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并联动力电池组不一致性分析及筛选方法研究
| 论文题名： | 并联动力电池组不一致性分析及筛选方法研究 |
| 关键词： | 动力电池组;并联不一致性;支路电流采集;电池筛选;电动汽车 |
| 摘要： | 全球面临着能源和环境危机的巨大挑战，各国都在争先恐后地探寻有效地解决办法。以电能为动力源的电动汽车(ElectricVehicles，EVs)替代传统燃油汽车成为解决环境和能源危机的可观之措。动力电池被形象地称作电动汽车的“心脏”，是电动汽车的能量之源。然而，受限于当前的技术，单体电池只有串并联构成电池组才能作为电动汽车的动力源。单体电池间不一致性存在于电池生产、装配及使用过程，且这种差异性不可避免，将单体电池并联成组后依然存在不一致性问题，主要表现为支路电流的不平衡，获取并联电池组支路电流并据此对并联电池组不一致性原因进行分析，并进一步地提出改善不一致性的方法至关重要，为此本文研究重点如下: 首先，将并联电池组支路电流数据检测系统分为上位机和数据采集机箱两大部分，以数据采集机箱为研究重点，将现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArrays，FPGA)作为机箱的“指挥官”，采用模块化的设计思想，由此分为主控模块和数据采集模块，数据采集模块又包含了多个以24位高精度模数转换器(Analog-digitalConverter，ADC)为控制核心的数据采集通道。基于研发的数据检测系统搭建了并联电池组测试平台，从而为后续的研究提供数据支持。依据获取的实验数据进一步说明了设计的并联电池组支路电流数据检测系统的可行性。 其次，以动力锂离子电池中的磷酸铁锂电池为研究对象，明确其结构及工作原理，进一步的研究了常见的单体电池的等效电路及模型，基于MATLAB中的Simscape语言搭建了单体电池的仿真模型。在分析并联基本电路基础上，基于单体仿真模型搭建了并联电池组仿真模型，为研究并联不一致性提供了一种很好的计算机工具。模型需要数据的支持，采用非线性最小二乘算法进行参数辨识，并对参数辨识过程做出简要分析。 再次，对动力锂离子电池不一致性的原因及表现形式进行了简单概述，利用仿真模型分析了内阻差异、容量差异、初始荷电状态(StateofCharge，SOC)差异分别占据主导因素时对并联支路不平衡电流的影响。进一步的分析了外部因素(放电倍率、环境温度)对内部指标的影响，明确了并联电池组支路电流不平衡的内部机理。 最后，电池筛选作为改善成组后不一致性的有力措施，针对传统的电池筛选方法存在片面性及人为扩大某种影响因素的弊端，分析了常见的多种多指标综合评价方法及指标赋权方法，提出了基于熵权-TOPSIS综合评价模型的动力电池筛选方法，并实验证明了该模型实现动力电池筛选的可靠性。此外，提出利用该模型实现旧电池组内单体电池的分档筛选，从而解决电池组的“木桶效应”问题，改善并联电池组不一致性。 |
| 作者： | 王立康 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 段彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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