耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统的研究与开发

摘要

低温环境下，锂离子电池需要加热到合适温度后才能充电;为充分利用电池组中各电池的容量，电池组需要配备均衡系统。本课题对电池组低温充电预热技术和耗散式均衡技术进行了研究，开发了耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统。
　　为兼顾电池组预热和均衡的需求，采用加热片作为预热系统的加热元件及均衡系统的均衡电阻。根据电池组内电池的排列方式，确定了加热片的布置方式以及均衡电阻在加热片内的分布。基于单体电池低温充电实验，讨论了系统所需的加热功率。停止加热后电池组温度会逐渐下降，为了保证整个充电过程中电池组有足够高的温度，需根据充电所需时间调整加热目标温度。为此，基于实验，提出了以电池组荷电状态计算电池组充电所需时间，根据电池组降温过程中温度随时间变化的规律，计算加热目标温度的方法。
　　利用电量散点图对电池组中各单节电池的状态进行了分析，指出使电池组中最小容量单节电池得到充分利用的条件为电池组中最小剩余放电量电池和最小剩余充电量电池为同一节电池。进而提出了以最小容量单节电池充分利用为目标，结合基于单点SOC一致的电池组在线均衡算法，并制定了电池处于不同SOCnew状态的均衡控制阈值。针对72V/100Ah电池组，考虑电池组均衡需求及电池组均衡时的温升，确定均衡电阻的阻值为4Ω，均衡电流达到1A，为常规均衡电流的10倍。在所提出均衡算法的基础上，提出了电池组SOH的计算方法。
　　根据电池组配备的车载充电机参数，匹配了加热单元的串并联方式。在传统耗散式均衡系统的拓扑结构基础上设计了耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统的拓扑结构。根据系统功能需求，在原BMS的基础上设计了均衡单元的硬件。开发了电池组预热控制模块软件、电池组均衡控制模块软件，制定了BMS与车载充电机间的通讯协议。在72V/100Ah电池组上进行了均衡温升实验和低温充电预热实验，实验结果表明，20℃环境温度下，极限状态下电池组均衡过程引起电池组内温升在7℃以内。在-20℃环境温度下，系统40min可以将电池组加热到16℃，并在随后的4h内维持电池组内温度在0℃以上。实验结果证明了所开发的耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统的有效性。

目录

声明

摘要

主要符号表

1．1 课置背景及意义

1．2 与课题相关的文献综述

1．2．1 电池组加热技术研究现状

1．2．2 电池组均衡技术研究现状

1．3 课题主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统的研究

2．1 电池基本参数的定义

2．2 课题实验用电池及测试设备

2．3 耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电余热系统设计思想

2．4 电池低温充电预热技术的研究

2．4．1 电池低温性能实验

2．4．2 电池箱内加热系统的设计分析

2．4．3 电池低温预热的实验研究

2．4．4 电池低温充电预热策略

2．5 本章小结

第3章 耗散式均衡技术的研究

3．1 电池组容量分析

3．2 电池组均衡控制策略

3．3 均衡控制阈值

3．4 均衡电阻阻值的计算

3．5 电池组SOH的估算

3．6 本章小结

第4章 耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统硬件及软件设计

4．1．1 系统结构设计

4．1．2 硬件功能分析

4．2 硬件电路设计

4．2．1 均衡和加热开关电路

4．2．2 通讯电路

4．3 软件设计

4．3．1 充电流程

4．3．2 系统与充电机通讯协议的制定

4．3．3 均衡控制流程

4．4 本章小结

第5章 耦合耗散式均衡系统的动力电池组低温充电预热系统的测试

5．1 实验装置

5．2 均衡过程中的温升

5．3 低温充电预热实验

5．4 本章小结

6．1 课题总结

6．2 本文的不足和展望

参考文献

致谢