电动汽车电池组均衡系统设计及控制策略研究

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1、—————————————————————电动汽车电池组均衡系统设计及控制策略研究—————————————————————ResearchonBalancingStrategiesandEqualizationSystemDesignforBatteryPackofPureElectricVehicle作者姓名：贺虹专业名称：车辆工程指导教师：刘宏伟教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月31日摘要电动汽车电池组均衡系统设计及控制策略研究当锂动力电池单体串联应用于纯电动汽车时，由于电池组内电池单体之间存在不一致性，会造成电池组使用性能下降，其可用容量和寿命远低于单体电池，电池

2、效能得不到充分发挥，减少电动汽车的续驶里程，同时也增加了使用成本。而均衡管理模块作为电池管理系统的重要功能模块，可通过实时监测电池组状态信息，根据相应的控制策略对电池组进行均衡管理，从而改善电池组不一致性在使用过程中造成的影响，提高电池组容量利用率，增加续驶里程。本文依托于某公司与吉林大学联合开发项目“动力电池管理系统开发与均衡技术研究”，对项目中均衡技术相关内容展开研究。本文在国内外对电池组均衡技术研究充分了解的基础上，以串联锂动力电池组为研究对象，着重研究均衡控制相对简单、均衡效率高的均衡拓扑结构，及其相应的控制策略。1、从机理上对电池组产生不一致性的原因进行了分析，阐述电池组不

3、一致性反映在不同特性参数（电压、内阻、SOC）上的表现形式，对比分析以电压和荷电状态（SOC）作为均衡变量的优缺点，最终确定以电压作为电池组在不同状态下的均衡变量。2、对比分析常见的均衡拓扑结构，从均衡速度、均衡效率及电路控制的难易程度等方面对其进行了评价，选取基于反激式变压器的能量非耗散型均衡拓扑结构，对该拓扑结构进行了参数设计，搭建均衡电路仿真模型，进行仿真调试及结构改进，确定在“削峰”和“填谷”两种模式下的电路控制参数。3、为避免充电时间过长，系统因电池组放电电流不规律造成的均衡误判，提出了充电和停车均衡两种均衡控制策略，两种状态下的均衡只在充放电末期进行，同时选取电压极差作为

4、均衡启闭的判断依据之一，根据电路要求和电池试验确定其阈值及电压门限值。在MATLAB/SimPowerSystems环境下搭建均衡系统仿真模型，对均衡控制策略进行仿真验证。仿真结果表明，均衡控制策略能够实现快速均衡且可行有效。4、均衡系统总体架构采用“主-从”分布式，并完成对均衡系统各个模块的硬件电路设计、元器件选型及系统软件设计。搭建台架试验平台，对“填谷”和“削峰”两种模式进行实际调试，与仿真结果及系统设计指标进行对比分析，然后利用动力电池充放电设备进行台架试验，结果表明该均衡系统能够实现单节电池与整个电池组间的能量传I递，达到改善电池组单体电池间不一致性的目的。关键词：锂动力电

5、池组，不一致性，均衡拓扑结构，反激式变压器，均衡控制策略IIABSTRACTResearchonBalancingStrategiesandEqualizationSystemDesignforBatteryPackofPureElectricVehicleWhenthelithium-ionbatterieswhichareconnectedinseriesareappliedtopureelectricvehicles,duetothebatterypackimbalance,theperformanceofthebatterypackwilldecline.It’savaila

6、blecapacityandcyclelifewillbefarlowerthanthesinglebatteryandthebatteryperformancenotbemadefulluse,whichresultinthedecreaseoftherangedistanceandtheincreaseofthecostofelectricvehicles.Batteryequalizationsystemisactuallyoneofthemostimportantpartsofbatterymanagementsystem(BMS),whichcanmonitorthesta

7、teofthebatterypackinrealtimeandstartbalancingprogramaccordingtocertainstrategyifneeded,thentheinconsistencyofbatterieswilldecrease.Thecapacityutilizationrateofthebatterypackcanalsobeimproved,thesameastherangeofdistance.Basedonthef