动力电池管理系统的均衡控制研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kingorbread
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伴随着社会经济的发展,能源匮乏、环境污染问题接踵而至,发展新能源汽车已成国家的重要战略举措。锂离子电池因其比能量高、充放电能力强等一系列优点,成为新能源汽车首选的动力源,并在新能源汽车领域得到广泛应用,而串联使用后的电池,由于之间的差异等因素所表现的不一致性,极大地影响了电池组的使用寿命和电动汽车的稳定性。电池管理系统BMS(Battary Management System)作为电动汽车的重要组成部分,属于新能源汽车的核心控制器,而均衡控制技术作为BMS中的关键技术之一,主要目的是对动力源进行有效的管理,提高动力源的一致性,避免电池过充过放现象的发生,对新能源汽车的发展至关重要。因此,本论文在此研究背景下,总结了现学者对均衡控制的研究现状,明确了从均衡控制策略和拓扑结构两个方向展开对均衡控制技术的研究深入探讨,研究了以下内容:针对电池组不一致性问题,从生产、使用、存储三个过程,深入探究电池组产生不一致性的原因,以及不一致性在使用状况下反映出的不同表征参数形式进行分析,并总结提出了改善电池组不一致性的方法。通过比较分析不同均衡电路架构特点,设计以Buck-Boost非能耗电感式硬件架构为基础的均衡控制方案,并对其控制原理、拓扑结构参数的计算详细分析,建立并推导出开关管占空比与均衡电流间的数学模型,用于后续设计的均衡控制策略和仿真;通过开路电压法,并用MATLAB拟合得到的OCV-SOC特性变化曲线,在研究各种均衡指标特性变化的基础上,制定了混合变量自适应模糊调节控制策略,主要是采取电压和SOC双均衡变量,并结合模糊控制理论分别设计控制调节器,弥补单一变量设计的均衡策略在电池组循环使用过程的缺陷,使在不同阶段能有效快速消除电池组不一致性;运用Matlab/Sim Power Systems搭建均衡系统模型,从静置、充电、放电三个阶段进行运行验证,并与未加入均衡控制方案进行对比,进一步证明控制方案的可行性。最后设计了以BQ76940电池监测管理芯片及STM32F407VET6为核心的均衡控制系统的软硬件,并通过搭建8节电池实验平台从不同阶段测试均衡效果,测试所得的数据精度较高,加强了均衡控制方案的均衡效果,也进一步从实际应用的角度表明了方案的有效性,有效地提高了电池组的一致性。
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