电动汽车用磷酸铁锂电池模型研究

发布时间：2017-08-19 20:03

  本文关键词：电动汽车用磷酸铁锂电池模型研究

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【摘要】：2015年上半年,我国新能源汽车累计生产7.85万辆,同比增长3倍,与此同时,全球市场的电动汽车也一直颇受青睐,而锂离子电池以其具有能量密度大、循环寿命长、高电压、高容量等优点为绝大多数电动汽车所使用,在我国电动汽车的企业中最常用的是磷酸铁锂电池。电动汽车用电池多是以电池组的形式使用的,这样在长期使用过程中就会出现电池不一致性问题,即会导致某一节电池出现过充电或者过放电的问题,从而影响整个电池组的工作,造成电池组的损坏,电池模型是解决该问题的重要方法之一。一个有效的电池模型可以使电池电量估算准确,电池管理实施可靠。在众多的电池模型中,最便于电力电子工程师使用的是等效电路模型,但是现在已有的等效电路模型均存在着仿真过程繁琐,误差太大的问题。本文针对上述问题,提出了一种仿真简便,误差小,更易于电力电子工程师设计电动汽车充电桩使用的等效电路模型。本文首先从磷酸铁锂电池的内部结构和工作原理出发,研究了其电压、内阻、容量等基本特性,文章中详细介绍了磷酸铁锂电池不同电压的定义及其测量方法,描述了不同容量的定义及其使用条件,讲述了不同内阻的构成及其和电池剩余容量的关系。在对磷酸铁锂电池基本特性研究清楚地条件下,又加入了环境温度、充放电倍率、充电频率等外界影响因素,通过大量的实验总结出电池在各种不同工作条件下的充放电规律;然后在分析了现在已有的多种等效电路模型优缺点的基础上,提出了一种新型的等效电路模型,该模型的核心部分是由一个线性电容和两个受控电压源组成的可变电容系统,该系统可以形象的表示出磷酸铁锂电池在不同温度下的容量变化情况,文章中就整个电池电路等效模型的过程及其电路原理作了详尽介绍;接着针对提出的电池模型进行了大量的实验,包括不同温度、不同充放电倍率、不同充电频率等条件下的实验,文章中依次列出了各个实验的过程,包括实验装置的搭建,上位机程序的设计,以及下位机硬件电路的布局,通过完善自动的实验平台记录了不同实验条件下的数据,并从实验数据中提取出模型参数,针对不同的参数分别进行数据拟合,得到了可用的数据关系及参数值;最后利用PSpice对电池模型进行仿真,结果显示仿真波形和实验波形的误差很小,可以证明该模型的准确度较高,实用性较强。
【关键词】：电动汽车 磷酸铁锂电池 电池模型 PSpice仿真
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 电动汽车的历史、分类及国内外研究现状15-17
• 1.1.1 电动汽车的历史15
• 1.1.2 电动汽车的分类15-16
• 1.1.3 电动汽车国内外研究现状16-17
• 1.2 电动汽车用锂离子电池的发展17-20
• 1.2.1 电动汽车用电池的发展17-18
• 1.2.2 锂离子电池的特点18-19
• 1.2.3 电动汽车用锂离子电池面临的挑战19-20
• 1.3 课题的研究背景意义及内容结构20-23
• 1.3.1 课题的研究背景意义20-21
• 1.3.2 论文的内容结构21-23
• 第二章 磷酸铁锂电池基本特性23-35
• 2.1 磷酸铁锂电池的结构及工作原理23-25
• 2.1.1 磷酸铁锂电池的结构23-24
• 2.1.2 磷酸铁锂电池的工作原理24-25
• 2.2 磷酸铁锂电池基本特性25-29
• 2.2.1 磷酸铁锂电池的电压25-26
• 2.2.2 磷酸铁锂电池的容量26-27
• 2.2.3 磷酸铁锂电池的内阻27-29
• 2.3 影响磷酸铁锂电池性能的主要因素29-35
• 2.3.1 电池内阻与电压、SOC、频率的关系29-31
• 2.3.2 环境温度对电池内阻及可用容量的影响31-32
• 2.3.3 充放电倍率对电池内阻及剩余容量的影响32-35
• 第三章 电池模型的分类及磷酸铁锂电池模型的提出35-47
• 3.1 电池模型的分类35-41
• 3.1.1 基本电路模型35-39
• 3.1.2 综合电气模型39-41
• 3.2 磷酸铁锂电池新模型的提出41-47
• 3.2.1 磷酸铁锂电池新模型的原理41-43
• 3.2.2 磷酸铁锂电池新模型的实现43-47
• 第四章 实验平台的搭建及实验过程47-71
• 4.1 实验平台的搭建47-63
• 4.1.1 软件程序的设计48-57
• 4.1.2 硬件电路的设计57-63
• 4.2 实验过程及结果63-71
• 4.2.1 不同温度下的循环充放电实验63-64
• 4.2.2 同一温度时不同充放电倍率实验64-65
• 4.2.3 电池充放电跳变实验65-66
• 4.2.4 变温实验66-67
• 4.2.5 电流脉冲实验67-68
• 4.2.6 不同频率的交直流实验68-71
• 第五章 电池模型参数的提取、拟合及仿真71-79
• 5.1 电池模型参数的提取71-75
• 5.1.1 电池模型中欧姆内阻参数提取71-72
• 5.1.2 电池模型中极化内阻和极化电容参数提取72-74
• 5.1.3 电池模型中可变电容系统中电压的拟合74-75
• 5.2 电池模型的仿真75-79
• 5.2.1 电池模型仿真原理图75-76
• 5.2.2 不同条件下电池模型的仿真结果76-77
• 5.2.3 误差分析77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79
• 6.2 展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 作者简介87-88

