纯电动汽车锂动力电池组双向均衡控制策略研究及系统开发

【摘要】由于电池单体间不一致性的存在，当单体锂动力电池经过串并联应用于纯电动汽车后，性能较差的电池较早的达到充放电截止电压造成电池组的容量利用率下降，降低纯电动汽车续驶里程，增加纯电动汽车使用成本，不利于纯电动汽车的使用与推广。本文所研究的均衡技术通过实时监测电池组在使用过程中的状态信息来对电池组进行均衡管理，能改善电池组使用过程中的不一致性产生的影响，提高电池组的容量利用率，减缓电池老化速度，延长电池组的使用寿命，增加电动汽车续驶里程。本文以对锂动力电池组不一致性的机理分析为基础，设计均衡系统，并完成系统软硬件设计，最后进行试验验证。研究内容如下：1.从生产制造过程、使用过程、储存过程三个方面对锂动力电池组的不一致产生和恶化的原因进行机理分析，总结目前应用于改善电池组不一致性的解决方法；阐述均衡技术对于缓解电池在使用过程中不一致性的恶化，有效提高电池组使用寿命的重要意义。通过对锂动力电池进行相关试验，分析不同电池特性参数（电压、内阻、SOC）对于电池组不一致性问题的表现形式，选取开路电压作为搁置阶段的均衡变量，工作电压作为电池组充放电阶段的均衡变量。2.对常见均衡电路拓扑结构的优缺点进行对比分析，选取基于反激式变压器的能量非耗散型均衡拓扑结构。并对反激式变压器的基本参数进行计算，搭建均衡仿真电路，选取电路控制参数。3.选取电压极差作为均衡进入与退出的判断依据，根据相关电池试验和电路要求，确定相应的控制阀值；针对电池组不同的工作阶段提出充电均衡、放电均衡和搁置均衡三种控制策略，利用均衡系统模型对均衡控制策略进行仿真验证。4.以“主-从”分布式结构作为均衡系统的总体架构，完成电源模块、电压采集模块、电流采集模块、均衡模块以及通信模块的硬件电路设计，然后完成系统的软件设计。5.完成系统调试，获得均衡电路在顶部均衡和底部均衡时的实际调试结果，与仿真结果进行了对比分析，然后通过搁置阶段和充放电阶段的台架试验验证均衡系统在电池组不同工作阶段对于改善电池组不一致性的控制效果。
【作者】桂宇；
【导师】刘宏伟；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】锂动力电池；电池不一致性；双向均衡；反激式变压器；

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