磷酸铁锂动力电池组均衡控制策略研究

摘要

近年电动汽车的动力源由高污染的铅酸电池改为低污染的磷酸铁锂动力电池，进而鼓励使用电动汽车的政策也越来越多。电池作为电池汽车的核心部分之一，对它的智能管理意义重大。电动汽车的输出功率在一百千瓦左右，所需电池组电压一般也在几百伏，但是由于磷酸铁锂电池的工艺及安全问题，单体电池的容量不能太大，因此为满足动力要求，就必须要将若干单体磷酸铁锂电池串并联后使用。尽管是同批次的磷酸铁锂电池，也会因生产差异、自放电率不同、使用时老化等原因导致各单体电池剩余电量不一致。电池组的不一致性严重影响了电池组的使用效率与寿命，所以对电池组均衡充电是必不可少的。
　　本文针对上述分析的电池组一致性问题，结合前人研究过的均衡方案，研究了满足动力电池组在充放电时的均衡方案，可以实时监测电池的健康状态和电池间的能量均衡。TMS320F2812作为管理系统的主控模块，单体电池的电压采集由电池监视器芯片bq76PL536A-Q1完成，单体电池的温度采集由DS18B20完成，电池组充放电电流的采集由霍尔传感器组成的功能模块完成。电池组的均衡采用能量非耗散型均衡方式，选用TI公司的TPS55010作为均衡模块核心芯片，并以电池荷电状态SOC(State Of Charge)为依据设计了新的均衡算法，均衡响应更快、更准确，均衡效率更高。
　　为完成本课题的研究，针对提出的均衡策略，搭建了实验平台，并记录了相关实验数据;实验表明，提出的智能管理系统可以实时监测单节电池的电压、温度、电池组的充放电电流及剩余电量，设计的均衡模块有效地解决了电池组的一致性问题。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 电池组均衡技术重要性

1．3 国内外均衡控制技术的研究现状

1．3．1 均衡控制策略研究现状

1．3．2 均衡电路研究现状

1．4 课题研究主要内容

2 磷酸铁锂动力电池特性分析和模型建立

2．1 磷酸铁锂电池的原理和性能指标

2．1．1 磷酸铁锂电池的原理

2．1．2 锂电池主要性能指标

2．2 磷酸铁锂电池特性

2．2．1 磷酸铁锂电池充电特性

2．2．2 磷酸铁锂电池放电特性

2．2．3 磷酸铁锂电池温度特性

2．3 磷酸铁锂电池的极化

2．4 电池模型的研究

2．5 本章小结

3 均衡原理及策略

3．1 电池组一致性问题

3．1．1 电池组一致性问题产生的原因

3．1．2 电池组一致性问题的影响

3．1．3 改善电池组一致性问题的措施

3．2 电池SOC的估算

3．2．1 电池SOC的定义

3．2．2 电池SOC估算的主要方法

3．3 本文SOC估算方法的确定

3．4 均衡控制策略研究

3．4．1 电池组均衡控制的判断依据

3．4．2 电池组均衡控制策略的制定

3．5 本章小结

4 电池组均衡系统设计

4．1 控制模块

4．1．1 数据采集模块

4．1．2 电源模块

4．2 软件设计

4．3 均衡单元硬件电路原理

4．4 均衡单元硬件电路设计参数

4．5 本章小结

5 实验结果与分析

5．1 电池组均衡实验

5．1．1 实验平台介绍

5．1．2 实验结果分析

5．2 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 今后工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果