鋰離子電池以其能量密度高,循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)成為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源的主導(dǎo)產(chǎn)品。在動(dòng)力電池的車(chē)載全生命周期中,受環(huán)境因素、動(dòng)態(tài)工況及內(nèi)部特性的影響,電池組一致性逐步惡化。為保障電池安全穩(wěn)定運(yùn)行,需采用電池管理系統(tǒng)(BMS)對(duì)鋰離子電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制,以延長(zhǎng)電池的使用壽命。電池管理系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是電池荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì),精確的狀態(tài)估計(jì)能避免電池過(guò)充/過(guò)放對(duì)電池造成損壞。因此,本文以一款車(chē)用磷酸鐵鋰電池組為研究對(duì)象,研究并設(shè)計(jì)了車(chē)載全生命周期電池管理系統(tǒng),主要研究工作如下:對(duì)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的基本工作原理及性能指標(biāo)進(jìn)行深入分析,并基于實(shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)試磷酸鐵鋰電池的動(dòng)態(tài)充放電特性;根據(jù)傳統(tǒng)SOC定義方法的缺陷,通過(guò)分析影響動(dòng)力電池狀態(tài)估計(jì)的相關(guān)因素對(duì)SOC定義進(jìn)行修正。精確的SOC估計(jì)取決于建立的電池模型,通過(guò)分析傳統(tǒng)動(dòng)力電池模型的優(yōu)缺點(diǎn),建立能準(zhǔn)確反映內(nèi)部特性的二階RC等效電路模型。利用在線辨識(shí)和離線辨識(shí)兩種方法對(duì)等效電路模型中阻容器件進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),結(jié)果證明在線辨識(shí)方法具有更高的辨識(shí)精度。狀態(tài)估計(jì)的主要思想需結(jié)合開(kāi)路電壓法對(duì)電壓參數(shù)進(jìn)行反饋,本文利用多項(xiàng)式擬合對(duì)電池開(kāi)路電壓與SOC關(guān)系曲線進(jìn)行擬合;分析無(wú)跡卡爾曼濾波(UKF)和粒子濾波(PF)在狀態(tài)估計(jì)中的基本特性,利用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)提出具有估計(jì)精度高、收斂速度快的無(wú)跡粒子濾波算法(UPF),通過(guò)MATLAB仿真對(duì)比分析驗(yàn)證聯(lián)合估計(jì)算法的優(yōu)越性,仿真結(jié)果證明本文研究的估計(jì)算法在動(dòng)態(tài)工況下SOC估計(jì)精度在2.5%以內(nèi),收斂時(shí)間在200s內(nèi)。為提高電池管理系統(tǒng)的可移植性,滿足不同功率等級(jí)的設(shè)計(jì)要求,提出主從分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由多個(gè)從機(jī)實(shí)現(xiàn)單體信息采集與均衡管理,一個(gè)主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的控制策略。本文完成主控制板、電壓/電流采集從控制板、巡檢與均衡從控制板的硬件電路設(shè)計(jì),并結(jié)合本文研究的估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)不同工況的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù),驗(yàn)證了電池管理系統(tǒng)和SOC估計(jì)的可行性與準(zhǔn)確性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TM912
【部分圖文】：

其展出的第三代電池管理系統(tǒng)引起了整車(chē)企業(yè)的廣泛關(guān)注，該管理系統(tǒng)部分組成：數(shù)據(jù)采集從板、主控塊、顯示部件。通過(guò)配置不同的硬件模塊件編程，可實(shí)現(xiàn)不同車(chē)型的功率匹配。隨著整車(chē)廠商、動(dòng)力電芯廠商和專(zhuān)MS 廠商對(duì)電池管理系統(tǒng)研究的不斷深入，我國(guó)在相關(guān)技術(shù)參數(shù)和準(zhǔn)入規(guī)則定了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的電池管理系統(tǒng)。.3.2 電池 SOC 估計(jì)研究現(xiàn)狀電池的荷電狀態(tài)(State of charge, SOC )反映了電池的剩余電量，荷電狀態(tài)時(shí)預(yù)測(cè)對(duì)電池的充放電管理、整車(chē)的優(yōu)化控制和駕駛員行為駕駛判斷具有的指導(dǎo)意義[13]。電池的荷電狀態(tài)不能直接測(cè)量，只能利用電池的電壓、電度和循環(huán)次數(shù)等可測(cè)參數(shù)，通過(guò)合適的優(yōu)化算法間接獲取。高精度的SOC是目前研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，隨著科研人員對(duì)動(dòng)力電池內(nèi)部特性與狀態(tài)估計(jì)究不斷深入，國(guó)內(nèi)外對(duì)電池SOC 的估計(jì)有了較大進(jìn)展，其具體估計(jì)算法如1 所示。

為滿足整車(chē)對(duì)續(xù)航里程、爬坡性能、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，文本選取磷酸鐵鋰電池作為研究對(duì)象對(duì)其工作原理考慮影響 SOC 估計(jì)的相關(guān)因素對(duì)傳統(tǒng) SOC 定義進(jìn)行鐵鋰電池的工作原理鋰的內(nèi)部主要由正極、負(fù)極、聚合物隔膜和電解質(zhì)等所示。正極材料由能夠接納鋰離子和擴(kuò)散路徑的金屬氧4O 的吉式自由能大，可提供較高的工作電壓，正極材3.6V 之間；負(fù)極材料由具有典型層狀結(jié)構(gòu)的石墨類(lèi)碳子嵌入/脫出過(guò)程中具有較強(qiáng)的可逆性，保持電池良好良好離子導(dǎo)電性和電子絕緣性，并溶解有鋰鹽6LiPF 或用于承擔(dān)正負(fù)極之間離子傳遞與電流傳導(dǎo)；隔膜則一可保障離子順利通行同時(shí)阻礙電子的傳輸，將電池正。

4 6)PO LiC、 運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其嵌入化合物和離子電過(guò)程中Li+由電池正極脫嵌，進(jìn)入電解于貧鋰態(tài)，負(fù)極處于富鋰態(tài)；放電過(guò)程中極，此時(shí)負(fù)極處于貧鋰態(tài)，正極處于富鋰分別在正負(fù)極之間循環(huán)地發(fā)生“嵌入-脫功率等級(jí)需求，其具體工作原理如圖 2-2 4 1 x4LiFePO Li FePO xLi xe+ + +66xxLi xe C Li C+ + + 4 1 4 66x xFePO xC Li FePO Li C + +4LiFePO4FePO

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