电动汽车动力电池组均衡管理策略研究及系统设计
发布时间：2021-07-04 08:42
电动汽车具有无污染、噪音低、能源效率高等优点,成为世界各国开发和推广的对象。但续航里程短,充电速度慢等问题制约着电动汽车的发展,其中动力电池组还存在不一致性问题,严重影响电池组的可用容量和循环使用寿命。目前,虽然大部分的均衡管理方式取得了较好的均衡效果,但还没有一种针对电池组不同阶段的均衡管理方法。为此本文针对电动汽车动力电池组的不一致性问题,展开了对均衡管理方案的研究,重点分析了电池组在各阶段出现不一致性问题的特征,研究了各阶段的均衡管理方式,设计了均衡硬件电路和均衡管理策略;搭建了一个完整的均衡管理系统,有针对性地改善了电池组在各阶段均衡时间的长短和电压的波动幅度,提高了对电池组的均衡效果,本文的主要工作如下:首先针对电池组出现不一致性问题的原因,从电池的生产、存储和使用阶段进行了分析,通过探讨电池内部状态量的变化规律,重点研究了电池组在各阶段不一致性的特征以及不一致性在各阶段存在的差异,对比了现有改善电池组不一致性的方法,并提出了本文的研究方案;根据电池实验数据中各参数与SOC的变化关系,对比分析了开路电压、工作电压和SOC在表征电池组不一致性上的优缺点,并选取了开路电压和工作电...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１磷酸铁锂电池内部结构组成示意图??对磷酸铁锂电池进行充电时，锂离子从正极部分的磷酸铁锂晶体中脱离出来，经??
电池组不一致性分析??验过程都在相同温度、湿度的环境条件下进行。???表２－１磷酸铁锂电池规格型号???标称容量（Ａｈ）?内阻（ｍＯ）?标称电压（Ｖ）?截止电压（Ｖ）?最大电流（Ａ）?循环寿命（次）??７５?＾?３．６（触?Ｖ?１０（絲?Ｖ?＞１５００??１Ｕ?????２．４（放电）?３〇（放电）??????’?？，??Ｉ?Ｍ…竺＾厂．ｒ…，数賴＿??Ｃ：ＡＮ?１?（１??－?：?＾?，，?Ｉ?ｌ?：１＿Ｉ???ＰＣ＾?动力电池测试柜??图２－８电池特性实验系统??２．３．１开路电压的不一致性??测量电池的开路电压时，需要在充放电结束后，将电池静置一段时间，当电池两??端的电压处于一个稳定值时，默认此时的电压为开路电压，开路电压用表示，单??位为Ｖ，由于没有负载电流的影响，开路电压的大小一般只跟电池内部的电解液有关。??对磷酸铁锂电池进行实验，获取开路电压随ＳＯＣ的变化关系，具体实验步骤如下：??（１）将电池按照恒流恒压的标准充电方式充至满电状态，静置一个小时后，测量??电池ＳＯＣ为１００％时的电压；??⑵以０．３Ｃ的恒定电流对电池进行放电，当ＳＯＣ为９０％时结束放电，电池静置一??个小时后，记录下电压；??（３）重复步骤（２）的实验方式，分别记录下ＳＯＣ为８０％、７０％．．．．．．１０°／。时的电压。??如图２－９所示为电池开路电压与ＳＯＣ的变化关系，从变化关系中可以看出，随??着电池ＳＯＣ的增加，开路电压也逐渐增大，两者之间呈现一定的正相关，但在ＳＯＣ??的不同阶段，开路电压的增长速度存在差异，当ＳＯＣ处于２０％？９０％时，电池正好处??于放电平台期，其开路电压的变化
电动汽车动力电池组均衡管理策略研究及系统设计?第二章动力电池组不一致性分析??３．６＂｜?—电池?ｂｉ＿??＊??电池Ｂ２??３?４?－?１??电池Ｂ３??＊?Ｌ?—电池Ｂ４??１?＼??０?５００?１０００?１５００?２０００?２５００?３０００?３５００??时间／ｓ??图２－１０?４节磷酸铁锂电池恒流１Ｃ放电曲线??２．３．３ＳＯＣ的不一致性??电池剩余电量与其完全充电状态的电量的比值被定义为电池的ＳＯＣ，其表达式??为：??ＳＯＣ?＝?￣?＾?＝?１?—丛＝鱼?Ｐ－９）??ＱＤ?Ｑｄ??式中：２ｄ为以恒流（／）放电时电池总容量；０ｉ为以恒流放电时电池所放电量；＆为??