應(yīng)用于高寒地區(qū)的電動汽車電池管理技術(shù)研究 開題報告 車輛工程管理專業(yè)

1、課 題 名 稱 應(yīng)用于高寒地區(qū)的電動汽車電池管理技術(shù)研究1研究問題 1）在預(yù)研究的基礎(chǔ)上提出應(yīng)用研究（設(shè)計）中的科學(xué)問題.2）課題來源、選題依據(jù)和背景情況3）課題的研究目標(biāo)以及鋰論意義和實際應(yīng)用價值1）提出問題：如何提高高寒地區(qū)的電動汽車電池管理技術(shù)，并更好的應(yīng)用于實踐？課題來源： 國家自然科學(xué)基金項目選題依據(jù)和背景情況： 儲能系統(tǒng)是新能源汽車的能量和動力來源，是電動汽車的核心部件，是車輛動力輸出性能和續(xù)駛里程的保證。鋰離子電池以其無記憶效能、高比能量、高比功率、長循環(huán)壽命和高安全性等特性成為電動汽車儲能系統(tǒng)的首選，目前絕大多數(shù)電動汽車采用的都是鋰離子電池儲能方案。雖然鋰離子電池具有諸多優(yōu)點，

2、但為了滿足電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的電壓需求，需要將幾十節(jié)甚至上百節(jié)單體串聯(lián)構(gòu)成電池組。鋰論上電池單體之間沒有差異，電池組可以認(rèn)為是具有高電壓等級的單體，而實際上由于電池制作工藝原因形成的電池特性不一致和外界環(huán)境溫度因素造成的電池組性能衰減是影響電池組容量和功率特性的兩個主要原因。 電池單體之間由于制作工藝和使用環(huán)境形成的特性不一致是影響電池性能的重要因素。在電池制造過程中，電解液濃度、電極活性物質(zhì)均勻程度、極板厚度等均不可避免的會存在差異，這是引起電池單體內(nèi)阻、開路電壓、容量等特性不一致的主要原因，在使用中體現(xiàn)為單體端電壓的不一致，長期使用后還會出現(xiàn)電池單體之間電量的不均衡影響電池系統(tǒng)功率和容量特性

3、，電池長期工作在不同的放電深度還會引起電池老化程度不同，使電池組性能進一步惡化。當(dāng)串聯(lián)電池組中單體電量不均衡時，各單體在充放電使用過程中無法同步達到上下限截止電壓，為了保證使用安全和防止過充或過放電現(xiàn)象的發(fā)生，電池管理系統(tǒng)會對充放電過程進行限制，這雖然保證了電池組使用安全，但會縮短電池組放電電量。根據(jù)美國FreedomCar標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)電池單體容量衰減到額定容量的80%時就需要更換電池，而實際情況下很可能只是個別單體不均衡造成了整組電池容量的衰減。如果在這種情況下以電池組容量作為更換電池標(biāo)準(zhǔn)則將造成能源的浪費和電池組使用成本的增加。因此，電池自身特性不一致造成的電池組電量不均衡是電池管理系統(tǒng)需

4、要解決的重要問題。 選題意義： 電動汽車電池系統(tǒng)性能不僅與電池組內(nèi)單體一致性有關(guān)，還容易受到環(huán)境溫度的影響鋰離子電池工作原鋰本質(zhì)上是內(nèi)部正負(fù)極與電解液之間的氧化還原反應(yīng)，低溫下電極表面活性物質(zhì)嵌鋰反應(yīng)速率減慢、活性物質(zhì)內(nèi)部鋰離子濃度降低，這將引起電池平衡電勢降低、內(nèi)阻增大、放電容量減少，極端低溫情況甚至?xí)霈F(xiàn)電解液凍結(jié)、電池?zé)o法放電等現(xiàn)象，極大的影響。電池系統(tǒng)低溫性能，造成電動汽車動力輸出性能衰減和續(xù)駛里程減少，據(jù)報道，在北京運營的電動出租車冬季續(xù)駛里程較夏季縮減接近40，在美國銷售的電動汽車同樣存在類似問題。此外，在低溫環(huán)境下充電容易在負(fù)極表面形成鋰沉積，金屬鋰在負(fù)極表面積累會刺穿電池隔膜造

