鋰離子電池以其能量密度高,循環(huán)壽命長等優(yōu)勢成為電動汽車動力源的主導產(chǎn)品。在動力電池的車載全生命周期中,受環(huán)境因素、動態(tài)工況及內(nèi)部特性的影響,電池組一致性逐步惡化。為保障電池安全穩(wěn)定運行,需采用電池管理系統(tǒng)(BMS)對鋰離子電池狀態(tài)進行實時監(jiān)測與控制,以延長電池的使用壽命。電池管理系統(tǒng)的一個關鍵技術是電池荷電狀態(tài)(SOC)估計,精確的狀態(tài)估計能避免電池過充/過放對電池造成損壞。因此,本文以一款車用磷酸鐵鋰電池組為研究對象,研究并設計了車載全生命周期電池管理系統(tǒng),主要研究工作如下:對磷酸鐵鋰動力電池的基本工作原理及性能指標進行深入分析,并基于實驗設備測試磷酸鐵鋰電池的動態(tài)充放電特性;根據(jù)傳統(tǒng)SOC定義方法的缺陷,通過分析影響動力電池狀態(tài)估計的相關因素對SOC定義進行修正。精確的SOC估計取決于建立的電池模型,通過分析傳統(tǒng)動力電池模型的優(yōu)缺點,建立能準確反映內(nèi)部特性的二階RC等效電路模型。利用在線辨識和離線辨識兩種方法對等效電路模型中阻容器件進行參數(shù)辨識,結果證明在線辨識方法具有更高的辨識精度。狀態(tài)估計的主要思想需結合開路電壓法對電壓參數(shù)進行反饋,本文利用多項式擬合對電池開路電壓與SOC關系曲線進行擬合;分析無跡卡爾曼濾波(UKF)和粒子濾波(PF)在狀態(tài)估計中的基本特性,利用優(yōu)勢互補提出具有估計精度高、收斂速度快的無跡粒子濾波算法(UPF),通過MATLAB仿真對比分析驗證聯(lián)合估計算法的優(yōu)越性,仿真結果證明本文研究的估計算法在動態(tài)工況下SOC估計精度在2.5%以內(nèi),收斂時間在200s內(nèi)。為提高電池管理系統(tǒng)的可移植性,滿足不同功率等級的設計要求,提出主從分布式拓撲結構。由多個從機實現(xiàn)單體信息采集與均衡管理,一個主機對數(shù)據(jù)進行分析處理的控制策略。本文完成主控制板、電壓/電流采集從控制板、巡檢與均衡從控制板的硬件電路設計,并結合本文研究的估計算法實現(xiàn)管理系統(tǒng)軟件設計。通過不同工況的實驗對比數(shù)據(jù),驗證了電池管理系統(tǒng)和SOC估計的可行性與準確性。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

其展出的第三代電池管理系統(tǒng)引起了整車企業(yè)的廣泛關注，該管理系統(tǒng)部分組成：數(shù)據(jù)采集從板、主控塊、顯示部件。通過配置不同的硬件模塊件編程，可實現(xiàn)不同車型的功率匹配。隨著整車廠商、動力電芯廠商和專MS 廠商對電池管理系統(tǒng)研究的不斷深入，我國在相關技術參數(shù)和準入規(guī)則定了符合國際標準的電池管理系統(tǒng)。.3.2 電池 SOC 估計研究現(xiàn)狀電池的荷電狀態(tài)(State of charge, SOC )反映了電池的剩余電量，荷電狀態(tài)時預測對電池的充放電管理、整車的優(yōu)化控制和駕駛員行為駕駛判斷具有的指導意義[13]。電池的荷電狀態(tài)不能直接測量，只能利用電池的電壓、電度和循環(huán)次數(shù)等可測參數(shù)，通過合適的優(yōu)化算法間接獲取。高精度的SOC是目前研究的熱點與難點，隨著科研人員對動力電池內(nèi)部特性與狀態(tài)估計究不斷深入，國內(nèi)外對電池SOC 的估計有了較大進展，其具體估計算法如1 所示。

為滿足整車對續(xù)航里程、爬坡性能、動力性和經(jīng)濟性，文本選取磷酸鐵鋰電池作為研究對象對其工作原理考慮影響 SOC 估計的相關因素對傳統(tǒng) SOC 定義進行鐵鋰電池的工作原理鋰的內(nèi)部主要由正極、負極、聚合物隔膜和電解質等所示。正極材料由能夠接納鋰離子和擴散路徑的金屬氧4O 的吉式自由能大，可提供較高的工作電壓，正極材3.6V 之間；負極材料由具有典型層狀結構的石墨類碳子嵌入/脫出過程中具有較強的可逆性，保持電池良好良好離子導電性和電子絕緣性，并溶解有鋰鹽6LiPF 或用于承擔正負極之間離子傳遞與電流傳導；隔膜則一可保障離子順利通行同時阻礙電子的傳輸，將電池正。

4 6)PO LiC、 運動過程，其嵌入化合物和離子電過程中Li+由電池正極脫嵌，進入電解于貧鋰態(tài)，負極處于富鋰態(tài)；放電過程中極，此時負極處于貧鋰態(tài)，正極處于富鋰分別在正負極之間循環(huán)地發(fā)生“嵌入-脫功率等級需求，其具體工作原理如圖 2-2 4 1 x4LiFePO Li FePO xLi xe+ + +66xxLi xe C Li C+ + + 4 1 4 66x xFePO xC Li FePO Li C + +4LiFePO4FePO

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