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基于多指标的锂电池均衡策略研究
| 论文题名： | 基于多指标的锂电池均衡策略研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂电池;均衡策略;评价指标 |
| 摘要： | 电动汽车因节能、环境友好等优点，其发展成为各国在交通领域解决能源与环境问题的重要途径。锂离子动力电池因其在自放电率、能量密度、使用寿命和安全等方面的良好性能，被广泛应用于纯电动汽车。随着纯电动汽车的工作电压平台越来越高，电压在4V左右的单体锂离子电池不能满足电动汽车的使用需求。一般通过对大量的单体电池进行串并联设计成组，为电动汽车行驶提供动力。 单体电池在成组使用时，因其生产工艺会导致初始不一致性现象，电动汽车的起步、加速、减速的多变导致动力电池组的放电工况较为复杂，会引起电池组内温度出现差异而加剧单体电池间的不一致性。单体电池间的不一致性加剧将降低电池组的实际容量和安全性能，进而影响电动汽车行驶里程。为解决这一问题，提高电动汽车的整体性能，增加市场竞争力。本文基于松下18650PF锂电池，对动力电池组系统建模分析，并对均衡技术进行研究，主要工作内容有： （1）电池组不一致性分析与单体电池建模 对动力电池组不一致性的表现形式和产生原因进行分析，根据HPPC实验数据绘制电池在工作过程中变化特性曲线，并选取电池荷电状态和开路电压两个指标作为均衡系统的输入。对电池OCV特性进行实验分析，建立复杂度和精确度都满足需求的二阶RC等效电路模型，对电池内部参数进行精确的离线辨识，搭建基于Matlab/Simulink的仿真模型。自定动态工况进行仿真与实验对比，验证模型准确度。 （2）电池组SOC与开路电压估算 由于所使用的开路电压和电池荷电状态SOC（State of Charge，SOC）两个均衡系统输入量无法直接测量，需要进行在线估算。因此本文根据引入基于电流修正系数的负载电压法估算电池开路电压，采用基于时变参数的扩展卡尔曼滤波（EKF）估算锂离子电池SOC，克服传统估算方法的累计误差和难以在线使用问题。并在Simulink中建立在线估算模型，完成了较高精度的估算，为均衡系统提供有效的评价指标。 （3）均衡电路设计 设计基于Buck-Boost功率电感的主动均衡电路，作为单体电池间的能量转移路径。优化设计电路参数，确定工作电流的控制方式并将均衡电流控制在安全高效的范围内。结合实际硬件工作特性对电感进行消磁设计，提高工作可靠性。 （4）均衡控制系统设计 使用基于模糊控制的算法，以电池SOC和开路电压的统计学意义上最优值为均衡控制系统的控制信号，从而调节均衡电流的大小。并与传统控制方法进行均衡效率对比。表明本文所提的基于Buck-Boost功率电感的主动均衡电路和模糊控制策略能够有效提升均衡效率，缩小电池组的不均衡程度，减小电池组的损耗，从而延长电池寿命。 |
| 作者： | 盛刘振 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 叶心;姚祖明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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