傳統(tǒng)燃油汽車廣泛使用,使化石能源短缺和環(huán)境污染問題加劇。電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車成為趨勢(shì),世界各國(guó)都在積極發(fā)展電動(dòng)汽車。電池技術(shù)的發(fā)展是促進(jìn)電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素之一,作為電動(dòng)汽車與動(dòng)力電池組溝通橋梁的電池管理系統(tǒng),在延長(zhǎng)電池壽命、提高電池使用率、保障電池安全可靠運(yùn)行等方面具有重要作用,開展相關(guān)的研究具有重要的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。本文針對(duì)電動(dòng)汽車中廣泛應(yīng)用的磷酸鐵鋰電池,開展電池管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。首先分析了磷酸鐵鋰電池的電化學(xué)原理、表征電池狀態(tài)的重要參數(shù)及充放電特性,確立了電化學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法（EKF）和安時(shí)積分法（AH）相結(jié)合的方法估算電池荷電狀態(tài)SOC,提高了SOC估算精度;利用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電池健康狀態(tài)SOH估算,提高了SOH估算精度;采用非能量消耗策略進(jìn)行電池均衡研究,提高電池組電量的使用效率,有助于延長(zhǎng)電池壽命。通過Matlab/Simulink對(duì)所研究算法和策略進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法策略的可行性與準(zhǔn)確性。選用MC9S12XE飛思卡爾芯片作為主控制芯片設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng),LTC6803芯片作為從控芯片檢測(cè)電池管理系統(tǒng)所需要的溫度、電池... 

【文章來源】：淮陰工學(xué)院江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電池管理系統(tǒng)基本功能Fig.1.1BasicFunctionsofBatteryManagementSystem

陳基礎(chǔ)基于鋰電池電化學(xué)模型的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)第6頁(yè)第2章磷酸鐵鋰電池的性能及模型研究2.1磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)及其工作機(jī)理本論文選擇磷酸鐵鋰電池作為電池管理系統(tǒng)管理對(duì)象。該種電池正極的主要材料是磷酸鐵鋰（4LiFePO），它是一種無(wú)機(jī)化合物，屬于正交晶系橄欖石型結(jié)構(gòu)，在充放電過程中鋰離子可以進(jìn)行可逆嵌脫；電池的負(fù)極主要是石墨，通過銅箔連接到電池的負(fù)極。正極和負(fù)極之間用聚合物隔膜分開，隔膜可以通過較小的鋰離子，但是不能通過較大的電子，其余的空間則填充電解質(zhì)溶液[11]。電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1Batteryinternalstructurechart對(duì)于磷酸鐵鋰電池來說，充放電是可逆的過程。電池充電階段，電池內(nèi)部鋰離子從電池正極磷酸鐵鋰晶體中脫離，經(jīng)過聚合物隔膜到達(dá)負(fù)極材料石墨中，電子由外電路到達(dá)負(fù)極；電池放電階段，反應(yīng)過程與充電階段相反，鋰離子從負(fù)極材料中脫離，進(jìn)過隔膜，重新回到正極材料之中。綜上，電池的充放電過程就是鋰離子在電池正負(fù)極來回脫離與嵌入的過程[12]。充放電化學(xué)反應(yīng)方程式用（2-1）~（2-5）表示：正極充電階段化學(xué)反應(yīng)方程式：444LiLiFePOx)1(LiPOxxFePOex(2-1)正極放電階段化學(xué)反應(yīng)方程式：444LiLiFePOx)1(FePOxxLiFePOex(2-2)

陳基礎(chǔ)基于鋰電池電化學(xué)模型的電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)第8頁(yè)2.3磷酸鐵鋰電池模型在實(shí)際應(yīng)用中，電池的端電壓、電流和溫度等一些基本參數(shù)可以通過傳感器測(cè)量得到，但是存在著一些重要的電池指標(biāo)并不能夠直接利用傳感器測(cè)量得到，例如電池荷電狀態(tài)（SOC）。這類重要的電池參數(shù)可以通過電池的基本參數(shù)計(jì)算得出，進(jìn)行間接表達(dá)。通過研究電池模型，直觀了解電池動(dòng)態(tài)變化。磷酸鐵鋰電池常見的模型主要分為三類：等效電路模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及電化學(xué)模型，三類電池模型有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面進(jìn)行具體介紹。2.3.1等效電路模型等效電路模型主要包括四種：內(nèi)阻等效模型、RC電池模型、戴維南電池模型以及PNGV電池模型。內(nèi)阻等效電路模型[15]如圖2.2所示，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，內(nèi)阻等效電路模型的電路方程式如式（2-6）所示，此模型僅由一個(gè)理想電壓源oU和等效電阻oR組成。但是現(xiàn)實(shí)電池的內(nèi)部的電壓、內(nèi)阻等參數(shù)時(shí)刻變化，是一個(gè)動(dòng)態(tài)復(fù)雜的過程，所以內(nèi)阻等效模型并不能準(zhǔn)確的表示電池的狀態(tài)。該模型只適用于處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的直流電池。圖2.2內(nèi)阻等效電路Fig.2.2InternalresistanceequivalentcircuitIRUUooi(2-6)式中iU為等效電路輸出電壓，I為電路電流。RC電池模型[16]如圖2.3所示，此模型由2個(gè)電容和3個(gè)電阻構(gòu)成，電路方程由式（2-7）~（2-9）所示，模型利用大容量的電容C表示電池容量，利用小容量的電容cC與電阻cR串聯(lián)來表示電池的動(dòng)態(tài)特性，eR為終止電阻，rR為短接電阻。

【參考文獻(xiàn)】：
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