本文關(guān)鍵詞：動力電池組均衡充電協(xié)調(diào)控制策略研究

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【摘要】：在我國能源對外依存度超過50%和發(fā)展低碳經(jīng)濟的大背景下,發(fā)展新能源汽車已是大勢所趨。動力電池是新能源汽車的核心部件,也是新能源汽車技術(shù)和成本上的最大瓶頸。現(xiàn)階段,鋰離子電池以能量體積比高,自放電率小、無記憶效應、安全性能高等優(yōu)點,逐漸成為電動汽車動力電源的首選。新能源汽車上所使用的電池組是由多節(jié)單體電池串聯(lián)而成,以滿足電壓、功率以及續(xù)駛里程的要求。但是,電池組和單體電池在使用上有很大區(qū)別。在電池組中,各單體電池在生產(chǎn)制造中必然存在差異,在經(jīng)過多次充放電后,這種差異將被累積擴大,導致整個電池組的性能大打折扣。比如一百節(jié)電池中的其中一節(jié)充電到80%就充不進去了,那么同組其他電池也只能充電到80%,從而導致整個動力電池的容量只能達到原先的80%。若繼續(xù)充電必然導致過充,縮短電池組壽命。另外,由于電池組容量較大,采用傳統(tǒng)的充電方式效率低,充電時間長,嚴重阻礙了電動汽車的推廣。因此,對電動汽車動力電池組的充電方法和均衡充電問題進行研究,將具有重要的意義和應用價值。本文擬采用快速充電技術(shù)和二次均衡技術(shù)相結(jié)合,在充電過程中使用均衡電路來減小不平衡性對電池組的影響,在充電完成時電池組的所有電池都能充滿電,達到均衡狀態(tài)。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:(1)查閱電動車充電標準,對現(xiàn)階段以電池管理系統(tǒng)為主導的充電模式進行分析,了解協(xié)調(diào)充電的原理。然后以磷酸鐵鋰電池為研究對象,進行充電實驗,分析電池充電特性,指出極化和不均衡現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及對充電的影響,總結(jié)電池充電需求,提出本文的充電指標。(2)為了更精確地反應電池在充電過程中表現(xiàn)出的電壓特性,選擇二階RC等效電路模型作為本文電池模型,提出一種簡單有效的方法來測取開路電壓與SOC的對應關(guān)系,通過混合脈沖實驗獲得模型元件參數(shù),建立了電池的動態(tài)模型并進行了仿真驗證。(3)對比分析了各種充電模式的優(yōu)缺點,基于最佳充電曲線理論,選擇五階段恒流充電方法對電池充電。利用)5(625L正交表設計了充電正交實驗,對每階段充電電流值進行尋優(yōu),優(yōu)化得到的電流值(1C、0.65C、0.6C、0.25C、0.2C)可在一小時左右將電池SOC充到97%以上。(4)對現(xiàn)有的能耗型和非能耗型均衡拓撲進行研究,并對電容、電感、變壓器型均衡方式進行建模仿真。為滿足快速均衡的要求,本文提出了一種并聯(lián)均衡拓撲。根據(jù)所選電池組的結(jié)構(gòu)特點,采用電感均衡和并聯(lián)均衡兩種方式分別對電池模塊內(nèi)以及不同模塊的電池進行均衡。以電池電壓作為均衡控制變量,引入平均值和極差的概念來判斷是否開啟均衡系統(tǒng),設計了均衡模糊控制器,制定了均衡充電協(xié)調(diào)控制策略并仿真驗證。(5)基于Matlab/Simulink環(huán)境編寫控制策略,以硬件控制器TTC200作為BMS,搭建了均衡充電實驗平臺,實驗驗證了方案的可行性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：磷酸鐵鋰電池組 電池模型 充電方法 均衡方案 控制策略
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 電動汽車的發(fā)展11-12
• 1.2 車用動力電池性能分析12-14
• 1.3 鋰離子電池均衡充電國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 充電策略研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 均衡充電研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 研究對象與內(nèi)容19-23
• 1.4.1 研究目的19-20
• 1.4.2 研究對象20-21
• 1.4.3 研究內(nèi)容21-23
• 第2章 車用動力電池充電特性研究及需求分析23-33
• 2.1 整車充電過程架構(gòu)組成介紹23-26
• 2.2 充電特性研究26-31
• 2.2.1 磷酸鐵鋰電池的工作原理26-27
• 2.2.2 充電過程分析27-28
• 2.2.3 電池極化現(xiàn)象28-30
• 2.2.4 充電不均衡分析30-31
• 2.3 充電需求31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 均衡充電方案33-59
• 3.1 電池充電模型33-39
• 3.1.1 等效電路模型33-35
• 3.1.2 模型參數(shù)辨識35-38
• 3.1.3 模型驗證38-39
• 3.2 充電方法研究39-44
• 3.2.1 常規(guī)充電方法39-42
• 3.2.2 最佳充電曲線理論42-43
• 3.2.3 快速充電方法43-44
• 3.3 均衡拓撲結(jié)構(gòu)選擇44-57
• 3.3.1 能耗型均衡45-47
• 3.3.2 非能耗均衡47-57
• 3.4 本章小結(jié)57-59
• 第4章 均衡充電控制策略研究59-81
• 4.1 充電策略優(yōu)化59-65
• 4.1.1 多階段恒流充電優(yōu)化概述60
• 4.1.2 正交實驗法60-65
• 4.2 均衡系統(tǒng)控制策略65-67
• 4.2.1 電池組均衡判據(jù)的選取65
• 4.2.2 均衡閥值確定65-67
• 4.3 均衡模糊控制器設計67-72
• 4.3.1 模糊控制系統(tǒng)基本原理67-68
• 4.3.2 輸入輸出量的確定68
• 4.3.3 輸入量的模糊化68-69
• 4.3.4 制定模糊控制規(guī)則69-70
• 4.3.5 輸出量的去模糊化70-71
• 4.3.6 控制信號參數(shù)確定71-72
• 4.4 均衡充電協(xié)調(diào)控制策略仿真驗證72-80
• 4.4.1 同模塊電池間均衡充電協(xié)調(diào)控制策略72-76
• 4.4.2 不同模塊間均衡充電協(xié)調(diào)控制策略76-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 第5章 均衡充電實驗驗證81-93
• 5.1 充電實驗平臺搭建81-86
• 5.1.1 實驗臺架81-83
• 5.1.2 控制策略編寫83-86
• 5.2 充電實驗86-91
• 5.2.1 未加均衡充電實驗86-88
• 5.2.2 均衡充電實驗88-91
• 5.3 本章小結(jié)91-93
• 第6章 總結(jié)與展望93-95
• 6.1 全文總結(jié)93-94
• 6.2 工作展望94-95
• 參考文獻95-103
• 附錄 1103-105
• 附錄 2105-107
• 致謝107

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本文編號：643553