电动汽车动力电池的电气特性分析及模型研究

摘要

汽车是现代工业文明的象征，与人们的生产与生活已密不可分。目前电动汽车已进入了快速发展期。纯电动汽车，混合动力汽车和燃料电池电动汽车的技术性能已经有了很大的提高，但是电动汽车目前面临许多需要解决的关键问题，如动力电池、电动机及驱动控制系统和能量管理系统等，使得电动汽车目前还不足以与普通燃油汽车全面抗衡。电动汽车动力电池的性能及成本是制约电动汽车发展的关键问题，它实际上已成为电动汽车发展的瓶颈，因此开展电动汽车动力电池特性及应用研究十分重要。
　　镍氢电池因为其污染小、比能量高、比功率较高和循环寿命长、免维护的储能设备，在当前倡导的新能源汽车中备受重视。作为电动汽车动力源的动力电池，其相应特性必须满足电动汽车行驶、安全性能要求。本文以国内某品牌混合动力汽车项目为支撑，以混合动力汽车用镍氢电池为研究对象，运用实验和计算机仿真相结合的方法来研究镍氢电池。本文对镍氢动力电池的研究方法可以在其它动力电池研究上使用和推广。
　　本文首先分析了造成镍氢动力电池动态滞回特性的原因，提出以往在使用传统的开路电压法估算电池SOC时未考虑滞回特性影响的修正方法，提出修正的开路电压法，减小了滞回特性对开路电压估算SOC的影响。基于电池的快速充电理论，对电池的快速充电方法进行研究。通过实验验证快速充电方式的适用性。对于电池的放电电流对电池放电容量的影响，引入 Peukert经验公式来计算镍氢电池的放电容量并通过实验验证公式在镍氢电池上的适用性。对于电池模型，在比较几类常见的动力电池模型的基础上，考虑电池使用过程中容量非线性效应和电池恢复效应的影响，使用 KiBaM模型来反应这两个特性，结合改进的Thevenin电路模型来表现电池的V-I特性。根据模型估算电池剩余电量(State of Charge，简称SOC)。对电池的SOC估算，本文采用改进的安时法来估算SOC的值。该方法以电池等效模型为基础结合修正的开路电压法进行电池SOC的估算，称为综合安时估算SOC方法。在建立估算模型时，考虑影响SOC估算准确度的因素，在模型中加入修正因子。通过与普通安时估算法的仿真对比来说明综合安时法的有效性和准确性。最后从汽电池兼容的角度来看待电池在系统级电磁兼容中的作用。动力电池组系统作为混合电动汽车中高压电气系统中的一环，对于传导干扰来说，电池组是传导干扰的耦合路径。因此对动力电池的高频阻抗特性的研究就显得十分必要。本文对电池建立高频阻抗模型的方法由电池单体着手，继而运用到建立串、并联电池组的高频模型。通过实验测试，取得了不错的效果。

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1 绪 论

1.1 论文的选题背景及意义

1.2 镍氢电池概述

1.3 电动汽车对动力电池的性能要求

1.4 论文的主要研究工作

2 镍氢电池的工作原理及性能指标

2.1 镍氢电池的工作原理

2.2 电池的电极极化

2.3 镍氢电池的性能指标

2.4 本章小结

3 镍氢电池特性研究

3.1 镍氢电池动态滞回特性

3.2 镍氢电池充放电特性分析

3.3 本章小结

4 镍氢电池动态等效模型研究

4.1 蓄电池常用等效模型

4.2 综合Thevenin等效模型研究

4.3 本章小结

5 镍氢电池SOC估算

5.1 SOC的估算方法

5.2 镍氢电池SOC估计的影响因素

5.3 综合安时法估算镍氢电池SOC

5.4 本章小结

6 镍氢电池的高频阻抗特性研究

6.1 电动汽车动力电池在汽车电磁兼容中的研究

6.2 电池单体的高频阻抗特性模型

6.3 串、并联电池组高频阻抗特性模型

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附 录