【摘要】：隨著環(huán)境污染和能源危機的日益加劇,新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,作為新能源汽車核心的動力電池用量也因此水漲船高。然而動力電池的容量會隨著循環(huán)次數(shù)的增加而衰減,當(dāng)電池容量下降到額定容量的80%時,因無法滿足新能源汽車復(fù)雜工況行駛的動力需求被迫退役下來。為了避免能源浪費和環(huán)境污染,這些退役下來的動力電池可以梯次利用于能量需求較低的場所,而限制退役電池梯次利用的最大瓶頸在于解決電池組一致性問題,因此本文致力于退役電池儲能利用主動均衡控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計,其主要研究內(nèi)容如下:詳述了鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和主要性能參數(shù),對比分析了出廠電池和退役電池在主要性能參數(shù)的差別,指出電池容量再標(biāo)定的必要性及具體方法,并提出基于新標(biāo)定容量的OCV-AH的SOC估算算法。為后續(xù)制定均衡控制策略做好準(zhǔn)備�？偨Y(jié)了鋰電池不一致性產(chǎn)生的原因和造成的危害,論述了電池均衡的目的與意義。對比分析目前常用的均衡電路拓撲結(jié)構(gòu),針對現(xiàn)有均衡方案效率低,不易于擴展等問題,結(jié)合集中式均衡拓撲和分布式拓撲的優(yōu)缺點,提出基于雙向BUCK-BOOST電路的雙層均衡拓撲結(jié)構(gòu):組內(nèi)采用集中式電感主動均衡電路,實現(xiàn)任意單體間能量雙向流動;組間采用分布式電感主動均衡電路,實現(xiàn)相鄰電池小組間能量傳遞,可擴展性好。詳細分析了組內(nèi)、組間均衡電路結(jié)構(gòu)和工作過程,作為主動均衡控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。對目前常用的容量、開路電壓、工作電壓和SOC等均衡目標(biāo)變量進行了分析和比較,選取SOC作為本文衡量電池組一致性的唯一指標(biāo)。依托于上文提出的均衡拓撲,結(jié)合組間均衡電路和組內(nèi)均衡電路,分別制定相應(yīng)的均衡控制策略:組間考慮了各種可能的情況,分類為直接均衡和間接均衡;組內(nèi)基于“分區(qū)”思想,對電池小組內(nèi)各節(jié)退役電池荷電狀態(tài)進行排序并分區(qū),依據(jù)各區(qū)域內(nèi)子集數(shù)優(yōu)化均衡路徑。設(shè)定幾組對比實驗,通過MATLAB仿真和實驗驗證,本文設(shè)計的退役電池儲能利用主動均衡控制系統(tǒng)適用于靜置、充電、放電狀態(tài)以及不同SOC分布情況,且均衡效果很好,均衡效率高。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.7
【圖文】：

程要求而被替換下來的電池。雖然退役電池不能再用于車輛行駛，但是能源需求較低的場所還是足夠的，例如：充電寶、智能電網(wǎng)的削峰填谷急電源、低速電動車、游樂場玩具車等等。.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在中國儲能市場持續(xù)增長的大背景下，國內(nèi)針對退役電池儲能利用的研起步階段。李建林，修曉青等人在《計及政策激勵的退役動力電池儲能應(yīng)用研究》中詳細分析了退役電池再利用的具體流程及相應(yīng)成本計算，次循環(huán)數(shù)據(jù)擬合出循環(huán)次數(shù)和容量之間的線性關(guān)系，提出了等效益折算用電池儲能系統(tǒng)成本競爭力評估方法[4]。李臻和董會超在《退役鋰離子梯次利用可行性研究》中深入研究了電池退役后的電化學(xué)性能，文中取巴上退役的鋰離子電池，測試其在 25℃室溫下的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)充放電次數(shù)關(guān)系，如下圖 1-1 所示，研究結(jié)果表明退役鋰電池可循環(huán)使用 750 次以利用率高達 60%，因此梯次利用價值很大[5]。

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 退役電池荷電狀態(tài)估計2.1 鋰離子電池工作原理及主要性能參數(shù)2.1.1 鋰離子電池工作原理本文研究對象為 15 節(jié)從電動汽車上退役下來的鋰電池，由中航鋰電有限司制造而成。該鋰電池實物圖如下圖 2-1（a）所示，其額定容量 40Ah，標(biāo)稱壓為 3.2V。鋰電池其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由外殼（鋁箔）、正負極材料、電解質(zhì)和膜構(gòu)成。其工作原理可以由下圖 2-1（b）表示：當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時，鋰離從正極脫嵌出來，依次經(jīng)過電解液和隔膜，嵌入到負極；當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時鋰離子從負極脫嵌出來，依次經(jīng)過隔膜和電解液，嵌入到電池正極[28-30]。

指當(dāng)電池處于工作狀態(tài)時，電流流經(jīng)電池所受到的阻力。退歐姆內(nèi)阻外，還有因電化學(xué)極化和濃差極化產(chǎn)生的極化內(nèi)阻準(zhǔn)守歐姆定律，但極化內(nèi)阻卻在時刻變化，會隨著電流密度著循環(huán)次數(shù)和使用年限的增加，鋰電池內(nèi)阻會逐漸增大。壓的各項電壓中，開路電壓（OCV）和端電壓（CCV）對電重要的影響。開路電壓是指電池處于開路狀態(tài)下，且內(nèi)部化下所測得的電池兩端電壓，研究表明，開路電壓與電池荷電一一對應(yīng)關(guān)系，以 LiFePO4 電池為例，下圖 2-2 為磷酸鐵鋰電狀態(tài)之間的曲線關(guān)系[33]。很多學(xué)者依據(jù)這種對應(yīng)關(guān)系，壓在估算電池荷電狀態(tài)。端電壓又稱工作電壓，是指電池工作的負載時所測得的電池兩端的電壓。端電壓和開路電壓之間=開路電壓±內(nèi)阻壓降+極化電壓（充電狀態(tài)下取㧏，放電狀

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本文編號：2771313