不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析

以明确电池不一致性对动力电池组使用寿命的影响为目标,分析了在制造和使用过程中动力电池不一致性的形成原因. 在电池使用寿命试验数据分析的基础上,提出并建立了动力电池组不一致性对使用寿命影响的数学模型,定义了不一致性影响下的电池容量损伤系数. 通过理论分析和示范运行证明了提高一致性及电池成组技术研究的重要性. 在电池成组技术、使用维护方面提出了延长电池组使用寿命的动力电池维护措施.     

一种基于IMM-ABSE算法的锂离子电池组SOC估算

信号噪声干扰、电池模型对温度与老化的适应性及单体不一致性等因素直接影响电池组电荷状态(State of Charge,SOC)估算精度.为实现锂离子电池组SOC的准确估计,提出了一种使用交互多模型(Interacting Multiple Model,IMM)和自适应电池状态估计器(Adaptive Battery State Estimator,ABSE)相结合的估算方法.首先,基于电池组综合特性建立电池交互模型,通过ABSE对单体SOC进行估算并嵌入IMM模型中.然后,计算各模型的信息分配因子,并根据信息分配因子对各模型的SOC进行概率融合,得到精度较高的电池组SOC.最后,在不同温度的组合工况下,评估该算法的鲁棒性和普适性.实验结果表明,该方法适用于系统输入信号存在噪声、全气候工况和单体间存在不一致性的环境,在有效充放电期间平均误差小于2%.     

电动汽车锂电池组的新型双向均衡法

由于电池制造工艺的制约导致生产出的电池间存在一定的离散性,多次充放电后不一致性更加严重,因此有必要对电动汽车电池组进行均衡.在分析了锂电池间不一致性的基础上建立了双向均衡结构,采用粒子滤波PF(Particle Filter)法估算电池初始剩余电量SOC(State Of Charge),提出了先让高SOC电池放电和先给低SOC电池充电的均衡法.该方法相比传统基于充电电压的均衡法能更精确的反映电池能量状态.实验结果表明,对于要求低能耗的系统采用先让高SOC电池放电均衡至±2%平均SOC界限范围;对于要求均衡结果一致性较高的系统采用先给低SOC电池充电均衡至±1%平均SOC界限范围.该均衡方法有效改善了电池组间的不一致性,对于提高电动汽车锂离子电池的使用寿命和续航里程具有实际意义.     

动力电池组信息采集及上位机管理软件设计

针对电动汽车的动力电池组单体电池个数较多、排布位置分散等特点,采用英飞凌XC2785单片机作为主控芯片设计了双CAN总线的电池信息采集系统.利用USB-CAN转换模块将PC机作为电池管理系统内部CAN的一个节点,借助上位机软件可以对电池组状态信息进行实时监控及不一致性分析.实验证明,该系统能够长时间高效稳定运行,适合应用于动力电池组的电池管理.     

锂离子电池组均衡充电和保护系统研究

为了提高串联电池组充电过程中的一致性,设计了电池组均衡充电保护系统并介绍了其具体实现方法.分析了锂离子电池组均衡充电保护系统在电池组充电过程中的均衡充电和保护功能,建立了电池组均衡充电的控制模型.在锂离子电池组的均衡充电试验过程中,测量了模块的分离电流和反馈总线电压.豪华电动大客车BFC6100EV运行试验表明,均衡充电保护系统改善了电池组充电过程中的一致性以及保护作用,改善了电池的性能,延长了电池组的使用寿命.     

磷酸铁锂电池组的均衡充电研究与应用分析

针对车载磷酸铁锂动力电池组串联充电的需求,搭建了磷酸铁锂动力电池组管理系统,对动力电池组进行了串联充电试验。分析了电池组串联充电过程中单节电池电压和荷电状态不一致的情况,讨论了电池组单节电池的分散性对充电性能的影响,提出了对单节电池进行小电流补充充电的均衡方法,使电池组中单节电池的荷电状态基本相等。理论分析和试验验证表明,电池组串联充电末期,单节电池之间电压相差较大,荷电状态有一定差异,对单节电池补入少量电量(小于5%)即可使得电池组荷电状态一致性得到较大的改善。提出一种阶段式动力电池组均衡充电方法,从而可以避免动力电池组个别电池过充,而其他电池充不满的问题。     

基于PF-RLS的电池组SOC估算

针对电池组的安时积分法由于传感器的精度、电池老化、积分误差和初值,会导致SOC(state of charge)的估算不准确等问题,对传统安时积分法的SOC初值、标称容量、积分周期等参数进行了改进.在探索SOC与开路电压U_o内在联系的基础上,建立了一阶RC等效电路模型,通过带遗忘因子的递推无参数最小二乘法(PF-RLS)实时在线提取更新U_o,引入对U_o影响较大的电池温度θ变量,建立SOC-U_o-θ三维模型,为改进的安时积分法提供准确的初值,在考虑电池组不一致性的基础上,提出基于电池组的最大电压、最小电压融合算法,进行了FUDS(federal urban driving schedule)工况检测和实车工况验证.结果表明:PF-RLS在线提取U_o的精度为2.55%,单体电池SOC的精度为3.20%,电池组SOC算法的精度为4.00%,满足QC/T 897—2011 《电动汽车用电池管理系统技术条件》的要求.     

混合动力汽车用镍氢电池的散热结构分析

以混合动力车用镍氢电池为研究对象,利用计算流体动力学分析软件对现有电池组的散热结构进行了流场和温度场的仿真分析,研究结果表明现有电池组的温度场均匀性较差.通过调整挡板及电池的位置、改变电池倾斜角度和电池的间距、施加挡风结构、包覆保温层等方法改善了电池组冷却气流分布和电池组温度场均匀性,其中包覆保温层的效果最好.为混合动力车用镍氢电池热管理的设计提供了依据.     

