锂离子电池组SOC估算和主动均衡的设计与实现

发布时间：2017-11-01 16:21

  本文关键词：锂离子电池组SOC估算和主动均衡的设计与实现

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【摘要】：随着社会经济的发展,汽车的需求不断上升。然而汽车使用的化石等不可再生能源有限,且燃油汽车排放的尾气造成了严重的环境污染。电动汽车具有零排放的优点,且使用的电能来源广泛,其发展得到了各国政府的广泛重视。电动汽车的三大关键技术是电池、电机、电控。目前的蓄电池单体无法满足电动汽车大电压、大功率的需求,因此,通常是几十甚至上百个单体电池串联为电动汽车提供动能。所以,应用于电池组的电池管理系统成为电动汽车的关键部件之一。本文主要研究锂电池组的SOC估算和主动均衡,并完成标称电压为64V,容量为20AH的电动摩托车用锂离子电池组电池管理系统的设计。本文首先分析锂离子电池的特性和充放电原理,介绍锂离子电池几种常用的等效电路模型,选择了戴维南等效电路作为本文锂离子电池SOC估算的电路模型,并采用脉冲法和递推最小二乘法结合对模型参数进行辨识。然后研究锂离子电池的SOC估算方法,设计了一种安时法和扩展卡尔曼滤波算法结合的锂离子电池SOC估算方法,并在UDDS工况下,对该方法进行仿真分析和比较。之后简要说明了锂离子电池组单体电池间差异性的原因和危害,研究了锂离子电池组单体电池间主动均衡的相关策略,对几种常用的锂离子电池组主动均衡电路进行了分析,并设计了一种简化式的电感主动均衡电路。同时,本文还完成了标称电压为64V,容量为20AH的锂离子电池组管理系统的设计,该系统包含数据采集模块和主控模块两部分。最后本文进行电压、电流、温度等数据采集实验,分析数据采集精度和误差来源;完成锂离子电池组单体电池间的主动均衡实验,验证本文设计的简化式电感主动均衡电路的均衡效果;进行锂离子电池组SOC估算实验,验证系统SOC估算精度。实验结果表明,本文设计的算法有效提高了电池SOC估算精度,SOC估算误差在7%以内,本文设计的主动均衡电路可以保持电池组内单体电池电压离散度在2%以内,具有一定的实用价值。
【关键词】：锂离子电池 SOC估算 扩展卡尔曼滤波 安时法 主动均衡
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及研究现状10-15
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 国内外锂离子电池SOC估算和主均衡研究现状12-15
• 1.2 研究内容及目标15
• 1.3 论文章节安排15-17
• 第二章 锂离子电池等效电路分析和戴维南模型参数辨识17-31
• 2.1 锂离子电池特性概述17-20
• 2.1.1 锂离子电池优越性简介17-20
• 2.1.2 锂离子电池充放电原理20
• 2.2 锂离子电池模型分析20-24
• 2.2.1 电化学模型21
• 2.2.2 等效电路模型21-24
• 2.3 戴维南等效电路模型参数辨识24-30
• 2.3.1 递推最小二乘法24-25
• 2.3.2 戴维南等效电路模型复频域分析25-26
• 2.3.3 脉冲放电实验和递推最小二乘法结合辨识戴维南模型参数26-30
• 2.4 小结30-31
• 第三章 锂离子电池SOC估算研究31-47
• 3.1 SOC的定义和影响因素研究31-33
• 3.1.1 SOC的定义31
• 3.1.2 SOC估算的影响因素31-33
• 3.2 SOC估算算法研究33-46
• 3.2.1 安时法和Matlab仿真分析33-36
• 3.2.2 内阻法和Matlab仿真分析36-37
• 3.2.3 扩展卡尔曼滤波算法推导和Matlab仿真验证37-40
• 3.2.4 自适应滤波算法分析40-42
• 3.2.5 无迹卡尔曼滤波算法推导和Matlab仿真验证42-43
• 3.2.6 AH和EKF算法结合SOC估算原理和Matlab仿真验证43-46
• 3.3 小结46-47
• 第四章 锂离子电池主动均衡研究47-57
• 4.1 锂离子电池组不一致性分析和一致性配组方法47-49
• 4.2 锂离子电池组主动均衡策略研究49-50
• 4.3 锂离子电池组主动均衡方法研究50-54
• 4.3.1 电容式主动均衡法分析50-51
• 4.3.2 电感式主动均衡法分析51-52
• 4.3.3 变压器式主动均衡法分析52-53
• 4.3.4 DC-DC变换器式主动均衡法分析53-54
• 4.4 简化的电感式主动均衡电路设计与分析54-56
• 4.5 小结56-57
• 第五章 系统设计与实验57-70
• 5.1 总体方案设计57-59
• 5.2 模块方案设计59-64
• 5.2.1 电源模块59
• 5.2.2 电压、电流采集模块59-62
• 5.2.3 温度检测和数据存储模块62-63
• 5.2.4 通信模块63-64
• 5.3 实验与分析64-69
• 5.3.1 数据采集实验和分析65-66
• 5.3.2 电池均衡实验和分析66-68
• 5.3.3 锂电池SOC估算实验和分析68-69
• 5.4 小结69-70
• 第六章 总结和展望70-72
• 6.1 研究内容总结70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士期间研究成果77-78

【参考文献】

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本文编号：1127605