纯电动汽车锂电池组均衡充电技术研究

摘要

随着能源短缺与环境污染等问题的日益严峻，具有清洁环保特点的纯电动汽车成为能源产业发展的主流。然而，作为纯电动汽车直接驱动能源的串联锂电池组，其充电过程中的不一致性使纯电动汽车普及化受到制约，所以对锂电池组均衡充电技术进行深入研究是十分必要的。
　　在此背景下，对锂电池组的均衡充电方法、控制方法、均衡充电监控系统等方面进行了研究，来推动纯电动汽车的普及。
　　首先，对锂电池的充电特性及其国内外发展现状进行研究分析，总结锂电池组充电过程产生不一致性的原因。
　　其次，针对锂电池组充电后期因单体锂电池性能差异而造成的可用容量不均衡、使用寿命缩短等问题，改进了一种结构较为简单、能量转移灵活的无损能量转移型均衡电路;根据锂电池组充电均衡过程是一个离散时间的决策过程，采用基于马尔可夫预测策算法的锂电池组充电均衡控制方案。通过以各单体锂电池电压为控制变量，对单体锂电池间能量转移方向进行预测与规划，选择最优转移路径，使锂电池组内各个单体电池能量达到均衡。通过仿真和实验结果分析，证明了该均衡电路及均衡控制方案的可行性，而且通过基于马尔可夫决策算法的均衡控制策略同基于模糊控制的锂电池组充电均衡控制策略作比较，证明了马尔可夫决策算法均衡控制策略的均衡效果良好，实现了锂电池组充电后期的充电均衡。
　　最后，针对电动汽车锂电池充电时间长、充电过程中出现故障以及充电结束后的结果不能及时获取等问题，以单体锂电池的电压、电流及温度为监测参量，设计了一种基于物联网技术的汽车锂电池组充电监控系统。对系统总体进行分析及描述，完成了物联网系统的硬件整体设计和软件平台的搭建与测试。测试结果表明，利用LabVIEW设计的人机交互界面能够对锂电池充电过程进行实时远程监控，有效地完成了监测子系统和控制子系统间的充电数据传送，验证了该系统实时性、准确性，为用户提供了方便。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 电动汽车蓄电池国内外发展现状

1．2．2 充电均衡技术国内外发展现状

1．3 论文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 锂电池组充电均衡技术研究

2．1 锂电池原理及特性分析

2．1．1 锂电池工作原理

2．1．2 锂电池充放电特性

2．1．3 电池组不一致性

2．2 电池组充电方法选取

2．3 均衡充电依据确定

2．4 均衡电路方案确定

2．4．1 能量耗散式电路

2．4．2 非能量耗散式电路

2．4．3 均衡电路的确定

2．5 均衡充电策略研究

2．5．1 模糊控制算法策略

2．5．2 马尔可夫算法策略

2．6 本章小结

第三章 锂电池组充电监控系统硬件电路设计

3．1 充电监控系统总体设计

3．2 控制电路设计

3．2．1 单片机介绍

3．2．2 显示电路设计

3．2．3 报警电路设计

3．2．4 输入电路设计

3．3 信号采集电路设计

3．3．1 电流检测电路设计

3．3．2 电压检测电路设计

3．3．3 温度检测电路设计

3．4 均衡电路设计

3．5 驱动电路设计

3．6 CC2420电路设计

3．7 保护电路设计

3．7．1 防过充放电保护电路设计

3．7．2 防过温保护电路设计

3．8 本章小结

第四章 锂电池组充电监控系统软件设计

4．1 充电监控系统设计

4．1．1 基于物联网技术的无线传输构建

4．1．2 充电监控系统主程序设计

4．1．3 充电监控系统界面设计

4．2 数据采集子程序设计

4．3 数据收发子程序设计

4．4 均衡控制子程序设计

4．5 充电均衡控制算法实现

4．5．1 模糊控制算法实现

4．5．2 马尔可夫算法实现

4．6 本章小结

第五章 实验结果与分析

5．1 充电均衡控制策略实验

5．1．1 基于模糊控制算法结果分析

5．1．2 基于马尔可夫算法结果分析

5．2 充电监控系统实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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