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基于模型的锂离子动力电池主动均衡研究与实现
| 论文题名： | 基于模型的锂离子动力电池主动均衡研究与实现 |
| 关键词： | 锂离子动力电池;主动均衡;电池组管理;电动汽车 |
| 摘要： | 随着新能源汽车技术的日渐成熟与相关车型逐步推出，锂离子动力电池得到广泛的应用，如何高效、安全地管理与使用锂动力电池成为研究重点。实践得知：数量众多的单体电池在串联使用中会产生一致性失衡问题，电池单体的不一致性存在会直接导致电动汽车的续驶里程降低、缩短电池使用寿命等，从而间接增加了电动汽车的使用成本，制约了电动汽车的产品化应用与推广。 本文研究分析了单体一致性失衡产生原因及表现形式，对常见的均衡电路拓扑结构进行对比分析，采用改进型集中式多层拓扑作为均衡实现方案，并根据硬件方案的工作特点研究设计专用的均衡变量判定与修正算法以及均衡模式自调节执行策略。 在硬件设计中选取正激式双向隔离变压器式 DC/DC作为均衡器的泵能模块，采用同步整流的工作方式提高其转换效率。选用低压低内阻MOS管对作为单体选择切换开关，相对继电器方案降低了成本、体积的同时延长电路的使用寿命。利用CAN网络构建可堆叠式系统级均衡解决方案，通过增添BMS内网CAN通信协议矩阵，可以直接与原有BMS系统兼容。 本文采用基于模型开发的软件设计方法，运用 MATLAB软件平台提供的Simulink/Stateflow工具完成软件控制算法的层次化模型搭建，同时搭建了各个控制对象模型包括：均衡板硬件抽象模型、充放电设备模型、电池包一致性模型等，在此基础上实现MIL仿真，通过多种循环工况仿真验证了控制算法执行效果以及主动均衡对电池使用效能的提升效果。最后在RTW环境下完成软件目标系统构架的编写和底层驱动模块的模型搭建，实现了一键式生成完整代码，并顺利下载到目标MCU中。 为了验证均衡系统对真实动力电池包的均衡效果，课题搭建简易实物实验台架，编写数据监控与绘图上位机软件，对真实锂离子电池组进行主动均衡实验验证，实验结果表明：本文设计的均衡系统实现了对组内任一电池单体的双向3A电流的稳定均衡功能，并且能量转移效率保持在82％以上；均衡达到了预定的效果。 |
| 作者： | 范明 |
| 专业： | 信息与通信工程 |
| 导师： | 吴友宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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