高效高精度电池管理系统的设计和开发
发布时间：2021-06-23 04:53
锂离子电池由于其自身体积小、循环寿命长、能量密度高、工作温度范围宽、开路电压高等特点,在无人机、笔记本电脑、电动汽车等实际产品中均得到广泛应用。但当其串并联形成电池组走向应用时,电池组的健康状态估计、电池组均衡等问题没有得到有效解决。本文针对目前现有的电池管理系统（BMS）电池剩余电量（SOC）估计不准,电池组均衡效率低下等关键技术存在的问题,设计了精确、快速的SOC估计算法,并设计了基于SOC的高效、高精度的电池管理系统。本文的具体工作如下:介绍了目标锂离子电池及锂离子电池测试平台,确立了适合本文的锂离子电池等效电路模型,通过参数辨识实验获取锂离子电池等效电路模型的参数,在此基础上在MATLAB/Simulink中搭建EKF算法对锂离子电池SOC进行实时估计,利用实验数据对SOC估计算法进行仿真验证。在精准估计锂离子电池SOC的基础上,本文利用能量分配与模型预测控制算法对锂离子电池组进行实时能量优化输出管理,在满足稳定功率输出的同时实现电池组SOC快速高效率均衡。在SOC算法与BMS算法的仿真验证均满足本文所需的要求后,设计基于DSP的半实物平台对锂离子电池SOC算法与锂离子电池组B...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
开关电阻法
图 1-1 开关电阻法能量转移型均衡方法是能量从较高的单体电池，通过电感、电容及变压器等原件传递到能量较低的电池或电池组上。想比能量耗散性均衡方式，此类方法效率较高，能够降低了均衡电路的功耗，也是当前 BMS 的核心技术之一。其均衡方式可以根据均衡的器件大致分为电感型、电容型、变压器型均衡方式[19]。(1) 电感型电感型均衡电路的结构是在两块相连的单体电池之间连接电感和三极管控制开关，典型结构如下图 1-2 所示[20]，通过采集单体电池的电压进而判断出相连电池 SOC的高低，将 SOC 高的单体电池部分能量传递给电感，然后将电感的能量传递给能量较低的电池，当相连两块单体电池 SOC 的差值小于设定值时，停止均衡。其结构具有良好的扩展性，并且可以通过大电流实现电池组的快速均衡，不过其只能用于相连两块电池之间进行均衡，需要的均衡器件较多，且适合电池数量较小的电池组。
图 1-3 电容型均衡电路压器型变压器均衡电路根据变压器的差别，可以分为正激式、反激式和单磁芯22]。典型的多磁芯变压器均衡结构如下图 1-4，由图可知，变压器的副边池的正负极，原边连接整个电池组的正负极，其衡的过程为：依次得到电池的 SOC，将 SOC 最高的单体电池部分能量传递给变压器，然后变压递给 SOC 最低的单体电池，下一个周期重新检测每个单体电池 SOC。其度快，时间短，均衡效率高。但是变压器存在漏磁和转换效率等问题会路的安全性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]集中式变压器电池组均衡电路的仿真研究[J]. 钟志贤,顾红灿,赵安东. 现代电子技术. 2018(04)
[2]电能存储技术研究现状与发展趋势[J]. 王德明,顾剑,张广明,梅磊. 化工自动化及仪表. 2012(07)
[3]基于RTX的PXI板卡驱动程序开发[J]. 武文峰,张泓. 航空兵器. 2012(03)
[4]储能技术在电力系统中的研究进展[J]. 骆妮,李建林. 电网与清洁能源. 2012(02)
[5]半实物仿真技术研究现状及发展趋势[J]. 黄建强,鞠建波. 舰船电子工程. 2011(07)
[6]大规模储能技术对风电规模化发展举足轻重[J]. 李建林. 变频器世界. 2010(06)
[7]基于Vmin-EKF的动力锂电池组SOC估计[J]. 刘新天,刘兴涛,何耀,陈宗海. 控制与决策. 2010(03)
