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基于SOC估算与主动均衡的电池管理系统设计
| 论文题名： | 基于SOC估算与主动均衡的电池管理系统设计 |
| 关键词： | 电池管理系统;扩展卡尔曼滤波;主动均衡;模糊控制 |
| 摘要： | 随着国家大力推进绿色交通发展，新能源汽车得到了迅速的开发和普及。随之而来，电动汽车的故障发生率也日益增高。产生故障的主要原因多为动力电池组失效引起的，因此迫切需要电池管理系统（BMS）的改进设计，以提高对电池的实时状态监控与调节的精确性，其中电池荷电状态（SOC）的估算与电池组均衡是电池管理系统的两大核心技术。本文以锂离子电池组为研究对象，对电池SOC估算和基于SOC的电池组主动均衡技术的改进进行了研究，最后对BMS软硬件进行了设计。主要研究工作内容如下： (1)对三种常见电池等效电路模型进行比较和分析，确立了锂离子电池的等效电路模型为二阶Thevenin电路，与实验结果比较，表明该等效电路模型模拟结果较吻合。针对电池性能的非线性特点，在等效模型的基础上，引入扩展卡尔曼滤波算法（EKF）对电池的SOC进行估计。在不同工况下，电池测试的真实SOC值与扩展卡尔曼算法得到的估计值曲线基本一致，证明EKF算法可以应用于BMS中对SOC的估计上，并为后续主动均衡提供基础。 (2)提出拓扑矩阵T的概念对电池组的主动均衡加以分析，并在此基础上，设计了基于Buck-Boost双向均衡控制的主动均衡电路。采用模糊控制作为均衡策略，EKF估算所得SOC作为均衡判据，通过控制电池组中各个单体电池的均衡电流以达到主动均衡的目的。在Matlab上进行数学建模，仿真结果表明，无论是静态均衡还是动态均衡，基于SOC的模糊控制主动均衡，都能使各单体电池SOC快速趋于一致，提升了均衡能力。模糊控制策略的双向主动均衡设计可应用于实际电池管理系统的开发中。 (3)对电池管理系统进行了硬件设计，完成了均衡电路、电压电流检测以及充电电路等从控板上各个模块的设计。在硬件设计的基础上，用C#对软件部分进行了设计，最终获得BMS实物。在完成系统设计搭建后，实验测试结果表明，在上位机对电池电压、电流以及SOC监控的基础上，能够通过均衡控制使各单体电池的表征参数趋于一致，提高了均衡控制性能，从而验证了开发的电池管理系统的功能和可靠性。 |
| 作者： | 郭殊焓 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 孙俊才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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