新能源汽车动力电池管理系统研究
发布时间：2021-12-22 11:52
电池、电机和电控是新能源汽车的核心技术。电动汽车的能源供应主要由电池提供。电池成本所占比例很高,电池系统是汽车性能的主要体现。为了充分发挥电池系统的最大性能,提高电池的效率和寿命,并且同时保障车辆行驶安全性,紧密结合整车开发需求,考虑车辆实际应用情况,从整车角度进行电池管理系统的研究是非常重要的,可使电池管理系统有更好的工程实用性能。论文依托某“燃料电池轿车整车产业化项目”进行动力电池管理系统研发。首先基于燃料电池动力系统参数,确认电池系统的需求,然后进行电芯选型并确定成组方案。通过燃料电池轿车的功能需求和电气架构分析,确定了主从分布式电池管理系统的电气和网络架构,并进行了分布式电池管理系统的架构设计。对动力电池管理系统中的关键技术,为保证产品可靠性和研发效率,以工程应用中较为成熟可靠的方法为基础,结合本燃料电池动力系统特点进行选择和改进。对SOC估算,提出了融合安时积分法、OCV法和内阻法优点的改进算法;对于SOP估算和电池均衡等关键技术,选择了工程上可靠的方法。对上述各项技术,进行了实验验证。在硬件开发方面,完成了主控和从控的核心处理器电路、CAN通信电路、绝缘电阻检测电路、高压互...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池汽车整车总布置示意图
西南交通大学硕士研究生学位论文第7页第二章电池管理系统需求分析和架构设计本章将首先由燃料电池轿车的系统架构和整车性能指标参数，计算获得动力系统性能参数，以此为基础进行电池系统的电芯选型和成组方案设计。然后结合整车运行和动力系统工作模式分析，确定电池管理系统的功能及需求。最后根据燃料电池加动力电池的电-电混合系统的特点，进行电池管理系统的电气架构设计。2.1动力电池基本参数分析2.1.1整车基本构造和动力性能参数该燃料电池轿车基于某型搭载汽油发动机的轿车平台车进行设计，采用前置前驱方式。由图2-1可见，前舱动力系统实现了集成和模块化设计，前舱动力系统模块包括燃料电池电堆、动力控制单元、电机驱动系统以及燃料电池辅助系统等；动力电池系统布置在车身地板下部；车载供氢系统（包括氢瓶）布置在后备舱处地板下方，氢瓶同乘员舱和后备舱实现完全隔离，实现了氢安全的布置设计。图2-1燃料电池汽车整车总布置示意图表2-1为燃料电池轿车的主要技术参数。车辆的0~100km/h加速，要求在15s内实现；60km/h匀速的总续航里程，要求达到400km。
西南交通大学硕士研究生学位论文第12页数据自左向右传递表示。SIMULINK环境下的仿真分析工作由我公司的虚拟仿真科的同事计算完成。图2-3ADVISOR软件SIMULIN仿真模型通过修改ADVISOR中的M文件，优化调整其中车辆、驱动电机、蓄电池、燃料电池、车轮参数等，得出表2-3所示参数结果。表2-3动力系统参数表关键零部件项目单位参数燃料电池系统最大输出净功率kW30动力蓄电池容量Ah≥15平台电压V345最大放电功率kW75电池能量kWh≥5.175电机驱动系统峰值转矩/峰值功率kW210Nm/88额定转矩/额定功率kW100Nm/42峰值转速rpm12000减速箱速比92.2电芯的选型及成组设计电芯从功率上分，可以分为能量型（E）、中间型（M）、还有功率型（P）。从表2-3动力系统参数分析，燃料电池车蓄电池能量的需求是≥5.175kWh，而蓄电池最大放电功率需求是75kW。此电池系统对应电芯的最大放电倍率：75（kW）/5.175（kW）≈14.5，放电倍率要超过14C。一般高容量的能量型（E）电芯最大放电倍率在3-6C左右，放电的倍率性能不太好，所以本系统电芯需采用中高功率的M或者P型的电芯进行选型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]动力电池管理系统核心控制策略开发[J]. 白国军. 汽车零部件. 2019(10)