[8]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[9]基于RTW和VxWorks的飞行控制系统实时仿真[J]. 孔繁峨,陈宗基. 系统仿真学报. 2007(11)
[10]RTX在半实物仿真中的软件开发方法[J]. 闫宇壮,杨祚堂. 兵工自动化. 2006(09)
博士论文
[1]锂离子电池正极材料钒氧基化合物的制备及电化学性能研究[D]. 刘恩辉.中南大学 2004
硕士论文
[1]基于RTX的无人机实时飞行仿真系统研究[D]. 吕海龙.南京航空航天大学 2015
本文编号：3244270
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
开关电阻法
图 1-1 开关电阻法能量转移型均衡方法是能量从较高的单体电池，通过电感、电容及变压器等原件传递到能量较低的电池或电池组上。想比能量耗散性均衡方式，此类方法效率较高，能够降低了均衡电路的功耗，也是当前 BMS 的核心技术之一。其均衡方式可以根据均衡的器件大致分为电感型、电容型、变压器型均衡方式[19]。(1) 电感型电感型均衡电路的结构是在两块相连的单体电池之间连接电感和三极管控制开关，典型结构如下图 1-2 所示[20]，通过采集单体电池的电压进而判断出相连电池 SOC的高低，将 SOC 高的单体电池部分能量传递给电感，然后将电感的能量传递给能量较低的电池，当相连两块单体电池 SOC 的差值小于设定值时，停止均衡。其结构具有良好的扩展性，并且可以通过大电流实现电池组的快速均衡，不过其只能用于相连两块电池之间进行均衡，需要的均衡器件较多，且适合电池数量较小的电池组。
图 1-3 电容型均衡电路压器型变压器均衡电路根据变压器的差别，可以分为正激式、反激式和单磁芯22]。典型的多磁芯变压器均衡结构如下图 1-4，由图可知，变压器的副边池的正负极，原边连接整个电池组的正负极，其衡的过程为：依次得到电池的 SOC，将 SOC 最高的单体电池部分能量传递给变压器，然后变压递给 SOC 最低的单体电池，下一个周期重新检测每个单体电池 SOC。其度快，时间短，均衡效率高。但是变压器存在漏磁和转换效率等问题会路的安全性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]集中式变压器电池组均衡电路的仿真研究[J]. 钟志贤,顾红灿,赵安东. 现代电子技术. 2018(04)
[2]电能存储技术研究现状与发展趋势[J]. 王德明,顾剑,张广明,梅磊. 化工自动化及仪表. 2012(07)
[3]基于RTX的PXI板卡驱动程序开发[J]. 武文峰,张泓. 航空兵器. 2012(03)
[4]储能技术在电力系统中的研究进展[J]. 骆妮,李建林. 电网与清洁能源. 2012(02)
[5]半实物仿真技术研究现状及发展趋势[J]. 黄建强,鞠建波. 舰船电子工程. 2011(07)
[6]大规模储能技术对风电规模化发展举足轻重[J]. 李建林. 变频器世界. 2010(06)
[7]基于Vmin-EKF的动力锂电池组SOC估计[J]. 刘新天,刘兴涛,何耀,陈宗海. 控制与决策. 2010(03)
[8]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[9]基于RTW和VxWorks的飞行控制系统实时仿真[J]. 孔繁峨,陈宗基. 系统仿真学报. 2007(11)
[10]RTX在半实物仿真中的软件开发方法[J]. 闫宇壮,杨祚堂. 兵工自动化. 2006(09)
博士论文
[1]锂离子电池正极材料钒氧基化合物的制备及电化学性能研究[D]. 刘恩辉.中南大学 2004
硕士论文
[1]基于RTX的无人机实时飞行仿真系统研究[D]. 吕海龙.南京航空航天大学 2015
本文编号：3244270
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/glzh/3244270.html
