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原文传递混合动力电动汽车动力电池组荷电状态与均衡管理研究

论文题名：	混合动力电动汽车动力电池组荷电状态与均衡管理研究
关键词：	混合动力电动汽车;动力电池组;荷电状态;辨识法;变流放电;均衡管理;通讯模块;充电;管理系统;方法;Electric Vehicle;大电流放电;放电特性;控制;动态模型;电池均衡;实验;时变特性;神经网络;监测模块
摘要：	电动汽车(Electric Vehicle，简称EV)是一种以动力电池作为能源的环保型汽车，具有很好的发展前景，动力电池是决定其性能优劣的重要零部件。对电池荷电状态(Stateof Charge，简称SOC)的辨识和电池组的均衡管理是电动汽车，特别是混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle，简称HEV)的关键技术。本课题来源于广东省、广州市重点科技攻关项目，主要包括如下研究内容：首先，在综述国内外电动汽车和动力电池均衡管理系统发展现状的基础上，深入研究了动力电池的变流放电特性，包括大电流放电特性，并建立了电池的动态模型。通过对大量实验结果分析，揭示了能表征电池内部动态极化效应本质的迟滞效应是变流放电情况下传统SOC辨识方法不足的内在原因。据此，提出了基于电池动态模型的系统辨识法、基于神经网络的辨识法和基于大电流放电特性的能动势法三种提高动力电池SOC辨识精度的方法，并对这些方法进行了仿真和实验验证。其中，基于对电池动态模型状态方程的建立和精确求解，提出系统辨识法；通过对大量变流放电实验数据分析，提出了基于电池时变特性的神经网络辨识法，它以电池的时变特性作为网络输入，以变流放电数据作为训练样本，使SOC的辨识误差控制在3％以内；实验分析还发现了动力电池在大电流放电时等效内阻趋于稳定的重要规律，提出了能动势的概念，并提出了基于能动势的SOC辨识方法。进一步的实验结果表明，以上方法充分考虑了电池放电的迟滞效应，比传统方法具有更高的辨识精度，尤其是更适用于动力电池的变流放电状态。此外，以能动势法结合开路电压法、安培时间积分法等的综合辨识法，虽然辨识误差在5％，但是该方法简单可靠，实用性强，易于实现电池SOC的在线实时辨识，适合实际工程应用需要，便于推广，在HEV上具有良好的应用前景。然后，本文开发了基于单总线和CAN总线的具有自主知识产权的电池均衡管理系统，并完成了其硬件实现和软件设计。该均衡管理系统采用了模块化的设计方法，主要包括监测模块、均衡模块和CAN通讯模块。监测模块负责电池组状态参数的采集。均衡模块在功能上相当于一个程序控制的智能充电机。系统ECU的控制指令(包括使能信号和充电强度信号)通过隔离之后，可以直接作为均衡模块的脉宽调制控制参数，以实现均衡模块的开关与充电强度的调节。CAN通讯模块负责单片机与上位机的通讯，将蓄电池的状态报告给上位机。ECU主程序调用电流、电压、温度信号采集子程序，然后通过运算处理，进行充电使能控制、充电电流控制和CAN总线通讯。开发的电池均衡管理系统具有动态均衡的特性，无论汽车在行车、制动、停止还是外接维护充电，即无论电池组工作在充电状态还是放电状态或者既不充电也不放电的状态，均衡系统都能准确的识别出不均衡的电池，并对其进行充电均衡。最后本文对相关的研究成果进行了归纳和总结，并对今后的进一步研究提出了建议。
作者：	裴锋
专业：	车辆工程
导师：	黄向东
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文