【摘要】：隨著社會經(jīng)濟水平的提高,燃油汽車的普及在提高便捷性的同時也帶來了嚴重的環(huán)境污染、能源匱乏等問題,為了緩解這一危機,各國政府紛紛布局電動汽車的發(fā)展戰(zhàn)略。電池儲能裝置是電動車動力系統(tǒng)的核心部分,其運行效率與壽命直接決定了用戶體驗與電動汽車的行駛里程。大中型電動車具有運行工況復(fù)雜、輸出功率高的特點,易造成電池電量不一致并加速老化,對電池管理系統(tǒng)(BMS,Battery Management System)的均衡效率提出了更高要求,需要針對性優(yōu)化設(shè)計BMS來充分發(fā)揮鋰電池系統(tǒng)的性能。本文依托東風猛士電動車項目,以開發(fā)面向大中型電動汽車應(yīng)用的動力電池管理系統(tǒng)為目標開展工作。首先對電池系統(tǒng)進行需求分析與方案設(shè)計。然后,針對大中型電動車工況復(fù)雜、電池輸出功率大、均衡要求高的特點對現(xiàn)有BMS管理系統(tǒng)的不足進行改進設(shè)計并在主動均衡的基礎(chǔ)上提出均衡優(yōu)化算法來提高均衡效率。最后設(shè)計合理的實驗以驗證系統(tǒng)的各項性能滿足指標要求。具體工作內(nèi)容如下,本文將電池管理系統(tǒng)設(shè)計成分布式二級管理結(jié)構(gòu),一級為本地控制單元,其中電源模塊保證各芯片正常工作,采樣模塊獲取電池信息,控制器模塊處理數(shù)據(jù)并控制能量平衡,CAN通信模塊上傳數(shù)據(jù)。二級為中央控制單元,負責系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)的匯集。另外,設(shè)計了安培-時間積分法和開路電壓法的聯(lián)合估計以提高荷電狀態(tài)(SOC,State of Charge)的測量精度。電池動態(tài)下使用安培-時間積分法來實時估計SOC值,靜態(tài)下使用開路電壓法消除累積誤差。在SOC精準估計的基礎(chǔ)上應(yīng)用粒子群算法作為均衡策略,具有效率高、均衡速度快的優(yōu)點。最后,對實際測得的數(shù)據(jù)進行處理,并將其與理論值比較,計算出相應(yīng)參數(shù)的精度。經(jīng)實驗驗證,本文優(yōu)化設(shè)計的BMS系統(tǒng)均衡12節(jié)126 Ah且SOC相差在2%左右的電池,達到一致性僅需2800秒,精度達到0.1%,相較于傳統(tǒng)開關(guān)變壓器法,速度提高約50%。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U469.72;TM912
【圖文】：

圖 2-3 開關(guān)電阻法能量非耗散型意味著多余的能量并非通過消耗的形式來達到均衡，而是通過具的均衡拓撲結(jié)構(gòu)，將多余的能量以直接或間接的方式轉(zhuǎn)移給其他需要的電池，經(jīng)過量轉(zhuǎn)移，各個電池的能量達到允許誤差范圍內(nèi)的一致性水平。這樣既保證了電池能的高利用率，又保證了電池 SOC 的一致性，這必然成為市場的主流。在能量非耗型中再次根據(jù)能量的流動方向進行二次分類。將分類情況畫成了如圖 2-4 的形式，面將著重介紹每個類別中最為典型的方法。能量非耗散電池到到電池：開關(guān)電容法、Cuk變換器法、PWM轉(zhuǎn)換器法、準諧振轉(zhuǎn)換器法電池到電池組：Boost轉(zhuǎn)換器法、多變壓器法、多次級繞組變壓器法、開關(guān)變壓器法電池組到電池：全橋變換器法、多變壓器法、多次級繞組變壓器法、開關(guān)變壓器法

