电动汽车电池组主动均衡控制策略研究及系统实现

发布时间：2020-08-08 19:29

【摘要】：纯电动汽车电池组是由多节单体电池串联组成,在电池组充放电过程中,会出现某节单体电池提前达到充放电截止电压而提前停止充放电情况,其原因为电池组内单体电池之间存在不一致性。单体电池间不一致性问题降低了电池组容量利用率,导致车辆续驶里程缩短,成本增加。主动均衡控制模块可减小电池组内单体电池间不一致性,以使电池容量利用率得到提高,其通过实时监测电池组状态,并对电池组根据控制策略进行均衡管理。本文均衡控制管理目标为串联锂离子电池组,首先进行电池组不一致性机理分析,然后确定主动均衡系统控制方案,制定均衡控制策略,完成系统软硬件设计,最后进行台架试验,对系统方案的可行性和控制策略的有效性进行验证。研究内容如下:1、对单体电池间产生不一致性及其扩大的原因进行分析,即从生产过程、使用过程以及存储过程三方面进行机理分析,并结合实际情况提出改善电池组内单体电池间不一致性的措施。通过电池等效电路模型与电池特性试验获得电池特性参数,以及各特性参数对电池组不一致性的表现形式。2、在对比分析常见均衡拓扑结构优缺点的基础上,选取了单磁芯多副边型反激式变压器均衡拓扑结构,根据该拓扑结构特点将均衡过程划分为“削峰”与“填谷”两种工作模式。本文变压器采用非连续工作方式,并根据该工作方式计算出变压器参数,并完成了均衡外围电路的设计,搭建两种模式电路仿真模型,并进行控制参数的仿真优化。3、通过对比分析开路电压、工作电压与SOC的数据稳定性和测量精度,选取开路电压作为均衡变量、单体电池电压极差作为控制变量。根据锂电池电压在平台期单体间相差较小和在非平台期相差较大的特点,不同阶段制定不同的均衡开启阈值。结合电动汽车实际运行情况,制定了充电阶段均衡与停车阶段均衡控制策略,且充电均衡只在充电末期开启,停车均衡在电池放电中后期开启。在Matlab/Simulink环境下搭建均衡系统模型,仿真结果验证了均衡控制策略的有效性。4、为了提高系统的适应性与可靠性,均衡系统采用“主-从”分布式架构,对系统电源模块、电压采集模块、电流采集模块、均衡模块与通信模块进行电路设计,并完成系统软件编写。搭建均衡系统试验平台,通过台架试验验证了均衡系统的合理性和均衡控制策略的有效性,减小了电池组内单体电池间的差异性,使电池组容量得到更加充分利用。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

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【参考文献】