纯电动汽车电池管理技术的研究

【摘要】：随着能源问题和污染问题的日益严重，电动汽车的研发成为了当前的热点。动力电池是电动汽车的动力来源，其价格高、一次充电后行驶里程短的缺陷是目前制约电动汽车规模化、商业化发展的主要瓶颈。在现有电池的条件下，如何充分发挥电池的最大效能，最大限度地提高电池的使用寿命，就涉及到本文的研究内容——纯电动汽车电池管理技术。 本文的研究以电池的均衡管理为重点展开，研究的内容包括电池模型的建立、电池荷电状态SoC的估算和电池的均衡管理，具体如下： 1.电池模型是电池管理技术研究的基础。本文以磷酸铁锂电池为研究对象，分析了电池的滞回电压特性和回弹电压特性，建立了基于三阶RC网络的电池模型。 2.电池荷电状态SoC的估算是电池管理技术的重要组成部分，同时也是均衡管理的依据。电池系统是一个非线性系统，本文采用扩展卡尔曼滤波算法对电池荷电状态SoC进行估算，能够满足电动汽车的工况要求，且具有较高的估算精度。 3.电池的不一致性直接影响电池组的整体性能，因而进行电池均衡管理具有十分重要的意义。本文在对现有均衡管理方案进行深入分析的基础上，以电感为电荷转移媒介，设计了单电感均衡管理方案和多电感均衡管理方案。 单电感均衡管理方案能够实现电池组内任意两个电池之间的均衡管理，所用的器件相对较少，电路相对简单，但不能同时进行多电池的均衡管理，因而只适用于电池不一致性相对较小的动力电池组，即电池组使用的初级阶段。 多电感均衡管理方案把电池组分成若干个小组来进行管理，能够进行组间均衡管理和组内均衡管理，能同时进行多电池的均衡管理，因而均衡管理效率高。多电感均衡管理方案适用于电池组使用的任何阶段。 通过在matlab/simulink中进行仿真，证实了单电感均衡管理方案和多电感均衡管理方案的可行性和优越性。 【关键词】：电动汽车电池管理 电池建模 电池荷电状态 电池均衡管理
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景和意义9-12
• 1.2 纯电动汽车电池管理技术的基本内容12-13
• 1.3 纯电动汽车电池管理技术的发展现状和趋势13-15
• 1.3.1 纯电动汽车电池管理技术的发展现状13-14
• 1.3.2 纯电动汽车电池管理技术的发展趋势14-15
• 1.4 本文研究内容15-16
• 第2章 纯电动汽车动力电池的建模16-30
• 2.1 动力电池的分类16-20
• 2.2 磷酸铁锂电池的外特性20-23
• 2.2.1 磷酸铁锂电池的电动势特性20-22
• 2.2.2 磷酸铁锂锂电池的回弹电压特性22-23
• 2.3 常见动力电池模型的分析23-25
• 2.4 磷酸铁锂动力电池的模型建立25-27
• 2.5 模型的参数估计27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 电池荷电状态 SoC 的评估30-45
• 3.1 电池荷电状态 SoC 的定义30-31
• 3.2 动力电池的电流监测和电压监测31-33
• 3.2.1 动力电池电流监测31-32
• 3.2.2 动力电池电压监测32-33
• 3.3 常见电池荷电状态 SoC 评估方法的分析33-35
• 3.4 基于电池模型及扩展卡尔曼滤波算法的 SoC 评估策略35-43
• 3.4.1 卡尔曼滤波算法35-39
• 3.4.2 扩展卡尔曼滤波器39-41
• 3.4.3 卡尔曼滤波器在 SoC 估算上的应用41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 动力电池组的均衡管理45-69
• 4.1 动力电池均衡管理的意义45-47
• 4.1.1 电池的不一致性45-46
• 4.1.2 电池均衡管理的必要性46-47
• 4.2 电池均衡管理的分类47-48
• 4.2.1 集中式均衡管理和分散式均衡管理47
• 4.2.2 充电均衡管理、放电均衡管理和动态均衡管理47-48
• 4.3 几种常见的均衡管理方法分析48-53
• 4.4 能量转移式均衡管理方案的改进53-65
• 4.4.1 改进的单电感均衡管理方案的总体结构53
• 4.4.2 改进的单电感均衡管理方案的原理53-55
• 4.4.3 均衡管理的过程分析55-64
• 4.4.4 改进的单电感均衡管理方案的仿真分析64-65
• 4.5 改进的多电感均衡管理方案65-68
• 4.5.1 改进的多电感均衡管理方案的总体结构65-66
• 4.5.2 改进的多电感均衡管理方案的仿真分析66-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 总结与展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-74

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