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电动汽车动力锂电池组均衡方案设计及仿真验证

王锐  
【摘要】:现阶段能源危机和环境污染已成为了一个全球性问题,在发展低碳经济的大背景下,电动汽车以其多元化的能量来源受到越来越多的重视,必将成为未来汽车行业的主流方向。各国政府和汽车制造企业都致力于电动汽车和动力电池的技术攻关和产业化推进,取得了很大的成就。电动汽车的快速发展主要受限于技术研发和成本控制,这两方面的关键都在于车用动力电池的发展。在目前主流动力电池中,锂离子电池以能量密度高、循环使用寿命长、自放电率小、无记忆效应、安全无污染等优点脱颖而出。在实际应用中为了达到电动汽车电压、功率以及行驶里程的要求,通常将上百节锂离子单体电池成组应用。然而受限于生产工艺,出厂之初的各单体电池参数上必然会存在差异,而这种初始差异会随着使用过程中循环充放电次数的增多而逐渐累积。单体电池参数离散化程度扩大,不一致性加重会严重影响电池组的性能和循环使用寿命。本文提出在电池出厂之前进行更为严格合理的分选配组,在使用过程中及时建立均衡控制系统来改善电池组不一致性。为了精确地描述动力电池单体以及电池组的特性,确定二阶RC等效电路模型作为本文的基本分析模型。综合分析开路电压、工作电压、SOC等常用的均衡变量,选取工作电压作为电池组不一致性的判据,并在此基础上制定均衡策略。对常见均衡拓扑电路的优缺点进行了对比分析,利用电感储能原理,基于均衡路径与均衡阈值的动态调整,采用了多准则限定的电池组均衡电路,并提出阈值优化策略,分别应用于单体串联电池组和分层电池组。为了验证均衡电路以及阈值优化措施的有效性,根据设计的均衡方案在Matlab/Simulink环境中搭建均衡系统仿真模型,对电池组充放电过程进行仿真。仿真结果表明,当应用于单体串联电池组和分层电池组时,多准则限定均衡电路在充电过程中能够有效减小高电压单体的充电电流;在放电过程中能够减小低电压单体的放电电流,具有出色的均衡性能,并且采取阈值优化措施后能够达到更好的均衡效果。


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