电池剩余电量。??在电池组使用阶段的初期，以ＳＯＣ作为均衡变量，可以有效降低电池之间充放??电程度不一致的问题，减缓性能较差电池总容量的衰减速度。但从ＳＯＣ的表达式可??知，影响电池ＳＯＣ的因素主要是电池总容量和放电量，而电池组通常是由电池单体??串联组成，电池之间的放电量基本相同，因此ＳＯＣ的差异主要是由电池之间总容量??的差异引起的［５５］。而随着充放电次数的增加，性能较差电池的总容量衰减速度更快，??造成电池ＳＯＣ之间的真实差异越来越大。??２．３．４均衡变量的选取??均衡管理系统要求均衡变量在表征电池组的不一致性上具有较高的准确性，同时??要具有简单易采集，数据精度高的优点，保证系统在达成均衡目标时，不会出现较大??的误差，从而获得更好的均衡效果。围绕均衡管理系统对均衡变量的要求，通过研究??开路电压、工作电压、ＳＯＣ作为均衡变量的优缺点，从而选出合适的均衡变量。??（１）开路电压作为均衡变量??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[2]三阶扩展GNL电池模型的研究[J]. 杜森,谢立洁,徐梓荐,翟世欢. 电子设计工程. 2018(20)
[3]基于PNGV电路模型的新能源汽车钴酸锂电池内阻研究[J]. 苏杰,王顺利,王露,康财,阮永利. 自动化与仪表. 2018(10)
[4]基于单体一致性对动力锂电池性能的影响研究[J]. 黄保帅,张巍. 电源技术. 2018(09)
[5]磷酸铁锂优缺点及改性研究进展[J]. 张克杰,陈鹏,谢旺旺,蔡婧,周志萍. 无机盐工业. 2018(06)
[6]基于LABVIEW的上位机串口通信程序设计[J]. 汤佳明,安伟. 电子设计工程. 2018(11)
[7]基于CAN总线的通信系统设计研究[J]. 张莉. 自动化与仪器仪表. 2018(04)
[8]钴酸锂电池性能研究[J]. 冯莉原,宋凌珺,周兴振,葛帅,向立明. 电源技术. 2018(03)
[9]固态锂电池技术发展现状与趋势[J]. 王薛超,曹耀光,金茂菁. 科技中国. 2018(01)
[10]锂电池充放电模型及关键参数影响研究[J]. 刘娇娇. 电源技术. 2017(11)
博士论文
[1]电动汽车电池荷电状态估计及均衡技术研究[D]. 郭向伟.华南理工大学 2016
[2]基于磷酸铁锂单体电池荷电状态的均衡算法研究[D]. 张树梅.上海交通大学 2015
[3]蓄电池组均衡器及均衡策略研究[D]. 刘红锐.天津大学 2014
硕士论文
[1]纯电动汽车电池均衡管理系统设计与研究[D]. 李杰.太原理工大学 2018
[2]磷酸铁锂电池建模仿真与均衡策略研究[D]. 陈哲群.深圳大学 2017
[3]基于荷电状态估计的电动汽车动力电池组均衡控制研究[D]. 孙延帅.吉林大学 2017
[4]基于模糊阈值的电动汽车电池组能量均衡控制策略研究[D]. 马亚东.合肥工业大学 2017
[5]基于改进Thevenin模型的磷酸铁锂电池SOC预测方法研究[D]. 宁倩慧.中北大学 2016
[6]电动汽车电池组均衡系统设计及控制策略研究[D]. 贺虹.吉林大学 2015
[7]LiFePO4动力电池二阶RC模型参数的研究[D]. 姜威.浙江大学 2015
[8]电动汽车串联电池组电压均衡管理系统研究[D]. 化春雨.燕山大学 2013
[9]纯电动汽车锂离子电池组均衡策略研究及系统实现[D]. 郝晓伟.吉林大学 2013
[10]锂离子电池模型的建立及电池管理系统的研究[D]. 叶贞.武汉理工大学 2013
本文编号：3264452
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１磷酸铁锂电池内部结构组成示意图??对磷酸铁锂电池进行充电时，锂离子从正极部分的磷酸铁锂晶体中脱离出来，经??
