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原文传递燃料电池轿车锂离子动力电池管理系统研究

论文题名：	燃料电池轿车锂离子动力电池管理系统研究
关键词：	燃料电池轿车;锂离子动力电池;电池管理系统;经验模型;蓄电池;设计;动力系统;测试;数据处理;燃料电池汽车;混合动力汽车;新能源汽车;拓扑结构;解决方案;辅助能源;动态模型;电压;电路模型;电动汽车;电池模型
摘要：	能源和环境问题对汽车工业提出了新的挑战，引起了人们对新能源汽车的研究和开发的重视，本文分析了新能源汽车中电动汽车的现状，从能量转换角度分析了其共性问题——辅助能源(主要是蓄电池)存在的必要性以及辅助能源的现状和发展前景。在电动汽车中，“电-电混合”的燃料电池汽车对动力电池的设计和管理提出了特殊的要求，需要从整车动力系统设计和控制角度对其进行分析，并进一步提出对其管理系统的功能要求，本文基于“超越二号”燃料电池轿车动力系统拓扑结构，详细研究了其辅助动力源-锂离子动力电池，在各种工况下进行了大量的电池性能的实验，形成了较完整的实验方法和数据处理方法，并根据测试结果总结出了锂离子动力电池的静态经验模型和动态电路模型，并将其静态经验模型应用于动力系统的设计需求分析，而动态模型用于管理系统的算法设计，并给出了实现管理系统的软件和硬件方法，最终完成了一套完整的用于混合动力汽车的锂离子动力电池管理系统的解决方案。锂离子电池十分复杂，从不同的角度考查可以得到不同的特性，不可能用一个模型完整描述其全部性质，从整车动力系统角度看，最重要的是系统的设计和控制，从设计角度，更看重电池的静态特性，因此测试和建模的重点在其静态特性；从系统控制角度，更看重电池的动态特型，因此测试和建模的重点在其动态特性。动力系统的优化设计需建立在各动力部件模型的基础上，本文首先对蓄电池进行系统全面的测试，总结了一套测试方法和数据处理方法，并得出了电池容量、内阻的经验模型，在Maltlab/Simulink中进行了仿真。然后分析了“超越二号” 的拓扑结构以及蓄电池设计的约束条件，给出了选型的要求和设计流程，在此基础上，建立了电机、燃料电池发动的模型，结合通过综合测试完成的蓄电池模型，进行了整车动力系统仿真，验证了蓄电池系统的设计。锂离子动力电池的动态响应主要从其“电流激励-电压响应”出发，以一个简单而且物理意义明确的动态电路模型描述了锂离子动力电池的电特性，并通过实验确定了其成立的条件以及测试数据处理的方法。在动态模型确定之后，最重要的问题即是其参数的辨识和状态的估计，基于对混合动力汽车中电池管理系统输入和输出物理量的分析，提出了线性模型中参数辨识和状态估计方法，并根据混合动力汽车的具体应用条件提出了基于“电流 -时间窗口”的SOC校准方法。在前面所述蓄电池管理方法的基础上，提出并实现了其解决方案，软件方面首先实现了基于算法的快速原型，然后自动生成了在Motorola HC12上的代码，调试阶段采用HIL方法，大大缩短了调试周期。硬件方面在CAN总线的基础上提出了两级分层模块化设计，大大减少了系统的线束，提高了可靠性，并且便于更换和维修。电池模块管理中实现了单电池电压浮地测量，并增加电压基准进行校准，使得电压测量比较准确，从而为单电池保护、SOC估计，甚至寿命估计提供了基本信息。并在模块中采用了高放低充的均衡电路，提高了均衡的速度和效率，大大减小了电池的不一致带来的困难。关键词：燃料电池汽车锂离子动力电池蓄电池管理系统电池模型荷电状态参数辨识
作者：	魏学哲
专业：	车辆工程
导师：	孙泽昌
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2005
正文语种：	中文