基于磷酸鐵鋰單體電池荷電狀態(tài)的均衡算法研究.pdf

1、電動(dòng)汽車具有低噪聲、幾乎零排放的優(yōu)點(diǎn)，是解決能源、環(huán)境等問題的重要途徑。動(dòng)力蓄電池是電動(dòng)汽車的重要組成部分，在很大程度上決定了電動(dòng)汽車的性能。由于磷酸鐵鋰電池具有功率密度高、單體電壓高等特性，在電動(dòng)汽車應(yīng)用中倍受青睞。單體電池在制造中不可避免地存在不一致性，電動(dòng)汽車頻繁且不規(guī)則的起步停車、加速爬坡及減速制動(dòng)等工況切換造成了電池組的充放電方式、電流大小及歷時(shí)長(zhǎng)短的不確定性，導(dǎo)致了電池組內(nèi)熱環(huán)境的不均勻性，因而加劇了電池間不一致性，這對(duì)大容

2、量串聯(lián)電池組尤為明顯。這種不一致性的加劇將致使單體電池壽命急速衰減，直至失效。要實(shí)現(xiàn)大容量磷酸鐵鋰電池的廣泛應(yīng)用，有效的電池均衡系統(tǒng)是改善電池組性能、延長(zhǎng)電池組壽命的關(guān)鍵技術(shù)，也是電池管理系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1)針對(duì)當(dāng)前耗散型均衡電路能耗大以及非耗散型均衡電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低的缺陷，結(jié)合磷酸鐵鋰串聯(lián)電池系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出兼有充電模式與放電模式的復(fù)合均衡電路，同時(shí)也對(duì)放電電阻與DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，為

3、獲得良好的均衡性能提供了可靠的硬件基礎(chǔ)；
　　2)采用Digatron多功能電池測(cè)試儀對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行恒流充放電特性、脈沖充放電特性、循環(huán)壽命特性、內(nèi)阻特性、遲滯特性、開路電壓特性及效率特性的實(shí)驗(yàn)研究，并建立相應(yīng)的回歸模型。通過上述各項(xiàng)特性的研究，獲得磷酸鐵鋰電池各項(xiàng)特性的物理表現(xiàn)和數(shù)學(xué)表達(dá)及其演變規(guī)律，為電池荷電狀態(tài)（SOC）的動(dòng)態(tài)估算以及均衡控制算法的優(yōu)化提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；
　　3)考慮到電壓均衡易造成過度均衡，容量

4、均衡不宜在線實(shí)施的缺陷，本文采用SOC均衡。針對(duì)目前電池SOC估算存在的適用性差、精度低的問題，結(jié)合對(duì)磷酸鐵鋰電池的電化學(xué)機(jī)理及其動(dòng)態(tài)特性演變規(guī)律研究，提出基于加權(quán)反饋模型與動(dòng)態(tài)修正模型的加權(quán)反饋?zhàn)赃m應(yīng)融合算法以實(shí)現(xiàn)電池動(dòng)態(tài)SOC的估算。針對(duì)單一算法的局限性，采用遺傳模糊控制算法對(duì)安時(shí)積分法與Thevenin等效電路模型進(jìn)行加權(quán)反饋從而形成加權(quán)反饋模型；考慮到電池實(shí)時(shí)工況下電池溫度、SOH、自放電因子、自恢復(fù)因子等參數(shù)對(duì)SOC的影響，建

5、立基于QPSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)修正模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)加權(quán)反饋模型的修正。為了驗(yàn)證加權(quán)反饋?zhàn)赃m應(yīng)融合算法的有效性，對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行不同初始SOC、不同電池溫度及不同老化條件下的試驗(yàn)驗(yàn)證，并獲得較好的估算精度，為均衡控制提供了有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)；
　　4)針對(duì)目前均衡算法存在的過度均衡、均衡能量損耗以及均衡時(shí)間浪費(fèi)的問題，通過解決單體電池SOC估算中采樣參數(shù)時(shí)間不一致性與噪聲等難題，本文提出基于單體電池SOC的自適應(yīng)遺傳算法以實(shí)現(xiàn)均衡控制