电池组不一致性分析??验过程都在相同温度、湿度的环境条件下进行。???表２－１磷酸铁锂电池规格型号???标称容量（Ａｈ）?内阻（ｍＯ）?标称电压（Ｖ）?截止电压（Ｖ）?最大电流（Ａ）?循环寿命（次）??７５?＾?３．６（触?Ｖ?１０（絲?Ｖ?＞１５００??１Ｕ?????２．４（放电）?３〇（放电）??????’?？，??Ｉ?Ｍ…竺＾厂．ｒ…，数賴＿??Ｃ：ＡＮ?１?（１??－?：?＾?，，?Ｉ?ｌ?：１＿Ｉ???ＰＣ＾?动力电池测试柜??图２－８电池特性实验系统??２．３．１开路电压的不一致性??测量电池的开路电压时，需要在充放电结束后，将电池静置一段时间，当电池两??端的电压处于一个稳定值时，默认此时的电压为开路电压，开路电压用表示，单??位为Ｖ，由于没有负载电流的影响，开路电压的大小一般只跟电池内部的电解液有关。??对磷酸铁锂电池进行实验，获取开路电压随ＳＯＣ的变化关系，具体实验步骤如下：??（１）将电池按照恒流恒压的标准充电方式充至满电状态，静置一个小时后，测量??电池ＳＯＣ为１００％时的电压；??⑵以０．３Ｃ的恒定电流对电池进行放电，当ＳＯＣ为９０％时结束放电，电池静置一??个小时后，记录下电压；??（３）重复步骤（２）的实验方式，分别记录下ＳＯＣ为８０％、７０％．．．．．．１０°／。时的电压。??如图２－９所示为电池开路电压与ＳＯＣ的变化关系，从变化关系中可以看出，随??着电池ＳＯＣ的增加，开路电压也逐渐增大，两者之间呈现一定的正相关，但在ＳＯＣ??的不同阶段，开路电压的增长速度存在差异，当ＳＯＣ处于２０％？９０％时，电池正好处??于放电平台期，其开路电压的变化
电动汽车动力电池组均衡管理策略研究及系统设计?第二章动力电池组不一致性分析??３．６＂｜?—电池?ｂｉ＿??＊??电池Ｂ２??３?４?－?１??电池Ｂ３??＊?Ｌ?—电池Ｂ４??１?＼??０?５００?１０００?１５００?２０００?２５００?３０００?３５００??时间／ｓ??图２－１０?４节磷酸铁锂电池恒流１Ｃ放电曲线??２．３．３ＳＯＣ的不一致性??电池剩余电量与其完全充电状态的电量的比值被定义为电池的ＳＯＣ，其表达式??为：??ＳＯＣ?＝?￣?＾?＝?１?—丛＝鱼?Ｐ－９）??ＱＤ?Ｑｄ??式中：２ｄ为以恒流（／）放电时电池总容量；０ｉ为以恒流放电时电池所放电量；＆为??电池剩余电量。??在电池组使用阶段的初期，以ＳＯＣ作为均衡变量，可以有效降低电池之间充放??电程度不一致的问题，减缓性能较差电池总容量的衰减速度。但从ＳＯＣ的表达式可??知，影响电池ＳＯＣ的因素主要是电池总容量和放电量，而电池组通常是由电池单体??串联组成，电池之间的放电量基本相同，因此ＳＯＣ的差异主要是由电池之间总容量??的差异引起的［５５］。而随着充放电次数的增加，性能较差电池的总容量衰减速度更快，??造成电池ＳＯＣ之间的真实差异越来越大。??２．３．４均衡变量的选取??均衡管理系统要求均衡变量在表征电池组的不一致性上具有较高的准确性，同时??