[2]混合动力汽车电池管理系统研究[J]. 樊成,徐强,王磊,孙涛. 湖北农机化. 2019(04)
[3]锂离子电池安全预警防护系统设计与验证[J]. 高飞,杨凯,王康康,王松岑,庄明照. 电子设计工程. 2019(01)
[4]HEV车用动力电池管理系统SOC估算策略研究[J]. 白国军,李军,纪红刚. 汽车零部件. 2018(08)
[5]基于多种模型的扩展卡尔曼滤波算法的SOC估算[J]. 贾亮,王真真,孙延鹏,孙伟. 电源技术. 2018(04)
[6]电动汽车主从分布式电池管理系统设计[J]. 张传伟,李林阳. 汽车技术. 2017(05)
[7]磷酸铁锂动力电池组的主动均衡电路设计与控制策略[J]. 赵娜,王艳,殷天明,赵立勇. 电子设计工程. 2017(08)
[8]电池管理系统研究概述[J]. 薛行贵,谢跃辉,蔡华杰. 中国新通信. 2016(07)
[9]电池管理系统的研究现状[J]. 罗诗韵,汪洋. 企业技术开发. 2015(27)
[10]基于CAN总线实时令牌网的设计[J]. 赵城,张凯. 微型机与应用. 2013(09)
博士论文
[1]锂离子电池组管理系统研究[D]. 蒋新华.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2007
硕士论文
[1]基于CAN总线的电动汽车电池远程监测系统的研究[D]. 牛荟宇.中北大学 2019
[2]混合动力机车电池管理系统及其冗余设计[D]. 徐世达.北京交通大学 2019
[3]基于驾驶意图识别的HEV动力电池寿命在线管理研究[D]. 刘白隽.合肥工业大学 2019
[4]电池管理系统硬件在环仿真测试[D]. 胡泽军.重庆理工大学 2019
[5]基于自动代码生成的电池管理系统平台研究[D]. 龚诗雨.华南理工大学 2017
[6]考虑能量管理的混合动力列车运行优化策略研究[D]. 杜昕.西南交通大学 2017
[7]基于功能安全的BMS设计方法及其可靠性的研究[D]. 印凯.上海交通大学 2017
[8]电动汽车分布式电池管理系统设计[D]. 任圆.哈尔滨工业大学 2016
[9]超级电容与蓄电池混合储能系统的能量管理与控制研究[D]. 王宇.哈尔滨工业大学 2016
[10]锂离子电池管理系统的设计与实现[D]. 杨帆.浙江大学 2015
本文编号：3546343
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池汽车整车总布置示意图
西南交通大学硕士研究生学位论文第7页第二章电池管理系统需求分析和架构设计本章将首先由燃料电池轿车的系统架构和整车性能指标参数，计算获得动力系统性能参数，以此为基础进行电池系统的电芯选型和成组方案设计。然后结合整车运行和动力系统工作模式分析，确定电池管理系统的功能及需求。最后根据燃料电池加动力电池的电-电混合系统的特点，进行电池管理系统的电气架构设计。2.1动力电池基本参数分析2.1.1整车基本构造和动力性能参数该燃料电池轿车基于某型搭载汽油发动机的轿车平台车进行设计，采用前置前驱方式。由图2-1可见，前舱动力系统实现了集成和模块化设计，前舱动力系统模块包括燃料电池电堆、动力控制单元、电机驱动系统以及燃料电池辅助系统等；动力电池系统布置在车身地板下部；车载供氢系统（包括氢瓶）布置在后备舱处地板下方，氢瓶同乘员舱和后备舱实现完全隔离，实现了氢安全的布置设计。图2-1燃料电池汽车整车总布置示意图表2-1为燃料电池轿车的主要技术参数。车辆的0~100km/h加速，要求在15s内实现；60km/h匀速的总续航里程，要求达到400km。
