純電動(dòng)汽車鋰離子電池組均衡策略研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

【摘要】：作為純電動(dòng)汽車能量載體的鋰離子電池組由大量單體電池串聯(lián)組成，由于不一致性問題的存在，電池組的使用性能取決于同組電池中性能較差的單體，其余單體性能得不到充分發(fā)揮，影響電池組的容量利用率，不一致性還會(huì)導(dǎo)致電池組循環(huán)壽命遠(yuǎn)低于單體電池，從而影響純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和使用成本，不利于電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用。目前來說，利用均衡控制技術(shù)建立鋰離子電池組均衡系統(tǒng)是改善電池組不一致性的有效方法。 電池組均衡管理模塊是電池管理系統(tǒng)的重要功能模塊之一，在純電動(dòng)汽車使用過程中根據(jù)電池組狀態(tài)信息對(duì)電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)均衡管理可以避免不一致性的擴(kuò)大，提高電池組容量利用率，并能在一定程度上減緩電池組老化速度。 目前國內(nèi)外對(duì)電池組均衡技術(shù)的研究主要集中在均衡策略研究和均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究?jī)蓚€(gè)方面。選擇合適的均衡變量是制定合理均衡控制策略的前提，電壓和荷電狀態(tài)（State Of Charge, SOC）是目前常用的均衡變量，后者存在的估算精度低的問題制約了其應(yīng)用。均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從總體上可分為耗散型和非耗散型，非耗散型均衡電路是目前研究的熱點(diǎn)，目前已提出的方案包括電容型、變換器型、隔離式變壓器型等多種構(gòu)型，但完全適合純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組特點(diǎn)的完美構(gòu)型還沒有出現(xiàn)。 本文針對(duì)鋰離子電池組不一致性問題展開研究并在此基礎(chǔ)上搭建了一套均衡系統(tǒng)，主要開展的工作如下： 1.首先對(duì)鋰離子電池組不一致性產(chǎn)生的原因和解決方法進(jìn)行了分析，指出均衡系統(tǒng)對(duì)在使用過程中降低電池組不一致性的重要意義。分別從開路電壓、工作電壓、SOC三個(gè)方面分析了電池組不一致性的具體表現(xiàn)，指出開路電壓和工作電壓能夠在某一階段反映電池組的不一致性，考慮到SOC估算精度較低，選取開路電壓和工作電壓作為系統(tǒng)均衡變量； 2.對(duì)常見均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，選取基于Buck-Boost電路的能量非耗散型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為所開發(fā)均衡系統(tǒng)的基本均衡電路結(jié)構(gòu)。綜合考慮了描述系統(tǒng)波動(dòng)情況的常用統(tǒng)計(jì)學(xué)概念，選取電壓極差作為系統(tǒng)不一致性狀態(tài)識(shí)別的指標(biāo)，并針對(duì)電池組可能的工作階段提出了相等均衡、均值均衡、頂部均衡和底部均衡四種控制策略，仿真結(jié)果證明了策略的有效性； 3.選用主從式方案作為均衡系統(tǒng)的總體架構(gòu)，之后分別從硬件和軟件兩個(gè)方面對(duì)均衡系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并制定了基于MOSBUS的標(biāo)定協(xié)議； 4.通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)能夠較好的改善電池組不一致性，提高電池組容量利用率。 【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池組 不一致性 均衡 Buck-Boost
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題來源及研究意義11-12
• 1.2 純電動(dòng)汽車鋰離子電池應(yīng)用及均衡技術(shù)研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 車用動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 純電動(dòng)汽車鋰離子電池應(yīng)用現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 均衡技術(shù)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 鋰離子電池組不一致性分析21-39
• 2.1 鋰離子電池組不一致性的產(chǎn)生原因21-27
• 2.1.1 生產(chǎn)過程導(dǎo)致的不一致性21-23
• 2.1.2 使用過程導(dǎo)致的不一致性23-25
• 2.1.3 儲(chǔ)存過程導(dǎo)致的不一致性25-26
• 2.1.4 鋰離子電池組不一致性問題的解決方法26-27
• 2.2 鋰離子電池組不一致性的表現(xiàn)形式27-34
• 2.2.1 開路電壓的不一致性28-30
• 2.2.2 工作電壓的不一致性30-33
• 2.2.3 SOC 的不一致性33-34
• 2.3 均衡變量確定34-36
• 2.4 本章小結(jié)36-39
• 第3章 純電動(dòng)汽車鋰離子電池組均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-63
• 3.1 均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型39-44
• 3.1.1 常見均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析39-41
• 3.1.2 本文所選均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)41-44
• 3.2 均衡策略制定44-56
• 3.2.1 不一致性狀態(tài)評(píng)價(jià)44-47
• 3.2.2 控制信號(hào)參數(shù)確定47-52
• 3.2.3 均衡控制策略52-56
• 3.3 均衡策略仿真驗(yàn)證56-62
• 3.3.1 擱置階段均衡策略仿真58-60
• 3.3.2 充電階段均衡策略仿真60-61
• 3.3.3 放電階段均衡策略仿真61-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 第4章 純電動(dòng)汽車鋰離子電池組均衡系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)63-83
• 4.1 總體設(shè)計(jì)63-65
• 4.1.1 系統(tǒng)總體方案63-64
• 4.1.2 功能定義和設(shè)計(jì)指標(biāo)64-65
• 4.2 硬件設(shè)計(jì)65-73
• 4.2.1 主控芯片選型65-66
• 4.2.2 供電電路66
• 4.2.3 電壓采集電路66-68
• 4.2.4 電流采集電路68-69
• 4.2.5 均衡電路69-70
• 4.2.6 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路70-72
• 4.2.7 通信電路72-73
• 4.3 軟件設(shè)計(jì)73-81
• 4.3.1 下位機(jī)軟件流程圖73-77
• 4.3.2 上位機(jī)調(diào)試軟件開發(fā)77-78
• 4.3.3 基于 MODBUS 的標(biāo)定協(xié)議制定78-81
• 4.4 本章小結(jié)81-83
• 第5章 純電動(dòng)汽車鋰離子電池組均衡系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)83-91
• 5.1 均衡系統(tǒng)調(diào)試與標(biāo)定83-85
• 5.1.1 系統(tǒng)調(diào)試83-85
• 5.1.2 系統(tǒng)標(biāo)定85
• 5.2 臺(tái)架試驗(yàn)85-90
• 5.2.1 擱置階段均衡試驗(yàn)85-86
• 5.2.2 充電階段均衡試驗(yàn)86-88
• 5.2.3 放電階段均衡試驗(yàn)88-90
• 5.3 本章小結(jié)90-91
• 第6章 全文總結(jié)與展望91-93
• 6.1 論文總結(jié)91
• 6.2 工作展望91-93
• 參考文獻(xiàn)93-97
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果97-98
• 致謝98

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