【摘 要】
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目前,全球能源危机愈演愈烈,同时伴随着各国对环境污染问题日渐重视,以及各国政府和各大企业越来越注意到低碳经济的红利和发展前景,清洁能源的开发利用迫在眉睫。储能设备在清洁能源的开发利用过程中扮演着极其重要的角色,而锂离子电池是极其重要和常用的储能设备之一,这是因为其具有耐高低温、能量密度高、循环寿命长、自放电率低以及无记忆效应等诸多优势。然而单体锂电池电压无法满足绝大部分应用场合对电压水平的要求,锂
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目前,全球能源危机愈演愈烈,同时伴随着各国对环境污染问题日渐重视,以及各国政府和各大企业越来越注意到低碳经济的红利和发展前景,清洁能源的开发利用迫在眉睫。储能设备在清洁能源的开发利用过程中扮演着极其重要的角色,而锂离子电池是极其重要和常用的储能设备之一,这是因为其具有耐高低温、能量密度高、循环寿命长、自放电率低以及无记忆效应等诸多优势。然而单体锂电池电压无法满足绝大部分应用场合对电压水平的要求,锂电池储能系统一般是由多个锂电池串联组成。而多个锂电池的性能往往存在或大或小的差异,这会导致锂电池储能系统中某些单体锂电池可能存在过充或过放的情况,将严重影响锂电池储能系统的性能和寿命。通过在锂电池储能系统内部提供能量流动通道,锂电池均衡系统可以实现单体锂电池之间的能量交换,从而保持所有锂电池的能量基本一致,进而有效地提高锂电池储能系统性能以及延长锂电池寿命。将软开关技术应用到锂电池均衡系统,亦能有效地减少锂电池组在均衡过程中的能量损耗。为了有效地增加电池均衡系统的能量密度以及均衡效率,论文对传统型基于双向CUK变换器的总线式均衡系统进行优化,提出了一种改进型基于双向CUK变换器的总线式均衡系统,该均衡系统使用的功率器件更少,控制更简单,均衡效率更高。同时对软开关技术进行研究,并应用于改进型均衡系统中。论文的主要工作如下:（1）提出了一种改进型基于双向CUK变换器的总线式均衡系统,对改进型均衡系统的电路结构、工作原理进行了介绍,并与传统型基于双向CUK变换器的总线式均衡系统对比,分析了其在功率密度、成本、效率以及控制复杂度等方面的优势,并在MATLAB/Simulink平台搭建了仿真电路,初步验证了改进型均衡系统的可行性。（2）提出了一种零电流切换的PWM软开关双向CUK变换器,并对该变换器的硬件电路组成以及具体的工作原理进行了详细的阐述,并通过仿真实验,验证了所提出的PWM软开关双向CUK变换器的正确性。（3）对所提出的PWM软开关双向CUK变换器与硬开关双向CUK变换器的效率进行了测试和对比,测试结果显示软开关技术的应用对变换器的效率提升较为明显。对改进型均衡系统与传统型均衡系统的点到点效率也进行了测试和对比,验证了改进型均衡系统点到点的能量传输效率均更高。（4）将提出的PWM软开关双向CUK变换器应用到改进型均衡系统中,设计了实验样机,该实验样机最多可以完成8节串联锂电池的均衡任务,并通过实验测试,不仅验证了所设计的实验样机的正确性,还显示了实验样机在均衡效果方面具有较好的表现。综上所述,论文提出了一种改进型基于双向CUK变换器的总线式均衡系统以及一种零电流切换的PWM软开关双向CUK变换器,并进行了仿真验证和实验测试,实验结果表明所设计的PWM软开关双向CUK变换器的高效性以及改进型均衡系统的可行性。
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