电动汽车动力电池组均衡方法分析(附件)【字数：12042】
摘 要电动汽车作为一种新型绿色交通工具，具有极其显著的优点。电动汽车与传统燃油汽车的最大区别是能量来源的方式不同。现如今，人们越来越重视环境问题，电动汽车是汽车工业发展的必然趋势。动力电池是电动汽车的核心部件，电池技术制约着电动汽车的发展。动力电池组由很多单体电池经过串联、并联组成的，在电池制造过程中，由于很多不可控因素的存在，电池之间存在着或大或小的差异。汽车运行过程中，电池的不一致性作用十分显著。随着电池的充放电次数的增多，这种不一致性会逐渐加剧。其结果会造成电池使用寿命缩短，电池性能下降，缩短了汽车的续驶里程。因此，研究一种动力电池组的均衡方法来减轻动力电池的不一致性具有重要意义。本文针对动力电池在使用过程中出现的过充或过放问题，设计出一种合适的动力电池均衡管理系统，实现能量在电池组间的传递，减轻电池的不一致性带来的危害，可以有效地延长动力电池的使用寿命和电动汽车的续航里程。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2国内外研究现状和发展趋势 1
1.3均衡控制的优点 2
1.4论文主要内容 3
第二章 电池组均衡控制策略研究 4
2.1电池组不一致性分析 4
2.1.1电池组不一致性产生的原因 4
2.1.2电池组不一致性的表现形式 5
2.2电池均衡控制方法 7
2.3动力电池的基本性能 8
2.4电池模型的建立 9
2.4.1影响电池模型的因素 9
2.4.2模型的建立 10
第三章 动力电池组均衡系统设计 11
3.1均衡拓扑的选择 11
3.2均衡充电方案的选择 11
3.3均衡电路结构设计 12
3.3.1 检测模块功能 12
3.3.2 均衡电源模块功能 12
3.3.3 控制模块功能 13
3.3.4 总体功能流程 13
3.4 均衡电路仿真 13
3.4.1 均衡电路验证 13
3.4.2 充电均衡仿真 14
第四章 均衡系统的硬件设计 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.1均衡主控单元的硬件设计 15
4.1.1主控芯片的选型 15
4.2均衡模块设计 16
4.3检测模块的设计 16
4.3.1检测芯片的选取 17
4.3.2检测电路设计 18
4.3.3电压采集电路 19
4.3.4温度采集电路 19
4.3.5通信电路 20
4.4电池模组的设计 20
4.5充电均衡过程 20
4.6停车均衡过程 21
第五章 均衡系统的软件设计 22
5.1系统流程 22
5.2系统软件的设计 23
5.2.1主程序设计 23
5.2.2电压采集设计 24
5.2.3温度采集设计 24
5.2.4 CAN通信设计 25
第六章 总结 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究的目的和意义
二次工业革命给人们带来快捷便利的同时，也为世界带来了日益严重的能源危机和环境污染。世界各国都在寻求新的能源供给方式，毫无疑问，电能是最合适的选择。它既能满足日常生活所需，又能取代常规能源。电能具有高效、节能、低污染、低排放的优点。电动汽车作为绿色交通工具也就受到了世界各大汽车公司的关注，发展电动汽车势在必行。
正如发动机是燃油汽车的心脏，动力电池也是电动汽车的核心所在[1]。动力电池是电动汽车的能源供给，目前动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。
铅酸电池是目前较为成熟的技术，成本低、能高倍率放电、性能稳定。但是铅酸电池较低的比能量、比功率和能量密度都是很大的问题。并且铅对环境会造成严重污染，处理起来相当麻烦。
镍氢电池性能优于铅酸电池，但因为其含有重金属，价格较高，装配也相当复杂。所以发展受限。
燃料电池因其成本高、效率低、原料储备困难等使自身仍多停留在理论上。
锂电池具有安全性能好、体积小、质量轻、无污染、比能量大等优点，越来越多的应用于电动汽车。
电池技术作为电池管理系统的重要组成部分，必须对其大力发展。从而提高电池的寿命，节约能源，增加电动汽车的续驶里程。
1.2国内外研究现状和发展趋势
均衡技术按其原理不同，可以分为均衡策略研究和均衡电路拓扑结构研究[2]。均衡策略研究着重于寻找合适的均衡变量，针对该均衡变量，建立相应的评价指标，并以此为依据进行均衡控制。均衡电路拓扑研究则是侧重于实现最佳的电路均衡结构，在保证效率的前提下，尽量简化电路结构、节约成本。
均衡策略研究的前提是寻找合适的均衡变量，国外学者大多基于电池管理系统选择以工作电压为充放电截止条件和均衡变量来判断电池组是否均衡。以工作电压作为判断标准容易实现，对嵌入式系统资源要求低，但是局限性也很明显。在电流较大的情况下会产生较大误差。也有不少学者认为SOC能够反映电池的不一致性。实验表明在SOC估算准确的前提下，SOC作为均衡变量要优于电池的工作电压。但是目前SOC的估算方法存在缺陷，仅适用于实验室（电池静置），并不能将其推广。
伴随着研究的深入，模糊控制算法和闭环PID控制算法受到了研究人员的关注。模糊控制算法精度很难保证，控制过程复杂。而闭环PID控制算法具有较好的精度和稳定性，但是容易造成过均衡问题。
均衡拓扑电路研究按照对能量处理方式的不用可以分为能量耗散式均衡（被动均衡）和能量非耗散式均衡（主动均衡）。
被动均衡是利用动力电池组中能量较高的单体电池通过旁路电阻进行放电损耗能量从而达到电池状态的一致。该均衡电路结构简单，均衡过程与充电同时进行。缺点是以损耗能量为代价，由于生热也会产生相关问题，所以均衡电路电流不能过大。被动均衡一般分为恒定分流电阻的均衡充电电路和有源开关的分流电阻均衡充电电路两类[3]。