要具有简单易采集，数据精度高的优点，保证系统在达成均衡目标时，不会出现较大??的误差，从而获得更好的均衡效果。围绕均衡管理系统对均衡变量的要求，通过研究??开路电压、工作电压、ＳＯＣ作为均衡变量的优缺点，从而选出合适的均衡变量。??（１）开路电压作为均衡变量??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[2]三阶扩展GNL电池模型的研究[J]. 杜森,谢立洁,徐梓荐,翟世欢. 电子设计工程. 2018(20)
[3]基于PNGV电路模型的新能源汽车钴酸锂电池内阻研究[J]. 苏杰,王顺利,王露,康财,阮永利. 自动化与仪表. 2018(10)
[4]基于单体一致性对动力锂电池性能的影响研究[J]. 黄保帅,张巍. 电源技术. 2018(09)
[5]磷酸铁锂优缺点及改性研究进展[J]. 张克杰,陈鹏,谢旺旺,蔡婧,周志萍. 无机盐工业. 2018(06)
[6]基于LABVIEW的上位机串口通信程序设计[J]. 汤佳明,安伟. 电子设计工程. 2018(11)
[7]基于CAN总线的通信系统设计研究[J]. 张莉. 自动化与仪器仪表. 2018(04)
[8]钴酸锂电池性能研究[J]. 冯莉原,宋凌珺,周兴振,葛帅,向立明. 电源技术. 2018(03)
[9]固态锂电池技术发展现状与趋势[J]. 王薛超,曹耀光,金茂菁. 科技中国. 2018(01)
[10]锂电池充放电模型及关键参数影响研究[J]. 刘娇娇. 电源技术. 2017(11)
博士论文
[1]电动汽车电池荷电状态估计及均衡技术研究[D]. 郭向伟.华南理工大学 2016
[2]基于磷酸铁锂单体电池荷电状态的均衡算法研究[D]. 张树梅.上海交通大学 2015
[3]蓄电池组均衡器及均衡策略研究[D]. 刘红锐.天津大学 2014
硕士论文
[1]纯电动汽车电池均衡管理系统设计与研究[D]. 李杰.太原理工大学 2018
[2]磷酸铁锂电池建模仿真与均衡策略研究[D]. 陈哲群.深圳大学 2017
[3]基于荷电状态估计的电动汽车动力电池组均衡控制研究[D]. 孙延帅.吉林大学 2017
[4]基于模糊阈值的电动汽车电池组能量均衡控制策略研究[D]. 马亚东.合肥工业大学 2017
[5]基于改进Thevenin模型的磷酸铁锂电池SOC预测方法研究[D]. 宁倩慧.中北大学 2016
[6]电动汽车电池组均衡系统设计及控制策略研究[D]. 贺虹.吉林大学 2015
[7]LiFePO4动力电池二阶RC模型参数的研究[D]. 姜威.浙江大学 2015
[8]电动汽车串联电池组电压均衡管理系统研究[D]. 化春雨.燕山大学 2013
[9]纯电动汽车锂离子电池组均衡策略研究及系统实现[D]. 郝晓伟.吉林大学 2013
[10]锂离子电池模型的建立及电池管理系统的研究[D]. 叶贞.武汉理工大学 2013
本文编号：3264452
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