5、成電池正負(fù)極短路，威肋、電池使用安全，電動汽車電池系統(tǒng)低溫充電安全問題極大的制約了電動汽車在寒冷地區(qū)的推廣。鋰離子電池長期工作在高溫環(huán)境下，電極表面固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)膜加厚，鋰離子遷移阻力增大，電池容量將造成不可恢復(fù)的損失，加速電池容量衰減。因此，對電池系統(tǒng)進行熱特性研究，尤其是低溫?zé)峁芾砑夹g(shù)研究是電動汽車在寒冷地區(qū)推廣和應(yīng)用函待解決的重要問題。2文獻綜述（文獻綜述不得少于2000字）1）國內(nèi)外在該研究方向的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)2）研究問題在本研究領(lǐng)域應(yīng)用上的地位與價值 研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)為了保證電池組使用安全和提高電池組能量利用率，國內(nèi)外學(xué)者對電池均衡技術(shù)展開了深入研究，開發(fā)出多種均衡結(jié)

6、構(gòu)和方法。均衡技術(shù)的本質(zhì)是在電池組單體之間進行能量的重新分配，如果能夠合理利用電池均衡技術(shù)，對于延長電池組使用壽命、提高功率輸出能力、節(jié)約電池組使用成本都是有促進作用的，反之如果均衡不當(dāng)則在電池組內(nèi)埋下了安全隱患，不但不能延長電池組使用壽命，反而可能形成熱不均甚至失控或者使電量不均衡進一步惡化。因此，為了使電池均衡技術(shù)能夠最大限度發(fā)揮優(yōu)勢，需要從均衡結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、可靠性、均衡速度、能量效率、使用成本和故障模式等多方面對均衡結(jié)構(gòu)與方法進行評判，對均衡系統(tǒng)的整體評價在實際應(yīng)用中具有實際意義。均衡電路結(jié)構(gòu)的選取決定了整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，復(fù)雜的均衡結(jié)構(gòu)降低了自身運行可靠性的同時提高了系統(tǒng)成本和運行失效

7、風(fēng)險。隨著電池容量的增大，迫切需要均衡系統(tǒng)提供更大的均衡電流和更高的能量轉(zhuǎn)換效率以滿足用戶快速均衡維護的需求，而大電流均衡又要綜合考慮電路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)生熱、布局走線、能量轉(zhuǎn)移形式等多方面因素，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率與均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)移方式的選取直接相關(guān)，綜合考慮上述因素有助于減少均衡過程中的能量浪費。電池均衡系統(tǒng)屬于維護系統(tǒng)，電池系統(tǒng)定期維護時啟動，不需要均衡時在系統(tǒng)中不應(yīng)影響正常充放電使用。由于均衡系統(tǒng)直接對電池系統(tǒng)進行能量分配，在均衡系統(tǒng)失效時應(yīng)保證電池系統(tǒng)仍能正常使用，避免由于均衡系統(tǒng)故障造成電池系統(tǒng)起火甚至爆炸。由此可見，均衡系統(tǒng)是“雙刃劍”，合理應(yīng)用均衡技術(shù)對電池系統(tǒng)延長使用壽命、降低運

8、行成本、提高系統(tǒng)性能等都會帶來有益效果，一旦設(shè)計或運用不當(dāng)將對電動汽車及使用者造成財產(chǎn)損失和人身安全威肋、。下面將從上述評價標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)對現(xiàn)有串聯(lián)電池組均衡結(jié)構(gòu)和均衡策略分別進行綜述。1.1 電池均衡結(jié)構(gòu)研究（1）能耗型均衡N. Kutkut在串聯(lián)鉛酸電池組使用過程中最早發(fā)現(xiàn)電池不均衡現(xiàn)象，并設(shè)計了早期的電池均衡結(jié)構(gòu)，這種方式不需要控制電路，結(jié)構(gòu)簡單，只需在單體兩端并聯(lián)一個電阻就可以在充電過程中實現(xiàn)電流旁路。在充電過程中電壓較高單體流過并聯(lián)電阻的電流大于其他電壓較低單體，通過電阻分流將能量轉(zhuǎn)化為熱量。這種方式雖然可以在充電時實現(xiàn)有選擇的均衡，而且無需外接控制電路，但是這種均衡的代價是持續(xù)將電能轉(zhuǎn)化