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40 °C环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性. 在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40 °C环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响. 结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.      

基于一致性参数生成方法的电池组建模研究

电池系统建模对储能电池配置及能量管理系统策略等具有重要支撑作用。目前在电池组建模研究中应用参数生成方法时未考虑电池规模对模型训练速度及精度的影响，且适用的电池体系及运行工况较为单一。因此针对储能电站中不一致性显著的大规模电池组，基于少量电池样本参数的电池组建模问题展开研究，提出了基于变分自编码器的电池组一致性参数生成方法，研究了单体模型精度提升方法，建立了单体级别的电池组仿真建模并验证。通过参数统计特性和参数间相关系数计算及仿真结果，验证生成电池参数与原始参数的一致性高，多角度阐明了变分自编码器在电池参数生成方面应用的优越性。     

混合动力车辆多目标控制能量管理策略研究

为满足混合动力车辆动力性要求,并提高车辆的能量利用效率,根据动力单元与负载的能量关系及电池组充放电特性与SOC的关系,提出了一种基于电池组恒SOC和发动机燃油消耗优化控制的综合能量管理策略.对该策略进行实验验证的结果表明:电池组能保持在最佳工作状态,且车辆的燃油经济性提高了约8%.     

混合动力车辆多目标控制能量管理策略研究

为满足混合动力车辆动力性要求,并提高车辆的能量利用效率,根据动力单元与负载的能量关系及电池组充放电特性与SOC的关系,提出了一种基于电池组恒SOC和发动机燃油消耗优化控制的综合能量管理策略.对该策略进行实验验证的结果表明:电池组能保持在最佳工作状态,且车辆的燃油经济性提高了约8%.     

填充电池组的耐撞安全性

针对圆柱电池的电池组,提出了一种新型的填充保护方式来提升电池组的耐撞安全性. 通过实验和数值模拟对比了填充电池组与无填充电池组的耐撞安全性,讨论了采用树脂和不同密度的泡沫金属作为填充材料对电池组安全性的影响. 结果表明填充电池组呈现出更高的安全性,这是由于填充材料改变了电池的受力状态,使电池受力更合理、变形更均匀,从而减少了电池的破坏风险. 树脂填充提高了电池组的硬度和刚度,在冲击荷载下,使电池组更快地进入均匀受载阶段. 泡沫金属的选取需要综合考虑材料本身吸能的能力和材料对电池组能量分布的影响,硬度适中的金属泡沫填充电池组具有较好的耐撞安全性.      

功率分流式混合动力汽车复合电源系统设计

为解决功率分流式混合动力汽车单一蓄电池功率密度小、循环寿命短等问题,引入超级电容-蓄电池复合电源系统,利用AVL-Cruise/Simulink联合仿真平台搭建了功率分流式混合动力汽车的动力系统模型,在基于发动机最优工作曲线的能量管理控制策略中加入了复合电源功率分配策略,该功率分配策略能够缓冲起停发动机、制动工况下的电机工作时的大电流对电池的冲击,使电池尽可能工作在高效率区间来提高车辆的燃油经济性.在此基础上,对蓄电池组和超级电容进行了参数匹配,仿真结果表明蓄电池的放电过程得到了优化,所设计的复合电源系统能够提高车辆的燃油经济性.      

基于可重构电路的电池组充电均衡方法

为缓解锂离子电池组在恒流充电结束后因压降导致的电池组电压不一致问题，提出了一种改进型可重构均衡电路。在电池组充电过程中，改进型可重构均衡电路可等效为传统可重构电路，通过可重构电路控制各个电池充电状态，使电池组在充电过程中达到均衡；充电结束后并静置一段时间，通过改进型可重构电路中的Buck-Boost电路进行再均衡。改进型可重构电路能够在保证充电均衡的基础上对因压降现象而造成的电池组电压不一致进行再均衡。最后，通过搭建实物平台对该改进型可重构均衡电路进行验证，并与传统可重构电路进行比较，实验结果表明该均衡电路具有良好的性能。     

基于同芯多绕组的均衡技术

为了避免动力锂电池由于受各种因素影响而产生自身参数不一致性带来的弊端,采用均衡技术将单体工作状态差异程度控制在可接受的范围内是保证串联电池组能够安全可靠工作的有效途径。构建了一种基于同芯多绕组的均衡拓扑,对该拓扑进行工作原理分析并建立分析了两种不同工作模式下的等效电路模型,搭建了实验平台进行均衡实验,结果表明该均衡拓扑在两种不同工作模式下都能实现单体间直接均衡,验证了该均衡拓扑的均衡功能。     

电动客车动力电池组分断防护仿真分析

以提高侧碰撞工况下电动客车动力电池系统安全性为目标,提出了侧碰撞工况下电动客车动力电池组分断防护策略.建立了纯电动客车BK6122EV侧碰撞有限元模型,开展了动力电池组分断时刻及接触式碰撞传感器布置位置研究,确定了不同碰撞初速度工况下动力电池组分断时刻以及接触式碰撞传感器的布置方案.对于动力电池组被动安全防护具有重要理论意义和实践应用价值.      

动力锂电池变电阻均衡充电方法研究

针对动力锂电池组中单体电池之间电压不一致性,提出一种变电阻均衡充电方法。在分析了单体电池间电压不一致性的原因、设计数字可变电阻器和可变电阻仿真模型的基础上,采用Matlab/Simulink软件对可变电阻均衡充电进行仿真,根据电池端电压大小调节均衡电阻值。结果表明变电阻均衡控制可使电压误差控制在0.3 mV以内,有效的减小单体电池之间的不一致性、延长电池的使用寿命。