应用于AGV车的锂离子电池组主动均衡策略研究
发布时间：2021-06-10 21:11
近年来自动引导车（AGV,Automated Guided Vehicle）在工业搬运领域得到了快速发展和广泛应用。蓄电池系统是AGV车的动力源,由于AGV车的特殊工况,电池组在使用过程中产生的不一致性问题十分突出,如果不采用高效率均衡管理措施,会严重影响电池组的寿命。本文提出基于开关矩阵的双向DC/DC型均衡电路拓扑结构,设计三阈值控制的主动均衡策略,可以适应AGV车的特殊工况,快速完成均衡,且均衡损耗小。论文开展以下几个方面研究:1)分析了锂离子电池不一致性产生的原因,以及AGV车大电流充电,充电时间短、频率高的特殊工况对不一致性的影响。通过研究锂离子电池不一致性的特征参数,确定了SOC作为主动均衡的评价参数,为了改善均衡效果,使用EKF算法估算SOC以提高估算精度;2)为了提高均衡效率,根据硬件成本、能量效率、均衡速度、控制复杂性与尺寸重量等因素,结合AGV车的实际情况,提出一种基于开关矩阵的双向DC/DC型均衡电路,该均衡电路能减少AGV车均衡过程中的能量损耗。3)提出一种适用于单均衡器均衡电路的三阈值控制的主动均衡策略,将电池根据SOC偏移量分为动作区、预动作区和不动作区,通...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AGV车实际工作时的电流变化图
湖北工业大学硕士学位论文16上面介绍了几种常用的电池等效电路模型，每一种模型各有千秋，现阶段还没有研究出能适用于所有领域的电池模型。因此，根据项目的需求来选取最适合的等效电路模型。2.2.2特性参数表现的不一致性可以表征实际使用中差异的特性参数包括电池的开路电压，剩余可用容量以及SOC值。通过对比分析不同电池特性的参数，得到可以对电池不一致评价的最合适参数。（1）开路电压开路电压（OpenCircuitVoltage，OCV）表示电池开路时正负极间的电位差。对同一节电池进行循环充放电可以测量得OCV-SOC变化曲线，如图2.7所示。图2.7OCV-SOC关系曲线从图中可以看到电池的OCV与SOC值呈现非线性的正相关，且OCV与SOC一一对应，可以通过它们的这种对应关系确定单体电池的当前电量。值得注意的是，在获得电池开路电压值前需要将电池放置一小段时间，但是在AGV小车行驶过程中难以实现该操作。（2）工作电压锂离子电池工作电压（ClosedCircuitVoltage，CCV）代表电池在充电时负载的电压减去放电时负载的电压。电池内阻会导致电压差，因此当电池供电时的CCV和OCV会不一样。当6节单体电池在工作时，对其CCV进行测量，可以得到6节电池CCV变化曲线如图2.8所示。可以看出，6节电池在放电初期CCV下降幅度平缓且相近，随着放电时间的增加，5号电池和6号电池CCV下降速度加快，与电池组的整体趋势有了较大偏差，其中6号电池最先到达了截至电压，而其余5节电池仍然处在放电阶段，这会
湖北工业大学硕士学位论文17导致6号电池的性能受损。当AGV车在不一样的条件下行驶时，放电电流会不停变化，特别在复杂多变的条件下会加剧电流的变化程度，同时也会影响电压的稳定性。图2.86节电池恒流放电CCV变化曲线（3）SOCSOC是表示电池当前电量的最常见方式，一般用式(2-3)表示。=×100%=×100%(2-3)式(2-3)中Qt为电池当前剩余容量，QI为电池当前状态下的额定容量，Qo是当前电池初始容量，Qd为电池放电量。因为每个电池存在老化程度、自放电率等不一致特性，使得Qo与QI在电池工作过程中也会带来不同表现。可以推知不同的电池电量其SOC的变化也不同。将3节工作年限不一样的电池定容后进行循环供电，实验得到SOC的变化曲线如图2.9所示。图2.93节单体电池放电时SOC变化曲线由图2.9可知，放电时间越长，SOC值越低。随着放电的持续，3号电池的SOC最快下降到0，这种情况下电池3很容易造成过放现象，为了避免电池的过
【参考文献】：
期刊论文
[1]AGV在仓储作业中的应用[J]. 赵恬. 计算机产品与流通. 2020(01)
[2]基于神经网络的老化锂电池SOC估算方法的研究[J]. 张立佳,徐国宁,赵向阳,杜晓伟,周翔. 电源学报. 2020(01)
[3]基于反激变换器的串联电池组新型均衡方法研究[J]. 郭向伟,耿佳豪,卜旭辉,侯瑞,余威. 储能科学与技术. 2020(03)
[4]我国国立科研机构全链条式创新的模式研究――以中国科学院物理研究所的锂离子电池研究为例[J]. 文亚,黄学杰,朱春丽. 中国科学院院刊. 2019(12)
[5]自动化集装箱码头AGV调度研究[J]. 黄泽乾,丁涛,王雅. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2019(06)
[6]AGV数量规划及电池充电策略研究[J]. 宋绍京,羊铭雨,孙磊,毛新建. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(06)
