电动汽车动力电池组均衡系统设计与研究

摘要

在纯电动车辆中，往往不得不将多节单体电芯通过串并联后形成动力电池组为其供给能量。由于受电池生产过程和工作环境的影响，电池组会出现不一致性现象，而电池组的不一致性进而会导致成组电芯使用性能的降低，最终电池组的使用寿命和可用容量会下降，继而缩短了纯电动汽车的续驶里程。均衡控制模块作为电池管理系统一部分，对于缩小单体电池间差异，提升电池组的整体有效能量扮演着重要角色。
　　本文以新能源汽车协同创新综合服务平台和中国动力谷创新创业发展专项为依托，开展电动汽车动力电池组均衡管理系统技术研究。本文采用仿真与试验相结合的方法，以电动汽车动力电池组为研究对象，对动力电池组单体电池不一致性进行研究，实现了一种集简单和高效于一体的混合式电池均衡管理系统。主要研究工作如下：
　　（1）对锂电池组产生不一致性机理作简单分析，其不一致性表现形式主要有容量，电阻及电压三方面不一致。对于均衡变量的选取也作了详细的比较介绍，不同状态下采取不同的均衡变量。
　　（2）分析比较各种均衡拓扑结构的优缺点，考虑到均衡效率，电路控制难易及各开关损耗等问题，最终选取了耗散式电阻均衡电路与反激式变压器均衡电路拓扑结构。
　　（3）在 Matlab平台搭建均衡仿真模型，根据电池容量差异大小的不同，采取不同的均衡拓扑方式，起到了扬长避短的作用。分别在充电，放电，静置三种状态进行了仿真验证，所用均衡电路及策略可以实现电池组快速均衡。
　　（4）选用自带被动均衡功能的 LTC6804作为电压采集芯片， LTC3300作为主动均衡控制芯片，完成了均衡模块的软硬件设计。并在电池组充放电下进行台架试验，起到了一定的均衡效果，改善了电池组的不一致性。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 锂动力电池电池组不一致性机理分析

2.1 不一致性产生原因

2.2 锂动力电池组不一致性表现形式

2.3 均衡变量选取

2.4 本章小结

第3章 锂动力电池组均衡系统设计及仿真

3.1 均衡系统拓扑结构

3.2 均衡电路结构设计

3.3 均衡策略的制定

3.4 均衡系统建模及仿真验证

3.5 本章小结

第4章 均衡管理系统硬件设计

4.1 均衡系统总体设计

4.2 控制模块硬件设计

4.3 参数检测

4.4 电池均衡设计

4.5 本章小结

第5章 均衡管理系统软件设计

5.1 系统软件框架

5.2 系统软件整体设计

5.3 本章小结

第6章 试验与验证

6.1 试验设备选择

6.2 信息采集试验

6.3 均衡试验

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 采集系统原理图

附录C 均衡系统原理图

附录D 均衡系统实物图