【摘要】：在電動(dòng)汽車以及高能儲(chǔ)能應(yīng)用中,高容量電池作為重要組成部分決定著系統(tǒng)的整體性能潛力,但因電池批次不同和電池的生產(chǎn)工藝以及老化損耗等原因造成同一批次的電池特性差異,該差異在不加外部干擾的情況下會(huì)隨著時(shí)間而不斷放大,將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的總?cè)萘颗c使用壽命。因此,研究如何可靠、快速、高效地減少乃至消除電池間的差異,對(duì)于高容量電池組的應(yīng)用具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)比分析高容量電池電化學(xué)與等效電路模型以及荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)估計(jì)方法,確定采用基于雙極化模型(Dual Polarization,DP)的擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter,EKF)對(duì)電池的SOC進(jìn)行估計(jì),通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)模型精確度做了評(píng)判,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了EKF的SOC估計(jì)效果。設(shè)計(jì)了電芯層面的主動(dòng)均衡系統(tǒng)。采用基于LTC6811與LTC3300的集成芯片解決方案,搭建了外圍電路,從而實(shí)現(xiàn)了包括電壓、電流、溫度檢測(cè)的電池主動(dòng)均衡系統(tǒng)(其主動(dòng)均衡電流峰值高達(dá)16.67A),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電芯間的均衡效果及實(shí)際效率。針對(duì)高容量電池在放電、充電、靜置狀態(tài)下的運(yùn)行特性,提出了對(duì)應(yīng)的均衡策略,旨在提高系統(tǒng)的針對(duì)性,以及提升電池組的整體運(yùn)行效果,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了策略的可行性及有效性。最后,針對(duì)當(dāng)前研究極少的液態(tài)金屬電池的電芯間主動(dòng)均衡,給出了一種交叉大電流均衡解決方案,并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。
【圖文】：

因生產(chǎn)差異，電池在不同工況下內(nèi)外部條件的不一致造成特性差異逐漸加大，電池組中的 SOH 較差的電池更容易造成過(guò)充過(guò)放等不利情況，隨著每次充電-放電循環(huán)，較弱的電池將變?nèi)酰钡诫姵匕l(fā)生故障，導(dǎo)致電池過(guò)早失效。當(dāng)前已有多種實(shí)用的電池平衡方法以通過(guò)均衡電池能量來(lái)解決該問(wèn)題。BMS 系統(tǒng)的均衡架構(gòu)主要有分布式及集中式兩種，結(jié)合二者特征發(fā)展起來(lái)的有模塊化架構(gòu)，其中模塊化架構(gòu)為國(guó)內(nèi)廠家廣泛使用。1、分布式架構(gòu)[6]，如圖 1-3 所示，菊花鏈環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單體電池的電壓、溫度等采集和均衡功能直接安裝到每支電池上，所有電池通過(guò)總線與中央控制器連接。該型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：只需一個(gè)主控匯總各電池信息，，針對(duì)單個(gè)電池的集成控制板設(shè)計(jì)一次后便可應(yīng)用到整個(gè)組，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，菊花鏈環(huán)形拓?fù)涫沟眠B線少，各單體電池控制板獨(dú)立完成功能，可靠性高，且易于擴(kuò)展。但缺點(diǎn)同樣顯著：因?yàn)槊恐щ姵囟夹枰粔K控制板，所以安裝繁瑣、總體成本較高。當(dāng)前市場(chǎng)上采用該架構(gòu)的典型產(chǎn)品如圖1-2、表 1-4 所示。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文出模擬信號(hào)線路至各電池，溫度采樣線路根據(jù)設(shè)計(jì)布置在電池組中。該型架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有：設(shè)計(jì)、構(gòu)造簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：主控控制所有的電池，可靠性不高，電池組中接線較長(zhǎng)且多，能夠管理電池的數(shù)量由主控單元決定，一般較少，在中小型電池組中應(yīng)用比較多。當(dāng)前市場(chǎng)上采用該架構(gòu)的典型產(chǎn)品如圖 1-4、表 1-5 所示。
【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
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2634265