混合动力汽车NiMH蓄电池能量管理系统研究

【摘要】： 迫于环境污染和石油资源短缺的压力，为实施可持续发展战略，混合动力汽车已成为21世纪汽车工业的发展方向。国内外专家的共识是：混合动力电动汽车不只是电动汽车的一个过渡阶段，而是汽车工业即将面临的一场新的革命。由于混合动力电动汽车的行驶工况十分复杂，对蓄电池的寿命影响很大，而镍氢蓄电池的使用寿命有限。因此，对混合动力电动汽车的动力电池组进行能量管理，是十分必要的。但是电池能量管理系统成本昂贵，电路复杂，而且电池在充放电过程中的化学变化也很复杂，要精确计算和预测电池的荷电状态和剩余能量及寿命是很困难的，到目前为止，这一技术仍在研究发展中。 本文在蓄电池试验的基础上，分析和研究Ni-MH蓄电池充放电特性及其影响因素，建立了电池内阻、电动势模型，提出了安时—能量守恒—开路电压算法（Ah—COE—OCU法）预测蓄电池的剩余能量和荷电状态计算方法，并进行温度、循环使用寿命、自放电等补偿，从而建立了蓄电池的充放电模型。 根据国外各种形式混合动力汽车蓄电池的应用分析，选择了蓄电池的比功率和容量；并进行发动机实验，利用样条插值方法构造了发动机的转矩模型，根据混合动力的控制策略，结合长安羚羊混合动力汽车进行仿真计算，以确定混合动力汽车蓄电池电压。 在蓄电池充放电试验研究、理论分析和参数选择的基础上，进行放电模型的验证，得到了与实际相符的结果；同时，对蓄电池快速充电方法进行比较，应用脉冲分阶段恒流快速充电方法进行蓄电池快速充电控制仿真计算，得到了满意的结果。 进行了混合动力汽车Ni-MH电池管理系统的研究和设计。该系统不仅能够准确监测电池组中各单块电池的工作性能如充放电电流、电压、温度等，具有早期故障诊断和报警功能，防止电池的过充电和过放电，而且能够提供直观的电池组剩余能量值和荷电状态。 【关键词】：电池能量管理系统 荷电状态 Ni-MH蓄电池 混合动力汽车
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：U463.633
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-11
• 1 绪论11-22
• 1．1 动力蓄电池发展现状11-13
• 1．2 蓄电池荷电状态（SOC）的研究现状13-16
• 1．2．1 安时法—内阻法13-14
• 1．2．2 改进的负载电压法14-15
• 1．2．3 四阶蓄电池动力模型15-16
• 1．3 电池快速充电的研究现状16-17
• 1．4 混合动力电动汽车电池管理系统及国内外研究的发展17-20
• 1．4．1 混合动力电动汽车电池管理系统的研究状况17-18
• 1．4．2 混合动力电动汽车电池能量管理系统的功能18-19
• 1．4．3 混合动力电池管理系统的结构简图和性能要求19-20
• 1．5 论文研究的主要内容20-22
• 2 镍氢蓄电池荷电状态监测方法及方案选择22-40
• 2．1 镍氢电池的基本工作原理22
• 2．2 镍氢蓄电池的基本电特性22-25
• 2．2．1 蓄电池的电动势和开路电压22-23
• 2．2．2 蓄电池的容量与比容量23-24
• 2．2．3 蓄电池的能量与比能量24
• 2．2．4 镍氢蓄电池荷电状态和放电深度24-25
• 2．3 影响镍氢蓄电池荷电状态的主要因素25-30
• 2．3．1 镍氢蓄电池的放电电流26-27
• 2．3．2 镍氢蓄电池的放电终止电压27
• 2．3．3 镍氢蓄电池电解液温度27-28
• 2．3．4 镍氢蓄电池气体压力28
• 2．3．5 镍氢蓄电池的循环寿命28-29
• 2．3．6 镍氢蓄电池自放电特性29
• 2．3．7 镍氢蓄电池的恢复效应29
• 2．3．8 镍氢蓄电池组的不均衡性29-30
• 2．4 蓄电池荷电状态监测方法30-38
• 2．4．1 蓄电池模型的建立30
• 2．4．2 蓄电池荷电状态的新算法30-31
• 2．4．3 蓄电池的总能量W_{htotal}的预测31-32
• 2．4．4 蓄电池内阻的理论公式推导32-33
• 2．4．5 蓄电池的电动势E和内阻R的预测33-35
• 2．4．6 温度补偿35-36
• 2．4．7 自放电的补偿36
• 2．4．8 循环使用寿命的补偿36-37
• 2．4．9 蓄电池荷电状态SOC和剩余能量的综合计算方法37-38
• 2．5 蓄电池充放电模型38-39
• 2．6 本章小结39-40
• 3 Ni-MH蓄电池参数选择40-49
• 3．1 ISG混合动力轿车的结构40-41
• 3．2 镍氢蓄电池容量和比功率的确定41-43
• 3．3 镍氢蓄电池电压的确定43-48
• 3．4 本章小结48-49
• 4 混合动力汽车蓄电池充放电仿真49-60
• 4．1 蓄电池放电仿真模型的建立49-53
• 4．1．1 仿真模型概述49
• 4．1．2 模块间传递数据的确定49-50
• 4．1．3 蓄电池状态（SOC）的计算50-51
• 4．1．4 长安羚羊混合动力蓄电池动态仿真51-53
• 4．2 蓄电池快速充电仿真模型的建立53-58
• 4．2．1 蓄电池快速充电方式选择54-56
• 4．2．2 蓄电池快速充电控制仿真56-58
• 4．3 本章小结58-60
• 5 蓄电池能量管理系统的方案设计60-68
• 5．1 系统的总体设计60-61
• 5．1．1 本系统应实现的功能60
• 5．1．2 系统的性能要求60
• 5．1．3 系统的总体设计60-61
• 5．2 系统硬件设计61-64
• 5．2．1 数据采集模块61-63
• 5．2．1．1 电压采样单元62
• 5．2．1．2 电流采样单元62-63
• 5．2．1．3 温度采样单元63
• 5．2．2 数据处理模块63-64
• 5．2．3 硬件设计中的抗干扰技术64
• 5．2．4 数据存储模块64
• 5．2．5 显示与控制模块64
• 5．2．6 标准接口64
• 5．3 系统软件设计64-66
• 5．3．1 各软件功能介绍65-66
• 5．4 实验台总体设计66
• 5．5 本章小节66-68
• 6 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附：73-74
• 1．作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录73-74
• 2．作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及得奖情况74

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