电动汽车动力电池管理系统的开发

电动汽车是节能与减排大背景下的研究热点。电池管理系统是电动汽车的三大核心技术之一,实时检测动力电池组参数,估计动力电池的荷电状态(SOC, State of Charge),均衡电池单体间的不一致,对电动汽车的电池使用安全和循环寿命具有重要意义。本文在分析电池管理系统功能需求的基础上,研究了电池管理系统的分布式结构,完成了系统的软硬件设计和实验验证。硬件方面,针对电池单体串联数目大、单体间存在积累电势且积累电势各不相同的特点,为了达到高精度电压检测要求,将本地控制单元分为电池参数采集、电源管理、电气隔离和通信四个模块进行设计;软件方面,在满足基本功能要求的基础上,为了实现程序的可移植、易维护和可重复使用,按照分层模块化的思想,设计了电池管理单元和本地控制单元的软件架构,减少了软件对底层设备的依赖程度,提高了软件的可移植性,缩短了系统的软件开发周期。然后,考虑到电池参数模型与环境温度、电池充放电电流、荷电状态等因素有关,为了实现对电池SOC的估准确估计,首先应用扩展卡尔曼滤波算法对模型参数进行在线辨识;在此基础上基于改进的Thevenin等效电路模型,设计了滑模观测器估计SOC,并分析了估计器Lyapunov意义下的稳定性,给出了估计器收敛的充分条件,并对该算法在典型循环充放电工况下进行了实验验证,结果表明该估计算法精度较高,具有较好的收敛性。最后,针对被动均衡方式效率低、发热大、消耗电池能量的不足,研究了电池主动均衡控制方法。采用多变压器均衡电路,实现电池模块中任意单体的双向均衡,并对该均衡方案进行了实验验证,结果表明均衡方案均衡效果良好,达到了设计要求。

电动汽车; 电池管理系统; 电池荷电状态; 主动均衡;

国家自然科学; 中国博士后科学基;

林玉荣;

TM912

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