的根据。 论文最后设计了单体3600mAh，3.7V锂离子电池组的单体独立充电器，以双管正激电路为原边电路，次级是以东芝钴基非晶材料构成的磁放大器后级调整电路。充电控制完全基于磁放大器，可实现锂电池的涓流、恒流、恒压和浮充控制，充电电压和充电电流可精确控制在1％以内。该充电电路具有完善的保护机制，包括电池修复保护、电池满充切断保护、充电器欠压保护、充电过压、过流和过热保护功能。论文给出了详细的设计过程，最后通过实验验证了该充电方案的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1蓄电池组串联充电的弊端

1.2国内外蓄电池组均衡充电的研究现状

1.3本文的研究内容

参考文献

第二章磁放大器在不同电路拓扑中的后级调整应用研究

2.1研究的出发点

2.1.1磁放大器的基本原理

2.1.2针对性的拓扑分类

2.1.3本文的研究前提

2.2磁放大器在单端电路拓扑中的应用研究

2.2.1磁放大器在单端正激电路中的应用研究

2.2.2磁放大器在单端反激电路中的应用研究

2.3磁放大器在对称电路拓扑中的应用研究

2.4实验结果与分析

2.5结论

参考文献

第三章磁放大器控制电路研究

3.1磁放大器的复位方式

3.2磁放大器控制电路的小信号建模

3.2.1各个控制环节传递函数的推导

3.2.2系统开环传递函数

3.3闭环性能分析

3.3.1开环传递函数频率特性

3.3.2补偿网络设计

参考文献

第四章高频母线电路的设计

4.1功率电路的设计

4.1.1拓扑选择

4.1.2电路工作原理

4.1.3电路参数的设计

4.2控制电路设计

4.2.1控制外围电路设计

4.2.2反馈回路设计

4.2.5驱动电路设计

4.3实验结果

参考文献

第五章充电器控制电路设计

5.1充电流程

5.2功率电路的设计

5.3磁放大器复位控制环节

5.4电池相关信号的采集与处理

5.5充电模式的控制信号

5.6各种充电模式的补偿环节

5.7充电电路保护机制分析

5.8实验结果

参考文献

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2进一步的工作

致谢

附录