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原文传递电池管理系统SOC估算及均衡技术研究

论文题名：	电池管理系统SOC估算及均衡技术研究
关键词：	电池管理系统;荷电状态;扩展卡尔曼滤波;均衡电路;电动汽车
摘要：	近年来，随着能源结构改变，国家大力发展电动汽车，动力电池作为电动汽车能量核心，现已成为制约电动汽车快速发展的瓶颈。优秀电池管理系统（Battery Management System, BMS）能够有效提高电池使用寿命、增加续航里程，给予使用者准确电池运行状态，包括电池荷电状态（State of Charge，SOC），电池均衡状态及基本电压电流参数。本文以三元锂电池作为研究对象，重点研究电池SOC估算优化设计及基于SOC实现电池均衡。　　本文对常规二阶RC等效电路进行优化设计，增加RC环节建立电池三阶RC等效电路模型，根据电池混合脉冲功率特性（Hybrid Pulse Power Characterization，HPPC）循环测试数据，结合电池SOC-OCV曲线，进行等效电路模型参数辨识。在MATLAB中分别搭建两种等效电路模型，基于HPPC测试数据，对两种等效电路模拟电池外特性进行仿真对比分析，仿真结果表明，三阶RC等效电路能够更加精确模拟电池外特性。　　基于所建立的等效电路模型，分析扩展卡尔曼滤波算法（Extended Kalman Filter，EKF）估算SOC原理。针对算法中反馈电压误差较大的缺点，引入模型修正因子优化EKF算法，从而降低SOC估算误差，最后采用HPPC测试数据对优化前后SOC估算结果进行仿真对比分析，仿真结果表明，优化后算法能够有效提高SOC估算准确度。　　针对常规均衡电路均衡效率差、控制复杂等问题，本文给出级联型均衡电路方案，该方案通过控制MOSFET开关状态改变电池充放电时间，实现不同电量电池的电量均衡，同时具有切除故障电池的功能。根据电路均衡原理给出该电路的均衡控制策略，在MATLAB仿真环境中，搭建锂电池均衡电路，以SOC一致性为控制目标，对电池组均衡及故障冗余进行仿真测试。仿真结果表明，该均衡电路及其控制策略能够有效实现电池SOC均衡控制，且电池出现故障时电池组仍可正常运行。　　为验证所提出理论的正确性和可行性，设计并搭建BMS硬件实验平台进行实验分析。实验平台采用飞思卡尔公司MC9S12XET256单片机做为主控芯片，TI公司BQ76PL536、LEM公司LA55-P电流传感器分别用于电池电压、电流采样。为保证电池安全可靠运行，分别设计MOSFET驱动保护电路及互锁保护电路。基于 LabVIEW编写上位机软件，实现电池运行状态实时监控，并记录、存储电池组参数信息，便于后续处理分析。　　基于所搭建的硬件实验平台分别进行SOC估算实验和电池均衡实验。首先对电池分别进行 DST和 FUDS工况测试，同时估算电池 SOC，对比电池容量仪测量结果和 SOC估算曲线，验证所采用的优化EKF算法的有效性和准确性。以SOC一致性为控制目标，分别在放电、充电及故障状态进行电池均衡控制实验，对比分析各电池均衡曲线可知，该均衡电路和均衡控制策略能够有效实现电池SOC均衡及故障冗余功能。
作者：	刘刚
专业：	电气工程
导师：	周娟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文