电动汽车磷酸铁锂动力电池系统集成及管理系统研究

随着石油资源的日益短缺以及排放污染的渐趋严重，电动汽车的发展正受到愈来愈广泛的关注。动力电池技术是电动汽车的关键技术之一，同时也是制约电动汽车产业化发展的瓶颈技术之一。主要体现在动力电池技术当前的发展不能充分满足电动汽车对动力电池系统的高密度低成本、高性能长寿命、高安全可靠性的要求。为满足这些车载使用要求，一方面需要加快动力蓄电池本体技术的进步，另一方面还需要建立一套高效稳定准确的车载电池管理系统。其中，高精度的车载蓄电系统信号处理、稳定可靠的强电安全诊断方法、高动态精度的蓄电系统关键参数在线辨识模型和准确可靠的车载蓄电故障诊断系统以及热管理系统，是电池管理系统能否适应车载使用要求的核心关键问题。 本文根据国家973计划课题的相关研究内容，进行电动汽车动力电池系统集成及管理系统研究设计。基于大量的电池单体和电池组实验，建立了强大的电池性能数据库，为故障诊断、管理系统软件设计和标定等提供了依据；研究了电池组系统集成的关键技术，基于3D软件设计开发，节省成本；建立了实时准确可靠的电池采样系统、均衡系统；对比建立了基于电池等效电路模型及其参数辨识系统，并基于此提出了一种综合开路电压法、安时积分法和模型预测法的SOC联合估计算法，同时对电池的SOH和最大充放电功率的预测提出了研究模型并进行了仿真计算；分析了锂离子电池的生热机理，建立了电池的热模型，并基于Matlab/Simulink和Ansys软件进行热仿真，为电池系统的性能优化，提供了良好的理论支持。 基于以上研究并结合上海世博会电动样车项目，本课题研制开发了一套功能齐全的BMS，该系统实现了对动力蓄电池性能参数的精确检测，包括模块电压、总电压、电流、温度、SOC、运行时间、蓄电池工作状况(上电、警告、错误、危险等)、蓄电池最大允许充电电流、最大允许放电电流等，具有丰富全面的故障诊断功能，当蓄电池出现异常情况时，该系统能及时可靠地发出故障信号，具有热量管理控制功能、稳定的抗干扰能力、多功能的监视界面以及全面迅速的通讯功能。 文章的最后用大量的实验数据论证了该电池管理系统的可行性与有效性，并在硬件和软件上得以实现。