【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高,燃油汽車(chē)的普及在提高便捷性的同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染、能源匱乏等問(wèn)題,為了緩解這一危機(jī),各國(guó)政府紛紛布局電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展戰(zhàn)略。電池儲(chǔ)能裝置是電動(dòng)車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的核心部分,其運(yùn)行效率與壽命直接決定了用戶(hù)體驗(yàn)與電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程。大中型電動(dòng)車(chē)具有運(yùn)行工況復(fù)雜、輸出功率高的特點(diǎn),易造成電池電量不一致并加速老化,對(duì)電池管理系統(tǒng)(BMS,Battery Management System)的均衡效率提出了更高要求,需要針對(duì)性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)BMS來(lái)充分發(fā)揮鋰電池系統(tǒng)的性能。本文依托東風(fēng)猛士電動(dòng)車(chē)項(xiàng)目,以開(kāi)發(fā)面向大中型電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)為目標(biāo)開(kāi)展工作。首先對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行需求分析與方案設(shè)計(jì)。然后,針對(duì)大中型電動(dòng)車(chē)工況復(fù)雜、電池輸出功率大、均衡要求高的特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有BMS管理系統(tǒng)的不足進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)并在主動(dòng)均衡的基礎(chǔ)上提出均衡優(yōu)化算法來(lái)提高均衡效率。最后設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證系統(tǒng)的各項(xiàng)性能滿(mǎn)足指標(biāo)要求。具體工作內(nèi)容如下,本文將電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分布式二級(jí)管理結(jié)構(gòu),一級(jí)為本地控制單元,其中電源模塊保證各芯片正常工作,采樣模塊獲取電池信息,控制器模塊處理數(shù)據(jù)并控制能量平衡,CAN通信模塊上傳數(shù)據(jù)。二級(jí)為中央控制單元,負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)的匯集。另外,設(shè)計(jì)了安培-時(shí)間積分法和開(kāi)路電壓法的聯(lián)合估計(jì)以提高荷電狀態(tài)(SOC,State of Charge)的測(cè)量精度。電池動(dòng)態(tài)下使用安培-時(shí)間積分法來(lái)實(shí)時(shí)估計(jì)SOC值,靜態(tài)下使用開(kāi)路電壓法消除累積誤差。在SOC精準(zhǔn)估計(jì)的基礎(chǔ)上應(yīng)用粒子群算法作為均衡策略,具有效率高、均衡速度快的優(yōu)點(diǎn)。最后,對(duì)實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并將其與理論值比較,計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)的精度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的BMS系統(tǒng)均衡12節(jié)126 Ah且SOC相差在2%左右的電池,達(dá)到一致性?xún)H需2800秒,精度達(dá)到0.1%,相較于傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)變壓器法,速度提高約50%。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72;TM912
【圖文】：

圖 2-3 開(kāi)關(guān)電阻法能量非耗散型意味著多余的能量并非通過(guò)消耗的形式來(lái)達(dá)到均衡，而是通過(guò)具的均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將多余的能量以直接或間接的方式轉(zhuǎn)移給其他需要的電池，經(jīng)過(guò)量轉(zhuǎn)移，各個(gè)電池的能量達(dá)到允許誤差范圍內(nèi)的一致性水平。這樣既保證了電池能的高利用率，又保證了電池 SOC 的一致性，這必然成為市場(chǎng)的主流。在能量非耗型中再次根據(jù)能量的流動(dòng)方向進(jìn)行二次分類(lèi)。將分類(lèi)情況畫(huà)成了如圖 2-4 的形式，面將著重介紹每個(gè)類(lèi)別中最為典型的方法。能量非耗散電池到到電池：開(kāi)關(guān)電容法、Cuk變換器法、PWM轉(zhuǎn)換器法、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器法電池到電池組：Boost轉(zhuǎn)換器法、多變壓器法、多次級(jí)繞組變壓器法、開(kāi)關(guān)變壓器法電池組到電池：全橋變換器法、多變壓器法、多次級(jí)繞組變壓器法、開(kāi)關(guān)變壓器法

圖 2-5 開(kāi)關(guān)電容法電容法是能量從電池轉(zhuǎn)移到電池類(lèi)型中最為典型的電路方案，根知，當(dāng)沒(méi)有儲(chǔ)能的電容與電壓較高的電池串聯(lián)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電會(huì)向電容的負(fù)極板移動(dòng)，直至兩端電壓與電池兩端電壓一致，可見(jiàn)了能量的暫存作用。電容釋放能量的過(guò)程與之同理，當(dāng)儲(chǔ)能后的電池串聯(lián)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)，電子會(huì)從電容的負(fù)極板向電池的負(fù)極移動(dòng)與電池兩端電壓一致。圖 2-5 中為多對(duì)一型開(kāi)關(guān)電容法，即多個(gè)單容。該均衡方法的工作流程大致如下：本地控制單元 BCU 首先判量最少的目標(biāo)單體電池，然后接通剩余電量最多的電池旁路相對(duì)最多的電池放電給電容，電容將電量暫存，然后斷開(kāi)其旁路開(kāi)關(guān)少的目標(biāo)電池。暫存的電量釋放給剩余電量最低的目標(biāo)單體電池，完成電池能量的均衡過(guò)程。與之相似的還有一對(duì)一式的開(kāi)關(guān)電

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制流程大致為：控制器先選出剩余電量最低的單體電池，然后控制開(kāi)關(guān)接入變壓器，從而與整個(gè)電池組進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移。通過(guò)不斷的讓電池組給剩余最低的電池充電的方式來(lái)達(dá)到電量一致性。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與能量從電池轉(zhuǎn)移到組類(lèi)型的結(jié)構(gòu)相似，其控制流程為：控制器選選出剩余電量最高的單體電池，然制旁路開(kāi)關(guān)接入變壓器，通過(guò)變壓器升壓，給整個(gè)電池組充電。通過(guò)不斷尋找剩量最高的電池給電池組充電的方式來(lái)達(dá)到電量一致性。這兩種結(jié)構(gòu)因?yàn)榭蓴U(kuò)展而備受市場(chǎng)青睞，但是這種結(jié)構(gòu)的均衡成本較高，周?chē)尿?qū)動(dòng)電路較多，控制策為復(fù)雜[22]。

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本文編號(hào)：2779712