磷酸铁锂动力电池组性能测试与分析

摘要

磷酸铁锂电池由于自身的性能特点受到广泛关注和应用，是目前电池界竞相开发研究的热点。为了掌握电池组特性以及解决电池组的安全和延长使用寿命，有必要对电池组的性能作深入的研究，为电池管理系统提供依据。本文主要从磷酸铁锂电池组信号采集、电池组的放电特性、一致性和状态估计方面开展研究。主要研究内容如下：　　 设计了电池组的单体电压、总电流及温度的采集模块。采用业界首款多节电池监控芯片LTC6802从高共模电压中抽取一个小幅差分电压，并利用芯片提供的相关联MOSFET开关，设计了被动均衡充电电路。信号采集精度达到设计要求。　　 对电池组进行放电和一致性特性分析。串联的10节电池组在不同SOC下进行了不同倍率的恒流放电的试验，考察了放电电流大小对电池性能的影响，同时研究了SOC对电池性能的影响。试验表明磷酸铁锂电池组放电过程中有一个很平稳的放电平台且在低SOC状态下有一定的大倍率放电能力；放电能量效率随SOC增大而增加，随放电倍率增大而减小；大倍率放电性能较其他电池好。110节串联的磷酸铁锂电池组在无施加电流和施加电流时单体电池总体上成正态分布，实现了利用统计学原理对故障电池进行初步有效的诊断功能。　　 利用双kalman滤波器对电池组进行状态估计。在单体电池SOC定义的基础上先对电池组的SOC作了分析，结合试验建立了电池组的开路电压模型、工作电压模型和放电效率模型。为了分离大电流对电量损失的影响，利用二阶段放电试验建立放电效率模型。由于电池组在一定情况下可以等效为单体电池，利用安时计量法和双卡尔曼滤波估算了电池的SOC，在一致性误差系数相关函数的基础上对电池组SOC作了定性上的分析。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2课题研究的目与意义

1.3动力电池开发现状

1.3.1动力蓄电池主要性能指标

1.3.2磷酸铁锂电池发展现状

1.4电池组性能研究现状

1.5主要研究内容

第2章磷酸铁锂电池组信号采集系统硬件设计

2.1磷酸铁锂电池工作原理

2.2磷酸铁锂电池组模拟信号采集电路设计

2.2.1单体电池电压采集

2.2.2总电流采集

2.2.3温度采集

2.3电池组充电被动均衡电路

2.4本章小结

第3章磷酸铁锂电池组特性分析

3.1电池组在标准充电和放电电流下的特征

3.2电池组在不同SOC不同放电倍率条件下的放电行为

3.3电池组在不同倍率的电压平台差随SOC的变化

3.4电池组在不同倍率下放电能量随SOC的变化曲线

3.5电池组可用容量与电流大小的关系

3.6电池组一致性分析

3.6.1利用统计原理分析110节单体电池开路电压和极化电压一致性

3.6.2利用统计原理对故障电池的初步诊断

3.7本章小结

第4章电池组状态估计

4.1对电池SOC定义的理解和分析

4.2电池组性能模型的建立

4.2.1开路电压与SOC模型

4.2.2工作电压模型

4.2.3放电效率模型

4.3电池组荷电状态SOC的估算

4.3.1线性滤波估计

4.3.2电池组SOC的双卡尔曼滤波估计

4.4电池健康状态SOH的评估

4.5本章小结

第5章全文工作总结与展望

5.1全文工作总结

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

附录