西南交通大学硕士研究生学位论文第12页数据自左向右传递表示。SIMULINK环境下的仿真分析工作由我公司的虚拟仿真科的同事计算完成。图2-3ADVISOR软件SIMULIN仿真模型通过修改ADVISOR中的M文件，优化调整其中车辆、驱动电机、蓄电池、燃料电池、车轮参数等，得出表2-3所示参数结果。表2-3动力系统参数表关键零部件项目单位参数燃料电池系统最大输出净功率kW30动力蓄电池容量Ah≥15平台电压V345最大放电功率kW75电池能量kWh≥5.175电机驱动系统峰值转矩/峰值功率kW210Nm/88额定转矩/额定功率kW100Nm/42峰值转速rpm12000减速箱速比92.2电芯的选型及成组设计电芯从功率上分，可以分为能量型（E）、中间型（M）、还有功率型（P）。从表2-3动力系统参数分析，燃料电池车蓄电池能量的需求是≥5.175kWh，而蓄电池最大放电功率需求是75kW。此电池系统对应电芯的最大放电倍率：75（kW）/5.175（kW）≈14.5，放电倍率要超过14C。一般高容量的能量型（E）电芯最大放电倍率在3-6C左右，放电的倍率性能不太好，所以本系统电芯需采用中高功率的M或者P型的电芯进行选型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]动力电池管理系统核心控制策略开发[J]. 白国军. 汽车零部件. 2019(10)
[2]混合动力汽车电池管理系统研究[J]. 樊成,徐强,王磊,孙涛. 湖北农机化. 2019(04)
[3]锂离子电池安全预警防护系统设计与验证[J]. 高飞,杨凯,王康康,王松岑,庄明照. 电子设计工程. 2019(01)
[4]HEV车用动力电池管理系统SOC估算策略研究[J]. 白国军,李军,纪红刚. 汽车零部件. 2018(08)
[5]基于多种模型的扩展卡尔曼滤波算法的SOC估算[J]. 贾亮,王真真,孙延鹏,孙伟. 电源技术. 2018(04)
[6]电动汽车主从分布式电池管理系统设计[J]. 张传伟,李林阳. 汽车技术. 2017(05)
[7]磷酸铁锂动力电池组的主动均衡电路设计与控制策略[J]. 赵娜,王艳,殷天明,赵立勇. 电子设计工程. 2017(08)
[8]电池管理系统研究概述[J]. 薛行贵,谢跃辉,蔡华杰. 中国新通信. 2016(07)
[9]电池管理系统的研究现状[J]. 罗诗韵,汪洋. 企业技术开发. 2015(27)
[10]基于CAN总线实时令牌网的设计[J]. 赵城,张凯. 微型机与应用. 2013(09)
博士论文
[1]锂离子电池组管理系统研究[D]. 蒋新华.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2007
硕士论文
[1]基于CAN总线的电动汽车电池远程监测系统的研究[D]. 牛荟宇.中北大学 2019
[2]混合动力机车电池管理系统及其冗余设计[D]. 徐世达.北京交通大学 2019
[3]基于驾驶意图识别的HEV动力电池寿命在线管理研究[D]. 刘白隽.合肥工业大学 2019
[4]电池管理系统硬件在环仿真测试[D]. 胡泽军.重庆理工大学 2019
[5]基于自动代码生成的电池管理系统平台研究[D]. 龚诗雨.华南理工大学 2017
[6]考虑能量管理的混合动力列车运行优化策略研究[D]. 杜昕.西南交通大学 2017
[7]基于功能安全的BMS设计方法及其可靠性的研究[D]. 印凯.上海交通大学 2017
[8]电动汽车分布式电池管理系统设计[D]. 任圆.哈尔滨工业大学 2016
[9]超级电容与蓄电池混合储能系统的能量管理与控制研究[D]. 王宇.哈尔滨工业大学 2016
[10]锂离子电池管理系统的设计与实现[D]. 杨帆.浙江大学 2015
本文编号：3546343
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