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纯电动汽车动力电池均衡控制研究
| 论文题名： | 纯电动汽车动力电池均衡控制研究 |
| 关键词： | 纯电动汽车;锂离子电池;均衡控制;荷电状态估算 |
| 摘要： | 能源危机和环境污染等日益突出的社会问题推动了以锂离子电池为动力的纯电动汽车高速发展。由于锂离子电池成组后会出现单体性能不一致现象，所以会导致整个电池组在充放电过程中容量利用率低、续航能力差等问题。为了减小电池组中单体之间的差异，需要对电池组进行均衡管理。因此，本文基于三元锂离子电池进行均衡控制研究，主要内容包括以下几个方面： 首先，对锂离子电池进行了充放电特性实验，将实验数据进行高阶拟合，确定电池电压(OCV)与荷电状态(SOC)之间的特性关系。建立了二阶等效电路模型来模拟电池的特性。利用L-M算法对模型进行参数辨识，考虑电池工作过程中的多时间尺度效应，设定了基于该效应的参数初值，提升了参数辨识的速度。为了验证参数辨识的准确性，将得到的参数代入等效模型中进行仿真实验，结果显示实验电压与实际电压之间的平均误差为0.0051V,参数辨识精度高。 其次，对比了各均衡变量的获取难度和适用性后，选择基于SOC和端电压进行均衡控制。端电压可以直接测得，而SOC无法直接获取，需要对其进行估算。考虑电池强非线性工作状态，使用自适应扩展卡尔曼对SOC进行估算，为了进一步提升估算精度，将静态容量下SOC估算改为基于动态容量的SOC估算，并对估算时间做了区分，综合使用多新息自适应时间尺度双扩展卡尔曼(MI-ATSDEKF)对SOC-SOH进行联合估算。在FUDS和DST双工况下，进行估算结果验证，结果显示估算算法的跟随性和稳定性较好，估算误差在1%-2%之间。 然后，对均衡拓扑和均衡策略进行设计。对传统的基于反激式DC/DC双向变换器主动均衡电路进行改进，减少了元器件，提升了能量传递效率；根据电池特性实验中OCV-SOC特定的对应关系，制定了基于SOC和端电压的分段式模糊均衡策略。在多变量提高均衡精确度的基础上，利用模糊控制动态调节电流，加快均衡速度。为了验证其均衡效果，与传统最值均衡策略进行对比。在静置、充电和放电实验中，模糊均衡策略无论是在效率还是能量损失方面均表现出较好的均衡效果。 最后，为了综合验证均衡系统的效果，对其进行软硬件设计，搭建了实验平台。分别进行了静置、充电和放电实验，对均衡前后锂离子电池的相关数据整理分析，得到均衡后的电池电压、SOC之间分散度明显减小，设计的均衡系统可以有效地改善电池组中单体之间的不一致性。 |
| 作者： | 吴锐 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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