圖 2-5 開關(guān)電容法電容法是能量從電池轉(zhuǎn)移到電池類型中最為典型的電路方案，根知，當沒有儲能的電容與電壓較高的電池串聯(lián)時，會產(chǎn)生瞬時電會向電容的負極板移動，直至兩端電壓與電池兩端電壓一致，可見了能量的暫存作用。電容釋放能量的過程與之同理，當儲能后的電池串聯(lián)時，短時間內(nèi)，電子會從電容的負極板向電池的負極移動與電池兩端電壓一致。圖 2-5 中為多對一型開關(guān)電容法，即多個單容。該均衡方法的工作流程大致如下：本地控制單元 BCU 首先判量最少的目標單體電池，然后接通剩余電量最多的電池旁路相對最多的電池放電給電容，電容將電量暫存，然后斷開其旁路開關(guān)少的目標電池。暫存的電量釋放給剩余電量最低的目標單體電池，完成電池能量的均衡過程。與之相似的還有一對一式的開關(guān)電

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文拓撲結(jié)構(gòu)的控制流程大致為：控制器先選出剩余電量最低的單體電池，然后控制開關(guān)接入變壓器，從而與整個電池組進行能量轉(zhuǎn)移。通過不斷的讓電池組給剩余最低的電池充電的方式來達到電量一致性。這種拓撲結(jié)構(gòu)與能量從電池轉(zhuǎn)移到組類型的結(jié)構(gòu)相似，其控制流程為：控制器選選出剩余電量最高的單體電池，然制旁路開關(guān)接入變壓器，通過變壓器升壓，給整個電池組充電。通過不斷尋找剩量最高的電池給電池組充電的方式來達到電量一致性。這兩種結(jié)構(gòu)因為可擴展而備受市場青睞，但是這種結(jié)構(gòu)的均衡成本較高，周圍的驅(qū)動電路較多，控制策為復(fù)雜[22]。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 龔思琪;李舜酩;王碩;高小鈞;;割草車用大電流鋰電池管理系統(tǒng)及其控制方法[J];機械設(shè)計與制造工程;2019年12期

2 ;解析電池管理系統(tǒng)的價值與實現(xiàn)[J];變頻器世界;2018年10期

3 ;電池管理系統(tǒng)供電電路[J];電氣技術(shù);2016年12期

4 蘇錦宏;熊天學;;探究高可靠性的船用多重冗余鋰電池管理系統(tǒng)研發(fā)[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2017年09期

5 楊慧麗;;云平臺路燈太陽電池管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J];電源技術(shù);2017年05期

6 張承志;;電池管理系統(tǒng)的設(shè)計探析[J];電子世界;2017年10期

7 王顯博;李聞;;新能源汽車鋰電池管理系統(tǒng)研究與設(shè)計[J];山西農(nóng)經(jīng);2017年18期

8 賈磊磊;張旭;;分布式電池管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2016年16期

9 ;2020中國電池管理系統(tǒng)市場達360億[J];電源世界;2016年06期

10 史吏;趙惠文;;純電動汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J];現(xiàn)代職業(yè)教育;2016年27期

相關(guān)會議論文 前10條

1 肖秀玲;;基于現(xiàn)場總線技術(shù)的輕型電動車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計[A];2002中國電動汽車研究與開發(fā)[C];2002年

2 肖秀玲;王貴明;;低成本、高性能電動車電池管理系統(tǒng)的研究[A];工業(yè)自動化應(yīng)用實踐——全國（第五屆）煉鋼、連鑄和軋鋼自動化學術(shù)會議論文集[C];2002年

3 熊瑞;李幸港;;電池管理系統(tǒng)被動均衡電路的熱仿真研究[A];2019中國汽車工程學會年會論文集（2）[C];2019年

4 魏楓;歐陽勁志;李松;劉嘉琦;;鎳鋅啟停電池管理系統(tǒng)開發(fā)[A];第十三屆河南省汽車工程科技學術(shù)研討會論文集[C];2016年

5 張國輝;王金龍;;鎳鋅電池管理系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)[A];第二十六屆中國（天津）2012IT、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)、電子、儀器儀表創(chuàng)新學術(shù)會議論文集[C];2012年

