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线性二次型调节器电池热管理系统性能研究
| 论文题名： | 线性二次型调节器电池热管理系统性能研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂电池组;热管理系统;液冷冷却;线性二次型调节器;控制策略 |
| 摘要： | 由于传统能源日益减少、环境污染日趋严重，新能源汽车的发展有效促进了汽车的节能减排，有助于降低环境污染和碳排放。在新能源汽车中，锂电池作为储能单元的电动汽车（EV）正在快速发展。与其他类型的电池相比，锂电池因其功率密度高、寿命长、自放电率低、成本低等优点，得到了广泛的应用。随着EV对快充需求的不断提高，电池在快充时，由于大功率、大电流的影响使得产热量迅速升高，如果电池温度控制不当，会导致电池性能下降，寿命缩短，甚至造成燃烧或爆炸等安全事故。锂电池在快充条件下的实时控制已成为 EV 发展急待解决的核心问题之一。因此，本文提出了一种基于线性二次型调节器（LQR）的控制方法对液冷冷却的锂离子电池组热管理系统进行优化控制。主要内容包括： （1）根据锂电池的电化学反应方程，阐述了锂电池充放电的工作原理，并由Bernadi提出的电池产热方程计算了电池的生热速率。通过脉冲功率试验法分别测得锂电池在不同快充倍率和放电倍率下的电池内阻。结果表明，提高充放电倍率对电池内阻的影响不大，18650锂电池的内阻变化范围为21 mΩ~30 mΩ。 （2）在对电池单体高倍率快充条件下的自然对流产热情况研究的基础上，通过Amesim平台搭建了18650锂电池组热管理系统，对电池进行散热仿真和SOC估算，分析了不同流速对电池组的最高温度、温差以及SOC的影响。结果表明，随着流速的提高，电池组的最高温度有所降低，电池组的温差会减小，电池组的平均SOC有所提高。 （3）介绍了 LQR 控制算法的原理及设计方法，比较分析了 LQR、PID、模糊 PID和恒流速控制下的电池组热管理能力。在 3C充电 NEDC放电工况下，对比分析了四种控制器对电池组热管理系统的最大温差、最高温度、响应时间以及电池组SOC的影响。结果表明：LQR控制器在电池组液冷管道反向布置时，电池组温差最小，响应速度最快，电池组的SOC最高。 （4）设计了锂电池组的参数硬件在环检测电路，设计上位机检测系统与下位机数据采集模块，并实现了上下位机的通信，通过实验实现了不同充电倍率及不同标准工况下的电压、电流及温度数据的实时采集，验证了LQR算法输入参数的准确性及控制有效性。 |
| 作者： | 黎代林 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 安治国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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