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动力电池组建模及其主动均衡方法研究
| 论文题名： | 动力电池组建模及其主动均衡方法研究 |
| 关键词： | 电动汽车;磷酸铁锂电池;等效电路模型;参数辨识;主动均衡 |
| 摘要： | 锂离子电池以其比能量高、安全性和热稳定性较好、电压稳定、自放电率低、动态响应快、无记忆效应和寿命较长等优点，广泛作为电动汽车的动力电源使用。为满足电动汽车动力单元的电压要求，常将上百个电池单体串联使用。但由于制作工艺限制，各单体参数不一致，这种差异会随着电池充放电过程而放大，影响电池组的有效容量和寿命。为了解决这一问题，需要研究动力电池组的均衡方法。 为了研究动力电池组的均衡方法，需要先了解被均衡对象的特性。本文先通过一系列电池测试，研究了作为动力电池的50Ah的磷酸铁锂电池的外特性。然后分析PNGV等效电路模型，结合电池测试的结果，对PNGV等效电路模型中相关参数进行辨识，建立了50Ah磷酸铁锂电池的PNGV等效模型，并分析了模型的精度，在电压平台期模型误差小于40mV。根据磷酸铁锂电池的特性，分析电池组内单体的不一致对电池组造成的不利影响。 本文采用基于开关矩阵的集中电感式均衡拓扑，实现动力电池组的主动均衡。分析了均衡拓扑的工作模态，根据工作模态设计了5种均衡策略。选取偏高容量单体向串联电池组放电和偏高容量单体向偏低容量单体放电两种策略作为研究对象，研究其均衡过程中等效Buck-Boost电路的特性。根据分析结果，对均衡系统进行主电路和控制电路设计。 在设计好的均衡系统硬件基础上，为精确控制均衡电流，采用了峰值电流控制方法，并分析斜坡补偿原理。然后针对上述两种均衡策略，设计了开关矩阵的控制逻辑和均衡系统的软件流程。最后分别进行两种均衡策略的实验，测试结果表明均衡系统可以实现串联电池组的均衡，电池组内各单体电压标准差从16mV以上降低至5mV左右。偏高容量单体向偏低容量单体放电的均衡策略均衡速度更快，约比单体对组的均衡策略快1h达到稳定；且单体对单体策略均衡前后平均电压基本不变，单体对组策略平均电压下降6mV，说明单体对单体的均衡效率更高。 |
| 作者： | 刘志楠 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 蔡涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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