基于電池能源的動力汽車正逐步走進我們的生活,動力電池的充電技術成為電動汽車推廣的瓶頸之一,行之有效的動力電池充電管理策略可以提高充電的效率,保護電池和充電設施的安全。目前傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)存在充電方式單一,充電策略固定以及電池端和充電機通訊不暢等問題,本文在對充電管理策略研究的基礎上,設計了一套基于電池狀態(tài)的自適應充電管理系統(tǒng),由電池端充電管理子系統(tǒng)和充電機端管理子系統(tǒng)組成。在電池端充電管理子系統(tǒng)中,微控制器通過前端采樣電路實時采集電池的參數(shù),實現(xiàn)對電池狀態(tài)分析,充電策略調整,電池故障在線診斷等功能;同時基于標準的充電協(xié)議實現(xiàn)與充電機的通訊,實時傳輸充電參數(shù),以供充電機調整輸出的電能。充電機端管理子系統(tǒng)實時監(jiān)測充電機的輸出,同時解析電池端傳送過來的充電參數(shù)并及時答復,配合電池端充電管理子系統(tǒng)完成充電管理工作。在充電管理算法的研究上,本文首先基于一階RC電路模型對動力電池進行建模,并通過HPPC測試確定模型的參數(shù)。選擇折中安時積分和開路電壓法的方式來估算剩余電量(SoC),以及結合擴展卡爾曼濾波和增強的庫倫計數(shù)法實現(xiàn)健康程度(SoH)的在線估算和定期校正。其次,根據(jù)建立的電池模型,在Simulink環(huán)境中基于三段式充電策略模擬仿真電池的充電過程。仿真結果表明,升高充電電流對于充電總時長和充電效率的收益并非全局線性提升的,而無法被接受的能量會轉換成熱能造成電池溫度的升高,影響電池的壽命和充電的安全。根據(jù)該結果,本文設計了一種基于電池狀態(tài)的在線充電電流優(yōu)化策略,該策略通過充電前的待充入容量、SoH和環(huán)境溫度來確定起始充電電流和電流最佳優(yōu)化邊界,采用模糊自適應控制算法(FAC)在恒流階段內基于電池溫度變化率對充電電流進行實時的調整和局部的尋優(yōu)。最后,本文對診斷電池充電安全故障常用的帶有延遲時間的閾值比較法進行了改進,使故障閾值和檢測延遲的時間能根據(jù)電池狀態(tài)進行自適應調整。系統(tǒng)通過實際充電測試,相比于傳統(tǒng)充電策略,采用了優(yōu)化策略控制下的充電過程,電池溫度能保持平穩(wěn),充電總時長和充電效率總收益得到提升。同時系統(tǒng)也能及時診斷并響應電池故障,保護電池的充電安全�？傮w性能測試結果表明,本系統(tǒng)實現(xiàn)了預期功能,并在汽車動力電池充電管理技術問題上提供了一定的解決思路,對當前電動汽車的推廣應用具有一定的意義。
【學位單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

邐公式（１－１）逡逑式中／。是蓄電池起始的最大充電電流值，ａ為表征電流衰減速度的指數(shù)。并可通過公逡逑式（１－１）繪制出以最低析氣率為前提的蓄電池最佳充電曲線［８，＼如圖１－１所示。逡逑充電時間／逡逑圖１－１馬斯提出的以最低析氣率為前提的蓄電池最佳充電曲線逡逑馬斯的充電定律為蓄電池快速充電策略奠定了理論基礎，直到四十多年后的今天，基逡逑于蓄電池的快速充電方法的研宄主要還是在該定律的基礎上進行擴展和延伸。同時，也有逡逑不少學者和研宄團隊對馬斯充電定律本身進行了更加深入的實驗和研宄，如湖南工業(yè)大逡逑學的李蓓副教授團隊就針對初始充電電流々和電流衰減指數(shù)ａ之間的關系進行了深入分逡逑析，并得出結論：在電池待充入容量確定的情況下，存在一個最佳的初始充電電流值與之逡逑相匹配。而當初始充電電流和待充入容量符合這種“最佳配比關系”時，可得到最大的電流逡逑衰減指數(shù)，即在理論上讓充電的速度達到最快［１（）］。逡逑２逡逑