其中恒定分流电阻的均衡充电电路的体电池上始终与分流电阻并联，这种均衡电路优点是可靠性强，缺点是无论动力电池何种状态，分流电阻始终消耗能量。
有源开关的分流电阻均衡充电电路中分流电阻由开关控制，能够在电压达到峰值时进行调控。同样的该电路会释放较多热量。如图11所示
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2国内外研究现状和发展趋势 1
1.3均衡控制的优点 2
1.4论文主要内容 3
第二章 电池组均衡控制策略研究 4
2.1电池组不一致性分析 4
2.1.1电池组不一致性产生的原因 4
2.1.2电池组不一致性的表现形式 5
2.2电池均衡控制方法 7
2.3动力电池的基本性能 8
2.4电池模型的建立 9
2.4.1影响电池模型的因素 9
2.4.2模型的建立 10
第三章 动力电池组均衡系统设计 11
3.1均衡拓扑的选择 11
3.2均衡充电方案的选择 11
3.3均衡电路结构设计 12
3.3.1 检测模块功能 12
3.3.2 均衡电源模块功能 12
3.3.3 控制模块功能 13
3.3.4 总体功能流程 13
3.4 均衡电路仿真 13
3.4.1 均衡电路验证 13
3.4.2 充电均衡仿真 14
第四章 均衡系统的硬件设计 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.1均衡主控单元的硬件设计 15
4.1.1主控芯片的选型 15
4.2均衡模块设计 16
4.3检测模块的设计 16
4.3.1检测芯片的选取 17
4.3.2检测电路设计 18
4.3.3电压采集电路 19
4.3.4温度采集电路 19
4.3.5通信电路 20
4.4电池模组的设计 20
4.5充电均衡过程 20
4.6停车均衡过程 21
第五章 均衡系统的软件设计 22
5.1系统流程 22
5.2系统软件的设计 23
5.2.1主程序设计 23
5.2.2电压采集设计 24
5.2.3温度采集设计 24
5.2.4 CAN通信设计 25
第六章 总结 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究的目的和意义
二次工业革命给人们带来快捷便利的同时，也为世界带来了日益严重的能源危机和环境污染。世界各国都在寻求新的能源供给方式，毫无疑问，电能是最合适的选择。它既能满足日常生活所需，又能取代常规能源。电能具有高效、节能、低污染、低排放的优点。电动汽车作为绿色交通工具也就受到了世界各大汽车公司的关注，发展电动汽车势在必行。
正如发动机是燃油汽车的心脏，动力电池也是电动汽车的核心所在[1]。动力电池是电动汽车的能源供给，目前动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。
铅酸电池是目前较为成熟的技术，成本低、能高倍率放电、性能稳定。但是铅酸电池较低的比能量、比功率和能量密度都是很大的问题。并且铅对环境会造成严重污染，处理起来相当麻烦。
镍氢电池性能优于铅酸电池，但因为其含有重金属，价格较高，装配也相当复杂。所以发展受限。
燃料电池因其成本高、效率低、原料储备困难等使自身仍多停留在理论上。
锂电池具有安全性能好、体积小、质量轻、无污染、比能量大等优点，越来越多的应用于电动汽车。
电池技术作为电池管理系统的重要组成部分，必须对其大力发展。从而提高电池的寿命，节约能源，增加电动汽车的续驶里程。
1.2国内外研究现状和发展趋势
均衡技术按其原理不同，可以分为均衡策略研究和均衡电路拓扑结构研究[2]。均衡策略研究着重于寻找合适的均衡变量，针对该均衡变量，建立相应的评价指标，并以此为依据进行均衡控制。均衡电路拓扑研究则是侧重于实现最佳的电路均衡结构，在保证效率的前提下，尽量简化电路结构、节约成本。
均衡策略研究的前提是寻找合适的均衡变量，国外学者大多基于电池管理系统选择以工作电压为充放电截止条件和均衡变量来判断电池组是否均衡。以工作电压作为判断标准容易实现，对嵌入式系统资源要求低，但是局限性也很明显。在电流较大的情况下会产生较大误差。也有不少学者认为SOC能够反映电池的不一致性。实验表明在SOC估算准确的前提下，SOC作为均衡变量要优于电池的工作电压。但是目前SOC的估算方法存在缺陷，仅适用于实验室（电池静置），并不能将其推广。
伴随着研究的深入，模糊控制算法和闭环PID控制算法受到了研究人员的关注。模糊控制算法精度很难保证，控制过程复杂。而闭环PID控制算法具有较好的精度和稳定性，但是容易造成过均衡问题。
均衡拓扑电路研究按照对能量处理方式的不用可以分为能量耗散式均衡（被动均衡）和能量非耗散式均衡（主动均衡）。
被动均衡是利用动力电池组中能量较高的单体电池通过旁路电阻进行放电损耗能量从而达到电池状态的一致。该均衡电路结构简单，均衡过程与充电同时进行。缺点是以损耗能量为代价，由于生热也会产生相关问题，所以均衡电路电流不能过大。被动均衡一般分为恒定分流电阻的均衡充电电路和有源开关的分流电阻均衡充电电路两类[3]。
其中恒定分流电阻的均衡充电电路的体电池上始终与分流电阻并联，这种均衡电路优点是可靠性强，缺点是无论动力电池何种状态，分流电阻始终消耗能量。
有源开关的分流电阻均衡充电电路中分流电阻由开关控制，能够在电压达到峰值时进行调控。同样的该电路会释放较多热量。如图11所示
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