9、為熱能，浪費能量。Stuart在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行了改進，提出一種可控能量消耗型均衡結(jié)構(gòu)，每個并聯(lián)電阻回路上串聯(lián)一個開關(guān)，可以有選擇的對特定電池進行放電均衡。這種方式雖然緩解了非可控均衡的持續(xù)能量消耗，但這種方式的本質(zhì)還是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，同樣存在熱失控的隱患，此外控制電路的引入提高了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和成本。因此，這類均衡方式由于是以消耗電池能量方式實現(xiàn)均衡的，所以被稱為能耗型均衡。（2）開關(guān)電容均衡耗型均衡雖然可以將電量較高單體放電從而實現(xiàn)電量均衡，可是消耗能的能量轉(zhuǎn)化為熱量可能造成電池溫度上升，如果不能及時散熱會對電池組使用安全形成威脅。是否可以將電能在電池組內(nèi)重新分配而不是消耗掉，出于這種思

10、路，1997年Cesar Pascual提出了開關(guān)電容均衡方法，每個電池兩端并聯(lián)一個電容，由開關(guān)控制電池正負(fù)極與電容兩端接通和斷開?？刂崎_關(guān)交替工作形成兩種模式，第一種模式下所有開關(guān)與上端點連接，第二種模式下所有開關(guān)與下端點連接，這樣就可以通過儲能電容使量在相鄰單體之間從電壓能較高單體向電壓較低單體傳遞。這種方法的優(yōu)勢在于能量傳遞效率高，結(jié)構(gòu)簡單，可以應(yīng)用于高壓和低壓場合，而且不需要傳感器和閉環(huán)控制，節(jié)省系統(tǒng)成本的同時提高穩(wěn)定性。而這種方法的主要缺點是均衡速度慢，均衡電流小，僅限于相鄰單體之間的能量傳遞，如果電池串聯(lián)數(shù)量多時均衡時間也會相應(yīng)延長。為了克服上述弊端，提高均衡時間效率，有學(xué)者提出了

11、雙層開關(guān)電容均衡結(jié)構(gòu)和飛渡電容結(jié)構(gòu)，雙層開關(guān)電容均衡結(jié)構(gòu)可以有效的減少均衡時間，而飛渡電容結(jié)構(gòu)則可以有選擇的進行電量均衡。（3）隔離變壓器均衡隨著對電池均衡結(jié)構(gòu)研究的深入，隔離變壓器作為能量傳遞載體被引入電池均衡電路中，常見的均衡結(jié)構(gòu)有單變壓器多副邊繞組均衡結(jié)構(gòu)、多變壓器結(jié)構(gòu)以及單副邊變壓器結(jié)合開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1.2 電池均衡策略研究電池均衡系統(tǒng)除了需要穩(wěn)定可靠的硬件結(jié)構(gòu)，還需要軟件策略的配合才能最大限度的發(fā)揮均衡系統(tǒng)效能，實現(xiàn)能量效率和均衡時間的最優(yōu)化。早期出現(xiàn)的均衡策略主要是針對串聯(lián)鉛酸電池提出的，由于鉛酸電池電壓特性曲線同電池的剩余電量有明顯的對應(yīng)關(guān)系。所以利用這種對應(yīng)關(guān)系判斷電池的不均衡

12、程度，并以最終各節(jié)串聯(lián)電池電壓一致作為最終電池均衡的判據(jù)，因此這種方法簡稱為電壓均衡。1.3 電池?zé)峁芾砑夹g(shù)研究現(xiàn)狀 溫度是影響電池性能的重要因素，利用電化學(xué)手段改變電池電解液配方、開發(fā)新型正負(fù)極材料都無法兼顧高溫和低溫性能，對于己經(jīng)大批量使用電池出現(xiàn)的溫度特性問題仍無能為力。因此，對電池生熱機理和溫度特性進行理論和實驗分析對于提高電池組性能和使用安全性具有重要意義。為此，國內(nèi)外學(xué)者對電池?zé)崽匦院碗姵販囟瓤刂品椒ㄟM行了大量研究。20世紀(jì)70年代，學(xué)者HF Gibbard建立了電池電化學(xué)機理熱模型。1985年，Newman等人從熱動力學(xué)和電池內(nèi)部反應(yīng)角度提出了通用電池?zé)崮Ｐ停Ｐ涂紤]了電池生熱來