設定了充電電流和電壓的安全閾值，并沒有對具體充電參數(shù)進行優(yōu)化。逡逑１．３研究目的和意義逡逑如圖１－２所示，電動汽車的充電系統(tǒng)包括動力電池及其管理系統(tǒng)ＢＭＳ和充電機三大逡逑模塊，其中ＢＭＳ主要負責對動力電池的狀態(tài)和行為進行管理，而充電機同理也有相應的逡逑嵌入式管理單元。本課題在對電動汽車充電過程研宄的基礎上，設計了一套應用于電動汽逡逑車的電池充電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括ＢＭＳ中的電池狀態(tài)管理單元和充電管理單元以逡逑及充電機中的充電管理單元。傳統(tǒng)的ＢＭＳ和充電機的嵌入式管理系統(tǒng)大多是作為一個單逡逑獨的模塊進行設計和開發(fā)，均更加側重自身狀態(tài)的監(jiān)測和分析，而弱化了對充電的管理，逡逑存在充電過程單一，充電策略固定以及電池端和充電機溝通不默契等問題。本文通過將逡逑ＢＭＳ中的充電管理部分和充電機方面的充電管理部分聯(lián)立合并為同一系統(tǒng)來研宄，旨在逡逑使充電系統(tǒng)能夠根據(jù)動力電池的狀態(tài)制定和實時調整相應的充電策略，進而高效安全地逡逑完成電池的充電過程。逡逑４逡逑

逑２．２系統(tǒng)整體方案設計逡逑系統(tǒng)整體模塊框圖設計如圖２－１所示，針對本文的設計需求，系統(tǒng)由電池端充電管理逡逑子系統(tǒng)和充電機端管理子系統(tǒng)兩大部分組成。每部分的設計均包括硬件電路設計和寫入逡逑到各嵌入式微控制器（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋Ｕｎｉｔ，簡稱ＭＣＵ）中的軟件算法設計。逡逑分流器邐——ｉｎ邐Ｉ邋邐１邐邐逡逑｜邐Ｉ邐ＬＥＪ邐＾充電槍邐插槍信號逡逑二邐＿＿｜邋充電電流來樣｜邐ｋ動信號邐「７＊１邐１￣■—？逡逑邐Ｉ邐Ｌ邐邋邐邋充逡逑￣Ｅｒ邐電芯監(jiān)邐驅動信號逡逑＾邋控電路邐？電池端充電管理子系統(tǒng)祟逡逑－－Ｄ邐１邐—■邐，邐，＿Ｉ邐充邐充電機輸出采樣邐管逡逑Ｌｌｌ＿Ｊ邋邐邐邋４邋ｉ邐申邋邐？理逡逑ＺＬ．邋Ｍ邐充電總壓采樣邐子逡逑－Ｅ－邐邐１邐１—ｔ一Ｉ邐１邐個＿邐１邋電（）邐秦逡逑邐１邐１邐邋源＇統(tǒng)逡逑科１邋＋由池＂＾廠邐采樣電阻分壓申＾且邐ＪＴ＾Ｔｔ逡逑動力電池ｆ邐邋＿邐１邐？充電槍邐＿逡逑１邐Ｅｇ邐＾，邐１逡逑［邐數(shù)據(jù)通信線邐Ｊ逡逑圖２－１系統(tǒng)整體模塊框圖逡逑２．２．１電池端充電管理子系統(tǒng)架構逡逑如圖２－２所示，電池端充電管理子系統(tǒng)從硬件電路上可分為電池管理單元（Ｂａｔｔｅｒｙ逡逑ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＵｎｉｔ，簡稱ＢＭＵ）和電芯懫樣電路（ＣｅｌｌＳｉｍｐｌｅＣｉｒｃｕｉｔ，簡稱ＣＳＣ）兩個子逡逑模塊

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本文編號：2815704