纯电动汽车动力电池管理系统的研究与设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331205009河北工业大学硕士学位论文纯电动汽车动力电池管理系统的研究与设计论文作者：赵东欣学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：仪器仪表工程指导教师：杨伟东职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentandMeterEngineeringRESEARCHANDDESIGNOFPOWERBATTERYMANAGEMENTSYSTERMFORPUREELECTRICVEHICLEbyZhao

2、DongxinSupervisor:Prof.YangWeidongMarch2016摘要出于能源危机、环境问题以及振兴国内汽车制造业的考虑，近年来我国对于新能源汽车发展持续加码。动力电池及其管理系统作为其关键部件，越来越被重视。但因为电池本身的高度非线性、与工况严重耦合及电池成组应用技术积累的欠缺，电池管理系统性能并不尽如人意，仍存在电池荷电状态估计精度差、充放电控制不当导致电池过充过放、整车续航里程短等问题。本文通过对锰酸钴三元锂电池特性的研究，建立了实验电池的二阶RC等效电路模型，采用最小二乘法对脉冲充/放电实验数据进行拟合得到模型充电和放电方向的参数。

3、通过修正的HPPC实验数据验证该模型具有良好的仿真精度。然后基于建立的等效电路模型得到扩展卡尔曼滤波（EKF）算法所需状态方程和观测方程，在Simulink中通过S函数实现该算法，并通过HPPC工况和自定义动态工况验证该算法收敛性好，对SOC的估计误差低于±3%。根据电池管理系统的功能要求设计完成了电池管理系统各功能模块的软件程序和硬件电路。基于单体电池等效电路模型提出了设计增量模型实现电池组的不一致性仿真。基于dSPACE仿真平台搭建了由仿真环境和软硬件测试平台组成的一套完整的硬件在环测试系统，完成对BMS的功能测试。测试结果表明，设计的电池管理系统完成了对

4、电池电压、电流、温度的测量和对充放电过程的有效控制，实现了荷电状态SOC的较准确估算，其误差低于±5%，满足行业内SOC估计误差低于±8%的要求。关键词：电池管理系统电池模型SOC估算硬件在环测试IABSTRACTConsideringthecrisisofenergyandenvironmentandtherequirementtorevitalizedomesticautomobilemanufacturingindustry,thegovernmenthaspaidmoreattentiontodevelopingelectricvehicleindus

5、tryinrecentyears.Asthekeycomponents,powerbatteryanditsmanagementsystemareincreasinglybeingtakenseriously.However,duetothehighlynon-linearityofbattery,thecomplexcouplingrelationshipwithworkingconditionsandthelackofbattery’sgroupapplicationtechnology,theperformanceofbatterymanagements

6、ystemisnotsatisfactory.Therearestillmanyproblems,suchasthepooraccuracyofState-of-charge(SOC)estimation,thephenomenonofover-chargingorover-dischargingforimpropercontrolmethod,theshortmileage,andsoon.Theequivalentcircuitmodeloftheexperimentalbatterywasestablishedbasedontheresearchonth

7、echaracteristicofNCMLithium-Ionbattery,whoseparametersofcharginganddischargingdirectionwereobtainedbyfittingtheexperimentaldataofpulsecharge/dischargeexperiment,andthehighsimulationprecisionwasverifiedbycorrectingthemodifiedHPPCexperimentaldata.Accordingtotheequivalentcircuitmodel,t

8、henthestateequation