磷酸铁锂电池组能量管理系统研究与设计

作     者：易军 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭永东

授予年度：2014年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：LiFePO4电池 SOC 扩展卡尔曼滤波法 电池等效电路模型 电池平衡 

摘      要：LiFePO4电池作为各类锂离子可充电电池中的最具潜力的储能电池,具有低成本、安全、优良的循环特性以及大容量等突出优点,具有很强的商业开发价值。由于生产过程中材料和工艺等因素的差别,使得对单体电池的荷电状态(SOC)和整组电池的SOC的预估往往存在较大的差异,这种差异长期累积会降低电池组的使用寿命。因而设计电池组管理系统降低差异造成的影响具有重要意义。本文重点研究电动车LiFePO4电池系统的能量管理。 1.本文通过对比分析各SOC预估方法,确定扩展卡尔曼滤波法作为预估LiFePO4电池SOC的方法。深入了解扩展卡尔曼滤波法的突出特点以及实用性,基于电池系统应用的目的下,对扩展卡尔曼滤波法进行推算和分析,确保理论上的合理性,得到扩展卡尔曼滤波法准确运算过程和方程表达式。 2.为了仿真模拟LiFePO4电池外特性,根据LiFePo4电池的端电压和电流等外特性实验数据,搭建LiFePO4电池等效电路最优模型。对电动车运行实验进行设计,在TOYOTA电动车上使用两组LP44147132AB型号LiFePO4电池,在平缓的路面启动运行,并由此得到LiFePO4电池组中单体电池的端电压和电流等真实运行数据。利用运行实验端电压和电流与时间等数据,得到单体LiFePO4电池的开路电压(OCV)和电流。然后将OCV和电流作为仿真的参考数据,根据扩展卡尔曼滤波法和最小二乘法,通过拟合仿真数据和实验数据,得到等效电路模型中的参数,拟合得到的参数以及搭建的电池模型良好地反映实际电池状况。 3.采用电池主动平衡法,设计电池能量管理模块,利用MATLAB平台搭建的LiFePO4电池模型,估算电池的SOC,同时协调硬件电路和软件,搭建系统管理平台。设计对比实验,分别进行具有平衡控制电路模块和没有平衡控制电路模块的实验,得出对比实验结论分析。 对比实验结果表明,具有平衡控制电路模块的电池组具有更长的运行时间,更多的功率输出和更集中的输入输出特性,受控电路电池的利用率提高,电池的输出功率增加。