纯电动汽车锂动力电池组双向均衡控制策略研究及系统开发

【摘要】：由于电池单体间不一致性的存在，当单体锂动力电池经过串并联应用于纯电动汽车后，性能较差的电池较早的达到充放电截止电压造成电池组的容量利用率下降，降低纯电动汽车续驶里程，增加纯电动汽车使用成本，不利于纯电动汽车的使用与推广。本文所研究的均衡技术通过实时监测电池组在使用过程中的状态信息来对电池组进行均衡管理，能改善电池组使用过程中的不一致性产生的影响，提高电池组的容量利用率，减缓电池老化速度，延长电池组的使用寿命，增加电动汽车续驶里程。 本文以对锂动力电池组不一致性的机理分析为基础，设计均衡系统，并完成系统软硬件设计，最后进行试验验证。研究内容如下： 1.从生产制造过程、使用过程、储存过程三个方面对锂动力电池组的不一致产生和恶化的原因进行机理分析，总结目前应用于改善电池组不一致性的解决方法；阐述均衡技术对于缓解电池在使用过程中不一致性的恶化，有效提高电池组使用寿命的重要意义。通过对锂动力电池进行相关试验，分析不同电池特性参数（电压、内阻、SOC）对于电池组不一致性问题的表现形式，选取开路电压作为搁置阶段的均衡变量，工作电压作为电池组充放电阶段的均衡变量。 2.对常见均衡电路拓扑结构的优缺点进行对比分析，选取基于反激式变压器的能量非耗散型均衡拓扑结构。并对反激式变压器的基本参数进行计算，搭建均衡仿真电路，选取电路控制参数。 3.选取电压极差作为均衡进入与退出的判断依据，根据相关电池试验和电路要求，确定相应的控制阀值；针对电池组不同的工作阶段提出充电均衡、放电均衡和搁置均衡三种控制策略，利用均衡系统模型对均衡控制策略进行仿真验证。 4.以“主-从”分布式结构作为均衡系统的总体架构，完成电源模块、电压采集模块、电流采集模块、均衡模块以及通信模块的硬件电路设计，然后完成系统的软件设计。 5.完成系统调试，获得均衡电路在顶部均衡和底部均衡时的实际调试结果，与仿真结果进行了对比分析，然后通过搁置阶段和充放电阶段的台架试验验证均衡系统在电池组不同工作阶段对于改善电池组不一致性的控制效果。 【关键词】：锂动力电池 电池不一致性 双向均衡 反激式变压器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题来源及研究意义11-12
• 1.2 车用动力电池发展及应用现状12-13
• 1.3 均衡技术研究现状13-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 第2章 锂动力电池组不一致性分析19-35
• 2.1 锂动力电池组不一致性产生机理19-25
• 2.1.1 生产过程中产生的不一致性19-21
• 2.1.2 使用过程中产生的不一致性21-22
• 2.1.3 储存过程中产生的不一致性22-23
• 2.1.4 锂动力电池组不一致性改善方法23-25
• 2.2 锂动力电池组不一致性表现形式25-31
• 2.2.1 开路电压的不一致性25-27
• 2.2.2 工作电压的不一致性27-30
• 2.2.3 SOC 的不一致性30-31
• 2.3 均衡变量选取31-32
• 2.4 本章小结32-35
• 第3章 均衡系统设计与仿真分析35-57
• 3.1 均衡电路拓扑结构选型35-36
• 3.2 均衡电路设计36-43
• 3.2.1 反激式变压器工作原理与模式选择36-38
• 3.2.2 反激式变压器相关参数设计38-40
• 3.2.3 均衡电路仿真40-43
• 3.3 均衡策略制定43-46
• 3.3.1 不一致性状态评价43-44
• 3.3.2 均衡阀值确定44-45
• 3.3.3 均衡控制策略制定45-46
• 3.4 均衡控制策略仿真46-55
• 3.4.1 电池模型47-48
• 3.4.2 控制策略仿真48-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 均衡管理系统软硬件开发57-71
• 4.1 均衡系统总体设计57-58
• 4.1.1 系统总体结构57-58
• 4.1.2 系统功能定义和主要技术参数58
• 4.2 硬件设计58-67
• 4.2.1 主控芯片选取58-59
• 4.2.2 供电模块59-60
• 4.2.3 电压采集模块60-62
• 4.2.4 电流采集模块62-63
• 4.2.5 均衡模块63-65
• 4.2.6 系统通信功能模块65-67
• 4.3 软件设计67-70
• 4.3.1 均衡系统软件设计67-69
• 4.3.2 上位机监控软件开发69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 均衡系统调试与台架试验71-79
• 5.1 均衡系统调试71-72
• 5.2 台架试验72-77
• 5.2.1 搁置阶段均衡台架试验73-74
• 5.2.2 充放电阶段均衡台架试验74-77
• 5.3 本章小结77-79
• 第6章 全文总结与展望79-81
• 6.1 论文总结79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-86
• 致谢86

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