电动汽车动力电池分阶段主动均衡控制研究

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动力电池是纯电动汽车的动力输出中心,其发展状况直接影响电动汽车行业发展情况。由于电动汽车在使用过程中要求电池具有大的电流输出,有时电动汽车频繁加减速也会引起电压与电流的急剧变化。目前电池单体无法满足电动汽车整车需求的输出标准,这就要求电动汽车动力电池必须由几十块甚至上百块电池单体组成。由于目前电池生产技术的原因,使得电池单体参数存在不一致的问题,同时动力电池在使用过程中还会出现过度充放电等问题,进一步加深电池不一致程度,造成动力电池内部结构损坏,缩短电池使用寿命,增加电池使用成本。为了缩小电池使用过程中造成的问题,需要对电池工作过程进行人为的控制,这就促使均衡控制技术的产生。均衡控制技术在一定程度上能够防止电池过度充放电问题产生,确保电池单体性能处于一致状态,有利于提高电池使用寿命。  目前国内外常见均衡技术表现在均衡策略和均衡电路两个方面。均衡控制策略的核心问题是:通过找到一个合适的均衡变量实现电池系统均衡,达到所选均衡变量相一致,完成电池组的均衡控制;均衡电路主要分为能量耗散型和非耗散型,其中能量非耗散型是目前研究的热点,主要集中在电容型和变压器型等结构上。  本论文通过对锂离子电池SOC估算算法设计和均衡控制设计,完成动力锂离子电池的分阶段主动均衡控制研究。具体工作如下:  (1)分析常见动力电池性能特性以及所选锂离子电池反应形式,同时介绍了目前常见电池模型的优缺点,确定动力锂离子电池模型选型。由此进一步分析了电池成组过程中可靠性,并对本文提出的连接方式进行了可靠性验证。  (2)分析了电池SOC估算的一些常见影响因素和SOC估算算法,提出基于安时积分法和扩展卡尔曼算法的修正算法,建立动力锂离子电池仿真模型,针对改进的修正算法分别进行了纯充电阶段、放电阶段以及混合阶段电池SOC估算仿真。通过对修正算法仿真结果和传统算法仿真结果对比,本文提出的修正算法估算误差能够保持在1.2%~3.2%之间,整体估算误差较小,满足精度要求。  (3)分析目前均衡变量和现有均衡方法的优缺点,确定本论文的均衡变量,提出限流均衡和混合均衡控制策略。建立动力锂离子均衡控制仿真模型,并对提出的均衡策略分别进行纯放电工况和复杂工况仿真实验,通过结果对比分析,本论文均衡策略可以很好的完成电池均衡控制。  (4)进行均衡控制主控电路板、均衡控制板以及电池的各参数采集模块的设计,同时完成了相应均衡控制软件设计。  (5)对已完成的电路板和系统软件进行实验电路板实体制作,在完成实体电路板搭建后通过dSPACE进行硬件在环仿真实验,进行恒流充电、恒流放电、变电流放电均衡控制实验。通过结果分析,验证了本文提出的均衡系统的可行性。
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