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1 ;磷酸铁锂电池在当今电池大战中独领风骚[J];汽车零部件;2011年04期

2 衣斌;李新鹏;马强;高磊;;磷酸铁锂电池在通信行业的应用研究[J];通信电源技术;2012年04期

3 徐小明;;磷酸铁锂电池在纯电动汽车推广中的应用[J];新材料产业;2012年09期

4 宋丹;杨肃博;刘姣姣;安贝贝;刘兰玉;;磷酸铁锂电池项目环境影响评价技术要点浅析[J];三峡环境与生态;2013年04期

5 马贵龙;孙延先;乔峰华;;磷酸铁锂电池的新发展[J];中国自行车;2008年11期

6 谢晓华;张建;李佳;刘浩涵;夏保佳;;磷酸铁锂电池低温性能的研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2009年S1期

7 孙庆;孙克宁;代云飞;周寿斌;;充电限制电压对磷酸铁锂电池的影响[J];中国自行车;2010年11期

8 石伟宏;武亚波;;磷酸铁锂电池在移动基站中的应用[J];电信技术;2010年12期

9 马猛;;海霸磷酸铁锂电池在移动基站的应用[J];通信世界;2010年45期

10 雷毅;;磷酸铁锂电池在通信行业节能减排中的应用[J];电信技术;2011年03期

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1 谢晓华;张建;李佳;刘浩涵;夏保佳;;磷酸铁锂电池低温性能的研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

2 康彩云;张乐;张方建;张瑜;;磷酸铁锂电池在移动通信系统中的应用研究[A];通信电源新技术论坛2011通信电源学术研讨会论文集[C];2011年

3 李志华;唐志雄;;通信用磷酸铁锂电池的节能减排应用[A];通信电源新技术论坛2011通信电源学术研讨会论文集[C];2011年

4 李淑芝;曾心茁;刘可迅;王峰;;绿色环保电池的心脏——磷酸铁锂电池专利世界申请状况及分析[A];全面实施国家知识产权战略，加快提升专利代理服务能力－2011年中华全国专利代理人协会年会暨第二届知识产权论坛论文集[C];2011年

5 李秋华;;磷酸铁锂电池包的热管理优化分析[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

6 户龙辉;李欣然;尹丽;胡京;胡臻;吕超贤;;磷酸铁锂电池储能系统建模及其并网研究[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

7 倪昀炜;;简述磷酸铁锂电池在通信电源系统中的应用优势[A];通信电源新技术论坛2011通信电源学术研讨会论文集[C];2011年

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9 吕明海;晏玮;;浅谈铁锂电池基站节能减排应用思路[A];2012年中国通信能源会议论文集[C];2012年

10 娄世菊;李晨;;新能源汽车用动力磷酸铁锂电池正极材料研究进展[A];自主创新、学术交流——第十届河南省汽车工程科学技术研讨会论文集[C];2013年

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1 立冬;动力新秀——磷酸铁锂电池[N];中国有色金属报;2008年

2 SSIPEX-Agilent汽车电子测试 联合实验室 唐立　王萍萍 中科院上海信息技术与微系统研究所 方娜;磷酸铁锂电池专利争夺激烈 国内企业应加快布局[N];中国电子报;2009年

3 ;邹城与香港洪桥公司磷酸铁锂电池项目签约[N];济宁日报;2010年

4 记者 祁安;实联在淮投资磷酸铁锂电池项目[N];淮安日报;2012年

5 ;陈卫:我们自己齐心合力就能把混合动力做好。[N];机电商报;2009年

6 记者刘其丕;天津力神磷酸铁锂电池首次实现批量出口[N];中国有色金属报;2010年

7 美国专利律师 蔡茫茫　本报驻美国记者 毛黎 供稿;磷酸铁锂电池及其专利之争[N];科技日报;2010年

8 丛林;我磷酸铁锂电池打破国外壁垒[N];中国化工报;2011年

9 本报记者 贾晓涛;通信用磷酸铁锂电池：等待电动汽车[N];通信产业报;2011年

10 CNE记者 赵坤;磷酸铁锂电池将逐步进入通信行业[N];中国电力报;2011年

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1 李哲;纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D];清华大学;2011年

2 朱政;磷酸铁锂电池荷电状态估计方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

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1 邓宫泰;磷酸铁锂电池组SOC估计算法研究[D];西南交通大学;2015年

2 欧阳家俊;动力磷酸铁锂电池均衡系统设计与研究[D];西南交通大学;2015年

3 王翔;新能源磷酸铁锂电池在航标系统中的应用研究[D];集美大学;2015年

4 宁倩慧;基于改进Thevenin模型的磷酸铁锂电池SOC预测方法研究[D];中北大学;2016年

5 王乃鑫;风光储系统磷酸铁锂电池SOC预估方法的研究[D];北方工业大学;2016年

6 王镇国;分段配组法在磷酸铁锂电池上的应用研究[D];厦门理工学院;2016年

7 吕航;动力磷酸铁锂电池组均衡系统研究与设计[D];西南交通大学;2016年

8 葛子敬;电动汽车磷酸铁锂电池组风冷散热系统研究[D];华南理工大学;2016年

9 张智群;电动汽车用磷酸铁锂电池动态特性建模与仿真研究[D];长安大学;2016年

10 李子健;基于功率型磷酸铁锂电池组成电动公交车电源系统的研究[D];山东理工大学;2016年

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本文编号：702665