6 陶銀鵬;余強;朱德祥;;純電動汽車分布式電池管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[A];第九屆河南省汽車工程技術(shù)研討會論文集[C];2012年

7 杜振新;高飛飛;;基于主動均衡的純電動汽車電池管理系統(tǒng)的研究[A];第十八屆中國科協(xié)年會——分2 中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集[C];2016年

8 孫志剛;趙春;;遠程監(jiān)控電動汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計方案研究[A];2017年中國汽車先進技術(shù)應(yīng)用大會論文集（《汽車實用技術(shù)》2017年第7期）[C];2017年

9 陳艷;黃照昆;吳志杰;梁永李;張秋美;劉少華;;基于實車工況的電池管理系統(tǒng)SOC精度評測方法研究[A];2018中國汽車工程學會年會論文集[C];2018年

10 劉芳;高力;劉陽;;小波去噪方法在動力電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];2013中國汽車工程學會年會論文集[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 湖北 朱少華;電池管理系統(tǒng)的溫度傳感[N];電子報;2019年

2 鐘雯;電池管理系統(tǒng)迎來產(chǎn)業(yè)黃金時代[N];中國改革報;2016年

3 本報記者 徐偉平;電池管理系統(tǒng)迎來產(chǎn)業(yè)黃金時代[N];中國證券報;2016年

4 本報記者 于丹;發(fā)展新能源汽車 電池管理系統(tǒng)肩負重任[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報;2009年

5 本報研究員 劉重才;鋰電安全迎政策紅利 電池管理系統(tǒng)成重點[N];上海證券報;2016年

6 本報記者 李建發(fā);安全是電池管理系統(tǒng)的底線[N];中國電力報;2016年

7 廈大寶龍電池研究所 林祖賡 尤金跨 周敏;智能電池管理系統(tǒng)將成今后發(fā)展方向[N];中國電子報;2001年

8 龐勇 賀美曉;朔州兩項青創(chuàng)項目獲省級大獎[N];朔州日報;2019年

9 本報記者 盧岳;新能源車 電池管理系統(tǒng)受關(guān)注[N];消費日報;2016年

10 石珊珊;億能電子與洋品牌同臺競技[N];中國工業(yè)報;2010年

相關(guān)博士學位論文 前5條

1 張啟東;一種抗輻射加固的多節(jié)可級聯(lián)鋰電池監(jiān)控與管理系統(tǒng)芯片研制[D];西安電子科技大學;2017年

2 劉紅銳;蓄電池組均衡器及均衡策略研究[D];天津大學;2014年

3 張金龍;動力電池組SOC估算及均衡控制方法研究[D];天津大學;2012年

4 趙陽;海島海洋可再生能源多能互補發(fā)電系統(tǒng)儲能裝置的運行與控制研究[D];東北師范大學;2015年

5 劉璽斌;插電式混合動力城市公交大客車關(guān)鍵技術(shù)研究[D];長安大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 陳大鵬;大功率鋰電池儲能系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

2 尹文兵;自適應(yīng)在線動力鋰離子電池管理系統(tǒng)的研究[D];南京航空航天大學;2019年

3 沈倩;基于Raspberry Pi的房車電池管理系統(tǒng)研制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

4 王鴻波;電動汽車電池荷電狀態(tài)估算及電池管理系統(tǒng)一體機的實現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

5 黃偉;基于主動均衡的電池管理系統(tǒng)研究[D];廣東工業(yè)大學;2019年

6 尹天成;基于LabVIEW的BMS上位機系統(tǒng)設(shè)計[D];青島大學;2019年

7 李欣陽;基于STM32的分體式BMS主控單元設(shè)計[D];青島大學;2019年

8 王欣煜;電動汽車智能電池管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];重慶三峽學院;2019年

9 夏先龍;面向大中型電動車應(yīng)用的動力鋰電池管理系統(tǒng)[D];華中科技大學;2019年

10 呂亞軍;標準動車組輔助電源電池管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[D];北京交通大學;2019年

本文編號：2779712