纯电动汽车锂电池组均衡充电技术研究

【摘要】：随着能源短缺与环境污染等问题的日益严峻,具有清洁环保特点的纯电动汽车成为能源产业发展的主流。然而,作为纯电动汽车直接驱动能源的串联锂电池组,其充电过程中的不一致性使纯电动汽车普及化受到制约,所以对锂电池组均衡充电技术进行深入研究是十分必要的。在此背景下,对锂电池组的均衡充电方法、控制方法、均衡充电监控系统等方面进行了研究,来推动纯电动汽车的普及。首先,对锂电池的充电特性及其国内外发展现状进行研究分析,总结锂电池组充电过程产生不一致性的原因。其次,针对锂电池组充电后期因单体锂电池性能差异而造成的可用容量不均衡、使用寿命缩短等问题,改进了一种结构较为简单、能量转移灵活的无损能量转移型均衡电路；根据锂电池组充电均衡过程是一个离散时间的决策过程,采用基于马尔可夫预测策算法的锂电池组充电均衡控制方案。通过以各单体锂电池电压为控制变量,对单体锂电池间能量转移方向进行预测与规划,选择最优转移路径,使锂电池组内各个单体电池能量达到均衡。通过仿真和实验结果分析,证明了该均衡电路及均衡控制方案的可行性,而且通过基于马尔可夫决策算法的均衡控制策略同基于模糊控制的锂电池组充电均衡控制策略作比较,证明了马尔可夫决策算法均衡控制策略的均衡效果良好,实现了锂电池组充电后期的充电均衡。最后,针对电动汽车锂电池充电时间长、充电过程中出现故障以及充电结束后的结果不能及时获取等问题,以单体锂电池的电压、电流及温度为监测参量,设计了一种基于物联网技术的汽车锂电池组充电监控系统。对系统总体进行分析及描述,完成了物联网系统的硬件整体设计和软件平台的搭建与测试。测试结果表明,利用LabVIEW设计的人机交互界面能够对锂电池充电过程进行实时远程监控,有效地完成了监测子系统和控制子系统间的充电数据传送,验证了该系统实时性、准确性,为用户提供了方便。 【关键词】：锂电池组 均衡电路 马尔可夫决策算法 物联网 远程监控
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题背景7-8
• 1.2 国内外发展现状8-12
• 1.2.1 电动汽车蓄电池国内外发展现状8-11
• 1.2.2 充电均衡技术国内外发展现状11-12
• 1.3 论文主要研究内容12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 锂电池组充电均衡技术研究14-33
• 2.1 锂电池原理及特性分析14-18
• 2.1.1 锂电池工作原理14-15
• 2.1.2 锂电池充放电特性15-16
• 2.1.3 电池组不一致性16-18
• 2.2 电池组充电方法选取18-20
• 2.3 均衡充电依据确定20-22
• 2.4 均衡电路方案确定22-29
• 2.4.1 能量耗散式电路23-25
• 2.4.2 非能量耗散式电路25-28
• 2.4.3 均衡电路的确定28-29
• 2.5 均衡充电策略研究29-32
• 2.5.1 模糊控制算法策略29-30
• 2.5.2 马尔可夫算法策略30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 锂电池组充电监控系统硬件电路设计33-44
• 3.1 充电监控系统总体设计33
• 3.2 控制电路设计33-37
• 3.2.1 单片机介绍33-35
• 3.2.2 显示电路设计35-36
• 3.2.3 报警电路设计36
• 3.2.4 输入电路设计36-37
• 3.3 信号采集电路设计37-39
• 3.3.1 电流检测电路设计37-38
• 3.3.2 电压检测电路设计38-39
• 3.3.3 温度检测电路设计39
• 3.4 均衡电路设计39-40
• 3.5 驱动电路设计40-41
• 3.6 CC2420电路设计41
• 3.7 保护电路设计41-43
• 3.7.1 防过充放电保护电路设计41-42
• 3.7.2 防过温保护电路设计42-43
• 3.8 本章小结43-44
• 第四章 锂电池组充电监控系统软件设计44-57
• 4.1 充电监控系统设计44-46
• 4.1.1 基于物联网技术的无线传输构建44-45
• 4.1.2 充电监控系统主程序设计45
• 4.1.3 充电监控系统界面设计45-46
• 4.2 数据采集子程序设计46-47
• 4.3 数据收发子程序设计47
• 4.4 均衡控制子程序设计47-48
• 4.5 充电均衡控制算法实现48-56
• 4.5.1 模糊控制算法实现48-54
• 4.5.2 马尔可夫算法实现54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 实验结果与分析57-62
• 5.1 充电均衡控制策略实验57-61
• 5.1.1 基于模糊控制算法结果分析58-59
• 5.1.2 基于马尔可夫算法结果分析59-61
• 5.2 充电监控系统实验61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录69-70
• 作者简介70
• 攻读硕士学位期间研究成果70-71

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