[7]电动汽车锂离子动力电池健康状态在线诊断方法[J]. 姜久春,高洋,张彩萍,王宇斌,张维戈,刘思佳. 机械工程学报. 2019(20)
[8]基于AGV智能运储及养护系统的研究和应用[J]. 陈平,郎祎,张赫. 机械管理开发. 2019(11)
[9]锂离子电池放电过程能量损失分析[J]. 张彦琴,张化风,宋国政. 电源技术. 2019(11)
[10]一种高精度锂离子电池建模方案研究[J]. 周娟,化毅恒,刘凯,兰海,樊晨. 中国电机工程学报. 2019(21)
本文编号：3223128
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AGV车实际工作时的电流变化图
湖北工业大学硕士学位论文16上面介绍了几种常用的电池等效电路模型，每一种模型各有千秋，现阶段还没有研究出能适用于所有领域的电池模型。因此，根据项目的需求来选取最适合的等效电路模型。2.2.2特性参数表现的不一致性可以表征实际使用中差异的特性参数包括电池的开路电压，剩余可用容量以及SOC值。通过对比分析不同电池特性的参数，得到可以对电池不一致评价的最合适参数。（1）开路电压开路电压（OpenCircuitVoltage，OCV）表示电池开路时正负极间的电位差。对同一节电池进行循环充放电可以测量得OCV-SOC变化曲线，如图2.7所示。图2.7OCV-SOC关系曲线从图中可以看到电池的OCV与SOC值呈现非线性的正相关，且OCV与SOC一一对应，可以通过它们的这种对应关系确定单体电池的当前电量。值得注意的是，在获得电池开路电压值前需要将电池放置一小段时间，但是在AGV小车行驶过程中难以实现该操作。（2）工作电压锂离子电池工作电压（ClosedCircuitVoltage，CCV）代表电池在充电时负载的电压减去放电时负载的电压。电池内阻会导致电压差，因此当电池供电时的CCV和OCV会不一样。当6节单体电池在工作时，对其CCV进行测量，可以得到6节电池CCV变化曲线如图2.8所示。可以看出，6节电池在放电初期CCV下降幅度平缓且相近，随着放电时间的增加，5号电池和6号电池CCV下降速度加快，与电池组的整体趋势有了较大偏差，其中6号电池最先到达了截至电压，而其余5节电池仍然处在放电阶段，这会
湖北工业大学硕士学位论文17导致6号电池的性能受损。当AGV车在不一样的条件下行驶时，放电电流会不停变化，特别在复杂多变的条件下会加剧电流的变化程度，同时也会影响电压的稳定性。图2.86节电池恒流放电CCV变化曲线（3）SOCSOC是表示电池当前电量的最常见方式，一般用式(2-3)表示。=×100%=×100%(2-3)式(2-3)中Qt为电池当前剩余容量，QI为电池当前状态下的额定容量，Qo是当前电池初始容量，Qd为电池放电量。因为每个电池存在老化程度、自放电率等不一致特性，使得Qo与QI在电池工作过程中也会带来不同表现。可以推知不同的电池电量其SOC的变化也不同。将3节工作年限不一样的电池定容后进行循环供电，实验得到SOC的变化曲线如图2.9所示。图2.93节单体电池放电时SOC变化曲线由图2.9可知，放电时间越长，SOC值越低。随着放电的持续，3号电池的SOC最快下降到0，这种情况下电池3很容易造成过放现象，为了避免电池的过
【参考文献】：
期刊论文
[1]AGV在仓储作业中的应用[J]. 赵恬. 计算机产品与流通. 2020(01)
[2]基于神经网络的老化锂电池SOC估算方法的研究[J]. 张立佳,徐国宁,赵向阳,杜晓伟,周翔. 电源学报. 2020(01)
[3]基于反激变换器的串联电池组新型均衡方法研究[J]. 郭向伟,耿佳豪,卜旭辉,侯瑞,余威. 储能科学与技术. 2020(03)
[4]我国国立科研机构全链条式创新的模式研究――以中国科学院物理研究所的锂离子电池研究为例[J]. 文亚,黄学杰,朱春丽. 中国科学院院刊. 2019(12)
[5]自动化集装箱码头AGV调度研究[J]. 黄泽乾,丁涛,王雅. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2019(06)
[6]AGV数量规划及电池充电策略研究[J]. 宋绍京,羊铭雨,孙磊,毛新建. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(06)
[7]电动汽车锂离子动力电池健康状态在线诊断方法[J]. 姜久春,高洋,张彩萍,王宇斌,张维戈,刘思佳. 机械工程学报. 2019(20)
[8]基于AGV智能运储及养护系统的研究和应用[J]. 陈平,郎祎,张赫. 机械管理开发. 2019(11)
[9]锂离子电池放电过程能量损失分析[J]. 张彦琴,张化风,宋国政. 电源技术. 2019(11)
[10]一种高精度锂离子电池建模方案研究[J]. 周娟,化毅恒,刘凯,兰海,樊晨. 中国电机工程学报. 2019(21)
本文编号：3223128
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