电动汽车锂电池组能量均衡策略的研究

发布时间：2017-09-19 00:46

  本文关键词：电动汽车锂电池组能量均衡策略的研究

  更多相关文章： 主动均衡 SOC 扩展卡尔曼滤波 双向反激式 LTC3300

【摘要】：磷酸铁锂电池组作为电动汽车的动力来源,由于生产工艺及外界环境的影响,电池组中单体电池存在不一致性问题,导致电池组可用容量降低,续航里程及电池组使用寿命减少。电池组均衡技术已经成为了电动汽车发展的关键问题。电池管理研究是研究领域的热点,包括电池组监测、估算SOC(电池荷电状态)、均衡策略等。电池SOC的一致性能够最有效提高电池一致性,SOC估计的准确性制约均衡策略的研究进展。目前被动均衡策略已经较为成熟,主动均衡策略仍存在较多不足。针对电动汽车均衡策略目前存在的问题,基于扩展式卡尔曼滤波算法与LTC3300双向反激式变压均衡电路,实现电池组主动均衡系统,开展了如下工作:1.研究锂离子电池的电气特性,分析电池组不一致性原因。本文根据锂离子电池的制造、使用和存放三种情况详细研究其不一致性出现的原因和阶段。然后选取试验对象进行试验并记录数据,根据数据分析电池内部的不一致性在电池外部的体现形式,给下文均衡判据的选择给予参考。2.研究并分析现有的几种SOC估算方法和均衡策略的优缺点,设计SOC估计算法和锂离子电池均衡电路。本文选取双向反激式变压器均衡电路作为电路设计的主导方向;确定开路电压和SOC当作均衡判据,用单体电池SOC与平均SOC之间的差值进行衡量电池的一致性好坏;设计基于扩展式卡尔曼滤波算法的SOC估计算法以及在不同状态下的均衡策略,并进行仿真验证。3.电池均衡系统的硬件电路和软件设计。从电动汽车的实际情况出发给出整体方案,然后进行电路细节设计最后完成整体电路焊接与上位机软件编写。4.对设计完成的均衡系统与上位软件进行试验,观察均衡效果。最后,对本文所设计的电动汽车均衡策略进行测试,结果表明,使用本文设计均衡策略的锂电池组在电池容量、续航能力、电池寿命方面均有较大的提高,均衡效果符合设计要求,具有一定的实用价值。
【关键词】：主动均衡 SOC 扩展卡尔曼滤波 双向反激式 LTC3300
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 课题来源8-9
• 1.2 均衡技术国内外发展现状9-10
• 1.3 本设计完成的主要工作10-11
• 第二章 锂离子电池组不一致性研究11-25
• 2.1 锂离子电池不一致性出现原因11-17
• 2.1.1 生产过程中产生的不一致性11-13
• 2.1.2 使用方式产生的不一致性13-15
• 2.1.3 存放过程中造成的不一致性15-16
• 2.1.4 锂离子电池不一致性的弥补办法16-17
• 2.2 电池组中单体电池性能不一致性的体现方式17-22
• 2.2.1 开路电压的不一致性17-18
• 2.2.2 工作电压的不一致性18-21
• 2.2.3 SOC的不一致性21-22
• 2.3 电池不一致性评价依据22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 锂离子电池SOC估计和均衡方法的研究25-37
• 3.1 锂离子电池模型的建立及参数辨识25-30
• 3.1.1 影响模型建立的因素25-27
• 3.1.2 锂离子电池模型建立27-28
• 3.1.3 等效电路模型参数辨识28-30
• 3.2 基于EKF的锂离子电池SOC估计及仿真30-34
• 3.2.1 基于EKF的SOC估计算法原理30-32
• 3.2.2 基于EKF的SOC估计算法仿真32-34
• 3.3 均衡电路结构选取34-35
• 3.4 均衡方法研究35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 锂离子电池组均衡系统的软硬件实现37-55
• 4.1 整体设计37-38
• 4.2 硬件电路设计38-47
• 4.2.1 控制芯片选择38-39
• 4.2.2 供电电路设计39
• 4.2.3 电压采集电路39-44
• 4.2.4 温度采集电路44-45
• 4.2.5 电流采集电路45
• 4.2.6 主动均衡电路45-46
• 4.2.7 参数存储电路46
• 4.2.8 通信电路46-47
• 4.3 程序设计47-54
• 4.3.1 下位机程序流程图47-48
• 4.3.2 上位机调试程序编写48-50
• 4.3.3 基于CAN的通信协议设计50-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 锂离子电池组均衡系统试验55-58
• 5.1 放置状态均衡试验55
• 5.2 充电状态均衡试验55-56
• 5.3 放电状态均衡试验56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 总结与展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 作者简介64
• 攻读硕士学位期间研究成果64

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本文编号：878540