车载动力电池组全生命周期在线管理与状态估计研究

发布时间：2020-09-21 16:50

　　 锂离子电池以其能量密度高,循环寿命长等优势成为电动汽车动力源的主导产品。在动力电池的车载全生命周期中,受环境因素、动态工况及内部特性的影响,电池组一致性逐步恶化。为保障电池安全稳定运行,需采用电池管理系统(BMS)对锂离子电池状态进行实时监测与控制,以延长电池的使用寿命。电池管理系统的一个关键技术是电池荷电状态(SOC)估计,精确的状态估计能避免电池过充/过放对电池造成损坏。因此,本文以一款车用磷酸铁锂电池组为研究对象,研究并设计了车载全生命周期电池管理系统,主要研究工作如下:对磷酸铁锂动力电池的基本工作原理及性能指标进行深入分析,并基于实验设备测试磷酸铁锂电池的动态充放电特性;根据传统SOC定义方法的缺陷,通过分析影响动力电池状态估计的相关因素对SOC定义进行修正。精确的SOC估计取决于建立的电池模型,通过分析传统动力电池模型的优缺点,建立能准确反映内部特性的二阶RC等效电路模型。利用在线辨识和离线辨识两种方法对等效电路模型中阻容器件进行参数辨识,结果证明在线辨识方法具有更高的辨识精度。状态估计的主要思想需结合开路电压法对电压参数进行反馈,本文利用多项式拟合对电池开路电压与SOC关系曲线进行拟合;分析无迹卡尔曼滤波(UKF)和粒子滤波(PF)在状态估计中的基本特性,利用优势互补提出具有估计精度高、收敛速度快的无迹粒子滤波算法(UPF),通过MATLAB仿真对比分析验证联合估计算法的优越性,仿真结果证明本文研究的估计算法在动态工况下SOC估计精度在2.5%以内,收敛时间在200s内。为提高电池管理系统的可移植性,满足不同功率等级的设计要求,提出主从分布式拓扑结构。由多个从机实现单体信息采集与均衡管理,一个主机对数据进行分析处理的控制策略。本文完成主控制板、电压/电流采集从控制板、巡检与均衡从控制板的硬件电路设计,并结合本文研究的估计算法实现管理系统软件设计。通过不同工况的实验对比数据,验证了电池管理系统和SOC估计的可行性与准确性。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

其展出的第三代电池管理系统引起了整车企业的广泛关注，该管理系统部分组成：数据采集从板、主控块、显示部件。通过配置不同的硬件模块件编程，可实现不同车型的功率匹配。随着整车厂商、动力电芯厂商和专MS 厂商对电池管理系统研究的不断深入，我国在相关技术参数和准入规则定了符合国际标准的电池管理系统。.3.2 电池 SOC 估计研究现状电池的荷电状态(State of charge, SOC )反映了电池的剩余电量，荷电状态时预测对电池的充放电管理、整车的优化控制和驾驶员行为驾驶判断具有的指导意义[13]。电池的荷电状态不能直接测量，只能利用电池的电压、电度和循环次数等可测参数，通过合适的优化算法间接获取。高精度的SOC是目前研究的热点与难点，随着科研人员对动力电池内部特性与状态估计究不断深入，国内外对电池SOC 的估计有了较大进展，其具体估计算法如1 所示。

为满足整车对续航里程、爬坡性能、动力性和经济性，文本选取磷酸铁锂电池作为研究对象对其工作原理考虑影响 SOC 估计的相关因素对传统 SOC 定义进行铁锂电池的工作原理锂的内部主要由正极、负极、聚合物隔膜和电解质等所示。正极材料由能够接纳锂离子和扩散路径的金属氧4O 的吉式自由能大，可提供较高的工作电压，正极材3.6V 之间；负极材料由具有典型层状结构的石墨类碳子嵌入/脱出过程中具有较强的可逆性，保持电池良好良好离子导电性和电子绝缘性，并溶解有锂盐6LiPF 或用于承担正负极之间离子传递与电流传导；隔膜则一可保障离子顺利通行同时阻碍电子的传输，将电池正。

4 6)PO LiC、 运动过程，其嵌入化合物和离子电过程中Li+由电池正极脱嵌，进入电解于贫锂态，负极处于富锂态；放电过程中极，此时负极处于贫锂态，正极处于富锂分别在正负极之间循环地发生“嵌入-脱功率等级需求，其具体工作原理如图 2-2 4 1 x4LiFePO Li FePO xLi xe+ + +66xxLi xe C Li C+ + + 4 1 4 66x xFePO xC Li FePO Li C + +4LiFePO4FePO

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本文编号：2823738