【摘要】：隨著當(dāng)今社會(huì)科技的迅速發(fā)展,環(huán)境污染及能源短缺問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重。為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題,人們著力于研究各種新能源汽車(chē),其中,電動(dòng)汽車(chē)作為重點(diǎn)研究對(duì)象受到了廣泛關(guān)注。而對(duì)動(dòng)力電池及電池管理系統(tǒng)(BMS)的研究則是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵。論文主要圍繞在線電池狀態(tài)檢測(cè)及反饋的電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),針對(duì)傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)較為封閉的問(wèn)題,提出更為開(kāi)放的系統(tǒng)平臺(tái),完成從電池制備、硬件管理、軟件管理到可視化展示整個(gè)流程的工作。首先,利用新型石墨烯材料制備石墨烯電池,分析其相較于傳統(tǒng)電池的優(yōu)劣,這對(duì)動(dòng)力電池的發(fā)展有一定的探索意義。設(shè)計(jì)并進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)考察各類(lèi)鋰電池在各種溫度狀態(tài)下的性能表現(xiàn),為后續(xù)BMS設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。其次,針對(duì)電池各項(xiàng)特性設(shè)計(jì)管理系統(tǒng),搭建系統(tǒng)整體框架,基本完成了BMS基礎(chǔ)硬件平臺(tái)的多項(xiàng)研究工作,包括:設(shè)計(jì)完成電池各項(xiàng)參數(shù)的采集電路;通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)為熱管理模塊選用合適的散熱器件;完成單體電池間的電壓均衡電路搭建。最后,使用WPF構(gòu)建BMS可視化平臺(tái),設(shè)計(jì)創(chuàng)建BMS各模塊的可視化效果,結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)的使用,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出多個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案,包括:基于誤差反饋的荷電狀態(tài)(SOC)估算優(yōu)化方案;基于環(huán)境及電池溫度監(jiān)控的帶有溫度預(yù)測(cè)且用戶可控的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案;基于各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控且?guī)в性朦c(diǎn)過(guò)濾的錯(cuò)誤檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案;基于數(shù)據(jù)支持的電池壽命估算方法;基于SOC估算的電量均衡處理方案�？梢暬脚_(tái)的構(gòu)建對(duì)傳統(tǒng)的BMS有一定的補(bǔ)充意義,為以后BMS發(fā)展提供了更為優(yōu)化的發(fā)展思路。
【圖文】：

（c） （d）圖 2.3 石墨烯電池性能測(cè)試曲線圖 2.3（a）顯示了 Co3O4/GNS 電池在 0.01~3.00V 下進(jìn)行前兩次循環(huán)的充放電曲線，相較于單純 GNS 電池第一次放電平臺(tái)電壓在 0.84V 左右，Co3O4的第一次放電平臺(tái)電壓約 0.64V。使用 Co3O4/GNS 電極的電池，第一次放電電壓先快速下降到約 0.84V，然后是 0.84 和 0.6V 之間的長(zhǎng)電壓平臺(tái)。這個(gè)電壓平臺(tái)由兩個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生，，其中之一來(lái)自 Co3O4的常規(guī)反應(yīng)[30]： (2.2)圖 2.3（b）顯示了各種電流密度下 Co3O4/GNS 電池的典型充電和放電曲線。隨著電流密度的增加，Co3O4/GNS 的充電平臺(tái)上升，放電平臺(tái)降低，可充電電量下降。由圖 2.3（c）可見(jiàn)，電池首先在 100mA g-1的低電流密度下循環(huán) 10 次，在此期間獲得約900mAh g-1的穩(wěn)定比容量。在電流密度增加四倍后，容量約為 800mAh g-1，仍然是石墨理論容量（372 mAh g-1）的兩倍。即使在 1000mA g-1的高電流密度下，其容量依舊維持在 70% 以上在各種電流密度下進(jìn)行 50次充電-放電循環(huán)后，電池依舊保持 900mAh g-1以上的容量，這表明其擁有良好的循環(huán)和穩(wěn)定性。圖 2.3（d）顯示了在 25℃ 下充電/放電電流密度為 100mA g-1時(shí)，Co3O4/GNS 電池與

（a） （b）圖 2.4 藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱及高低溫試驗(yàn)箱考慮到實(shí)驗(yàn)箱最大充電電流的限制，實(shí)驗(yàn)購(gòu)買(mǎi)了多種種不同型號(hào)的電池，其型號(hào)參數(shù)分別如下所示，此外實(shí)驗(yàn)使用了制備的石墨烯電池作為比較實(shí)驗(yàn)。1) VSAI3.6 型：額定電壓 3.6V 容量 65MAH，下記為 A 型2) ML2032 型：額定電壓 3V 容量 120MAH，下記為 B 型3) Co3O4/ GNS 石墨烯電池實(shí)驗(yàn)使用高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行溫度控制，如圖 2.4（b）所示，根據(jù)安全及實(shí)驗(yàn)要求考慮，實(shí)驗(yàn)測(cè)量使用的溫度范圍為-20 C~80 C。實(shí)驗(yàn)采用恒流充放電，商用電池充放電電流取 10ma 及 5ma，石墨烯電池根據(jù)不同種類(lèi)采用 0.02~0.2ma 充放電。實(shí)驗(yàn)分別測(cè)量了由室溫降溫至-20 C，再逐漸增溫到 80 C，后降回室溫的多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中 A 型電池充放電電壓范圍定為 2.8~4.2V；B 型電池電壓范圍為 2.0~3.4V；石墨烯電池充放電電壓范圍為 0.01~3.0V。2.2.3 溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及溫度對(duì)電池性能影響分析
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP311.52;U469.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2705735