文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
电动汽车动力电池管理系统的研究
姓名:姜国权
申请学位级别:硕士
专业:动力机械及工程
指导教师:朱建新
20090201
上海交通大学硕士学位论文摘要
电动汽车动力电池管理系统的研究

摘要

能源短缺和环境污染是现今世界汽车工业发展面临的两大挑战,因
此开展新能源汽车的研究已经刻不容缓。混合动力汽车较传统车而言,
兼具内燃机车的特点又吸收了电动车的优势,在有效提高经济性和降低
排放方面有很宽广的应用前景。作为混合动力汽车的关键部件,动力电
池对整车动力性、经济性和安全性具有重大影响。
电动汽车动力电池系统的研究总体上可以分为电池组本身的机械系
统集成和电池管理系统的研究。其中的电池组本身的机械系统集成主要
包括满足汽车空间布置的电池组箱体的外部空间尺寸设计和机械强度设
计,以及满足良好散热条件的箱体内部尺寸设计和合理的电池串联方式
和空间布置。整个电池系统总成需由带支承(或悬挂)装置的外壳进行防
水、防尘、绝缘的包装,内含若干单体蓄电池组成的蓄电池模块、必要
的传感器、通风通路、蓄电池组管理器 BMS (Battery Management
System)、内部动力电缆等。
电池管理系统的研究主要包括对电池运行参数的检测和优化。其中
电池的电压、电流、温度是电池管理系统主要的测量参数,只有精确检
测到以上三个数据,才能结合合理有效的数学算法和策略估算出电池的
SOC 和 SOH 等重要参数,并且对电池组充放电的最大电流和门限电压
实时控制以达到对电池的充分保护和正常使用。同时汽车行驶过程中的
安全性问题也是一个重要议题,必须实现有效的的高压电安全管理和故
障诊断功能。
本文在分析了现有的一些电池模型的基础上,建立了对电池的动态
I
上海交通大学硕士学位论文摘要
模型参数进行识别的数学方法,并在 MATLAB/Simulink 中进行动力电池
建模和仿真中得到了验证,其结果同时也可以对动力电池剩余电量的估
算提供较好的参考价值,有助于提高 SOC 的估算精度。
为了满足混合动力汽车上的能量需求,车用电池组通常都是由几十
个甚至上百个单体电池串联起来为电动汽车提供能量。由于生产工艺水
平的制约,单体电池之间的性能在生产时就存在一定的差异性。而实际
使用中连续的充放电循环导致的单体电池的差异,将使某些单体电池电
量加速衰减。而电池组的实际可用电量是由单体电池的最小剩余电量决
定的,因此这些差异将使电池组的可使用电量减少,甚至缩短电池的使
用寿命。目前电池组在使用前的匹配要求较高,能减少一些不均衡性的
影响,但是仍不能根本解决均衡性的问题。为了解决这种不均衡对锂离
子电池组的影响,在电池组的使用过程中需要使用电池管理器及其均衡
子系统对其进行优化管理。本文根据电池实际的不均衡现象有针对性地
设计了“削峰填谷”的均衡子系统。结合锂离子电池使用过程中的不稳
定性,特别是电池充放电末期电压和 SOC 的高度非线性,充分考虑了锂
离子电池电压和 SOC 不同步性,提出了“以电量为目标,控制充放电时
间”的均衡策略,以此来达到较好的均衡效果。

关键词:动力电池,电池管理器,模型参数识别,电池均衡,均衡
控制策略

II
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
STUDY OF POWER BATTERY MANAGEMENT SYSTEM IN
ELECTRIC VEHICLES
ABSTRACT
Energy shortages and environmental pollution is two of major challenges
the world automobile industry faces, so that it is very urgent to research and
develop the new engery-saving and environemently-friendly new energy
vehicles. Hybrid Electric Vehicle (HEV) currently is the most avorable
solution, bines the merits of both tradictional and pure Electric
Vehicles, so that it is promising in various applications by effectly reducing the
emission and saving th