车用动力电池充放电特性与智能管理技术

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1、车用动力电池充放电特性与智能管理技术北京交通大学硕士学位论文姓名：刘彦忠申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：张奕黄201206中文摘要中文摘要摘要：能源危机、环境污染等诸多的因素把电动汽车推上了历史的舞台。发展电动汽车具有节能和环保的双重效益，尤其是纯电动汽车在能量总转换效率和污染总排放方面具有明显优势，是未来汽车产业的发展方向。但是车用动力电池却成为制约电动汽车发展的瓶颈，能量密度低限制了电动车的续航里程，电池成组后使用寿命缩短和安全性能下降以及电池充电时间长等问题都阻碍了电动汽车的产业化。为了增加电动汽车的续航里程，保持车用动力电池的性能良好，对电池系统进行有效全面的监控和管理是有非

2、常有必要的。电池管理系统（ＢＭＳ）成为电动汽车商业化、实用化的关键。电池管理系统的主要功能包括单体电池的电压监测、温度监测、电池组总电压的监测、电池剩余电量的估计、电池均衡控制管理、电池安全保护等。而———————————————————————————————————————————————核心问题是对电池荷电状态（ＳＯＣ）的估计，系统中许多功能的实现都是以ＳＯＣ的准确估计为前提的。电池管理技术可以防止成组电池出现的滥用和不合理使用，保障电池使用的长寿命和安伞性，提高电动车运行的效率，实现电池容量和能量利用的高效性。本文以电动游览车的电池管理为研究内容，设计了适合磷酸铁锂动力电池使用的管理系

3、统。文中首先阐述了研究背景，内容涉及电动汽车的研究现状、动力电池和电池管理技术的发展。第二章通过四个特性实验研究了磷酸铁锂电池的充放电特性，选择了合适的电池模型并且确定了电池模型参数的获取方法。第三章重点研究了ＳＯＣ估算的几种方法，提出了适合磷酸铁锂电池使用的复合估算方法。复合算法是基于ＥＫＦ算法并结合开路电压法和安时积分法来对电池的ＳＯＣ进行估算的，并对复合算法进行了仿真验证。第四章论述了电池成组应用和均衡的有关问题。第五章重点介绍了电池管理系统的硬件、软件设计，以及ＬＡＢＶＩＥＷ单体电池电压监控界面。关键词：充放电特性；卡尔曼滤波；均衡仿真；磷酸铁锂电池；电池荷电状态；ＩＪＣ６８０２．１。

4、分类号：Ｕ４６９；致谢本论文的工作是在我的导师张奕黄教授的悉心指导下完成的，张奕黄教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来张奕黄老师对我的关心和指导。———————————————————————————————————————————————张奕黄教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向张奕黄老师表示衷心的谢意。张奕黄教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，新能源所的鲁妍同学、刘秋降同学、电机所李泽源博士、王峰学长以及中科院深圳先进技术研究院的王大龙同

5、学、石家庄铁道大学的任春梅同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。同时要感谢２０２实验室的王美平、杨超南、韩舒淋、王君、韩广朋、耿延龙、李宏业等同学，感谢你们在生活上给予了我无微不至的照顾。另外也要感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。绪论１绪论１．１研究背景环境污染、能源危机和能源安全等因素将电动汽车推上了历史的舞台，成为了全世界研究和关注的热点。和传统汽车产业相比，肝发电动汽车具有环保和节能的双重效益。特别是纯电动汽车在能量转换效率和尾气排放等方面具有明显优势，是未来汽车产业重要的发展方向。新能源电动汽车产业在我国也被列为重点发展的新型战

6、略产业，通过开展电动汽车的开发和研究来促进汽车产业的技术进步和结构———————————————————————————————————————————————调整，最终实现我国在汽车产业上的“弯道超车”１１Ｊ。在国家政策的指引下，各级地方政府、汽车公司以及高校、研究院所等纷纷加大精力投入，积极开展电动汽车产品开发和技术攻关，电动汽车产业发展形势良好。虽然近１０年是电动汽车受重视程度最高、技术研发最为迅速的１０年，但是电动汽车市场却一直处于“千呼万唤始出来，犹抱琵琶半遮面”的窘境。电动汽车市场局面尚未大面积展开，观望等待气氛浓重。到目前为止，电动汽车技术还不完全成熟，电动汽车产业化的模式也未形

7、成，发展电动汽车产业面临严峻挑战。纯电动汽车产业化过程中面临的核心问题主要有以下四个：（１）动力电池的有效储能密度不到化石燃料的十分之一，并且在短时间内这种状况不会发生根本性的改变。（２）在比较长的一段时间内，电动汽车产量小、市场小，不具备大规模生产条件。（３）在相当长的一段时间内，电池的价格不会有大幅度下降，电动汽车成本会持续居高不下。（４）电池充电时间长，没有燃油汽车加油方便。虽然目前电动汽车