电动汽车动力电池管理系统的研究

发布时间：2017-05-24 11:27

  本文关键词：电动汽车动力电池管理系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 能源短缺和环境污染是现今世界汽车工业发展面临的两大挑战,因此开展新能源汽车的研究已经刻不容缓。混合动力汽车较传统车而言,兼具内燃机车的特点又吸收了电动车的优势,在有效提高经济性和降低排放方面有很宽广的应用前景。作为混合动力汽车的关键部件,动力电池对整车动力性、经济性和安全性具有重大影响。 电动汽车动力电池系统的研究总体上可以分为电池组本身的机械系统集成和电池管理系统的研究。其中的电池组本身的机械系统集成主要包括满足汽车空间布置的电池组箱体的外部空间尺寸设计和机械强度设计,以及满足良好散热条件的箱体内部尺寸设计和合理的电池串联方式和空间布置。整个电池系统总成需由带支承(或悬挂)装置的外壳进行防水、防尘、绝缘的包装,内含若干单体蓄电池组成的蓄电池模块、必要的传感器、通风通路、蓄电池组管理器BMS (Battery Management System)、内部动力电缆等。 电池管理系统的研究主要包括对电池运行参数的检测和优化。其中电池的电压、电流、温度是电池管理系统主要的测量参数,只有精确检测到以上三个数据,才能结合合理有效的数学算法和策略估算出电池的SOC和SOH等重要参数,并且对电池组充放电的最大电流和门限电压实时控制以达到对电池的充分保护和正常使用。同时汽车行驶过程中的安全性问题也是一个重要议题,必须实现有效的的高压电安全管理和故障诊断功能。 本文在分析了现有的一些电池模型的基础上,建立了对电池的动态模型参数进行识别的数学方法,并在MATLAB/Simulink中进行动力电池建模和仿真中得到了验证,其结果同时也可以对动力电池剩余电量的估算提供较好的参考价值,有助于提高SOC的估算精度。 为了满足混合动力汽车上的能量需求,车用电池组通常都是由几十个甚至上百个单体电池串联起来为电动汽车提供能量。由于生产工艺水平的制约,单体电池之间的性能在生产时就存在一定的差异性。而实际使用中连续的充放电循环导致的单体电池的差异,将使某些单体电池电量加速衰减。而电池组的实际可用电量是由单体电池的最小剩余电量决定的,因此这些差异将使电池组的可使用电量减少,甚至缩短电池的使用寿命。目前电池组在使用前的匹配要求较高,能减少一些不均衡性的影响,但是仍不能根本解决均衡性的问题。为了解决这种不均衡对锂离子电池组的影响,在电池组的使用过程中需要使用电池管理器及其均衡子系统对其进行优化管理。本文根据电池实际的不均衡现象有针对性地设计了“削峰填谷”的均衡子系统。结合锂离子电池使用过程中的不稳定性,特别是电池充放电末期电压和SOC的高度非线性,充分考虑了锂离子电池电压和SOC不同步性,提出了“以电量为目标,控制充放电时间”的均衡策略,以此来达到较好的均衡效果。
【关键词】：动力电池 电池管理器 模型参数识别 电池均衡 均衡控制策略
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 电动汽车的发展10-12
• 1.2 车用电池的发展12-17
• 1.3 动力电池及其管理系统的现状17-19
• 1.4 本文研究内容19-20
• 第二章 动力电池系统的总体研究20-36
• 2.1 电池组的机械系统集成20-22
• 2.2 热量管理22-25
• 2.2.1 电池热量模型分析和简化22-23
• 2.2.2 蓄电池组散热仿真分析23-25
• 2.3 电压采集单元25-26
• 2.4 电流采集单元26-27
• 2.5 温度采样单元27-28
• 2.6 高压电管理28-30
• 2.7 电池荷电容量SOC30-33
• 2.7.1 数学模型方法30-31
• 2.7.2 Ah 计量法31
• 2.7.3 开路电压法31
• 2.7.4 阻抗法31
• 2.7.5 神经网络法31-32
• 2.7.6 卡尔曼滤波法32
• 2.7.7 本文使用的SOC 估算方法32-33
• 2.8 电池循环寿命SOH33-34
• 2.8.1 循环寿命33
• 2.8.2 放电深度DOD33-34
• 2.9 故障诊断与失效处理34-35
• 2.10 本章小结35-36
• 第三章 动力电池模型及模型参数识别36-45
• 3.1 电池模型的概述36
• 3.2 现有电池模型简介36-39
• 3.2.1 电池模型中的等效电路37-39
• 3.2.2 影响电池性能具体因素的模型39
• 3.3 本文所用电池模型39-40
• 3.4 蓄电池试验方法40-41
• 3.5 试验数据处理41-43
• 3.6 仿真模型的建立和验证43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第四章 均衡子系统的研究45-60
• 4.1 电池不均衡的原因、表现、危害分析45-46
• 4.1.1 不一致的原因45
• 4.1.2 不一致的表现45-46
• 4.1.3 不一致的危害46
• 4.2 电池分选技术的研究46-49
• 4.3 现有均衡系统分析49-52
• 4.3.1 电阻均衡方式49-50
• 4.3.2 储能均衡50-52
• 4.4 本课题所使用的均衡系统52-59
• 4.4.1 均衡子系统硬件设计53-55
• 4.4.2 均衡子系统软件设计及均衡策略55-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 电池管理系统的调试及试验分析60-69
• 5.1 应用LabVIEW 开发显示界面60-62
• 5.2 电池管理系统信号测量精度试验62-64
• 5.2.1 电压测量试验62
• 5.2.2 电流测量试验62-63
• 5.2.3 温度测量试验63-64
• 5.3 电池均衡试验64-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士期间已发表或录用的论文75-77

【引证文献】

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本文编号：390666