13、源和熱平衡數(shù)學(xué)原理，可以用來預(yù)測電池?zé)崽匦?，他們認(rèn)為熱源來自于電化學(xué)反應(yīng)熱、嫡變生熱、擴散生熱和焦耳生熱等。Newman等人對熱能平衡方程進行簡化，只考慮嫡變生熱和焦耳生熱，該簡化模型在后續(xù)的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。Ashwi提出一種一維集中參數(shù)熱模型，仿真分析Sony電池在不同倍率放電時的生熱情況。Forgez采用集中參數(shù)熱模型預(yù)測圓柱形磷酸鐵理電池表面和內(nèi)部溫度，并通過實驗獲得模型參數(shù)。 Lin Xinfan在一維熱模型的基礎(chǔ)上加入了在線自適應(yīng)參數(shù)辨識方法來預(yù)測圓柱形理離子電池內(nèi)部溫度變化。 Ahmadou Samba針對大容量方形磷酸鐵理電池建立二維熱模型預(yù)測電池表面溫度分布，利用有限元

14、分析軟件在不同環(huán)境下進行溫度場仿真，此外還針對熱失控進行了分析。Abbas利用多維電池模型估計電池溫度，在Z軸理離子遷移方向建立電化學(xué)一維模型來計算電池生熱量和端電壓，在X和Y軸方向建立二維模型計算電流和溫度分布，從而估計電池表面溫度，并將實驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行比較分析。附：參考文獻序號文獻目錄（作者、題目、刊物名、出版時間、頁次）1席振鵬.新能源汽車電池工業(yè)的發(fā)展J.低碳世界,2018(01):340-341.2杜弘.電動汽車電池當(dāng)前現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢探析J.時代汽車,2017(20):45-46.3華政,梁風(fēng),姚耀春.電動汽車電池的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢J.化工進展,2017,36(08):2874

15、-2881.4任金波,張翔,施火結(jié).新能源汽車電池散熱風(fēng)扇軸向振動分析與改進J.河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,38(04):25-29+34+116-117.5曹明偉. 純電動汽車電池組被動式液冷散熱系統(tǒng)仿真分析與優(yōu)化D.合肥工業(yè)大學(xué),2017.6逯彥紅,段國林.泡沫鋁對電動汽車電池模塊散熱的研究J.電源技術(shù),2017,41(01):12-14+114.7黃青斌,何濤,樂慧杰,陳平,陳文劍.基于新能源汽車電池包裝配策略的研究J.汽車工藝與材料,2016(12):6-9.8侯元元,劉彤,黃裕榮,郭魯鋼.基于專利分析的電動汽車電池技術(shù)發(fā)展態(tài)勢研究J.科技管理研究,2016,36(22)

16、:157-161.9佘小莉,邾玢鑫.新型綠色電動汽車電池更換站的研究J.電子測量技術(shù),2016,39(10):16-20.10翁國慶,黃飛騰,張有兵,謝路耀,戚軍.電動公交汽車電池集群參與海島微網(wǎng)能量調(diào)度的V2G策略J.電力自動化設(shè)備,2016,36(10):31-37.11郭向偉. 電動汽車電池荷電狀態(tài)估計及均衡技術(shù)研究D.華南理工大學(xué),2016.12袁彤煜.電動汽車電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.科技展望,2016,26(15):285.13李志鵬,趙楊.純電動汽車電池管理系統(tǒng)及SOC精確估計J.電源技術(shù),2016,40(05):1090-1093.14孫金磊. 應(yīng)用于高寒地區(qū)的電動汽車電池管理關(guān)

17、鍵技術(shù)研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.15王俊杰,張偉,金杰峰,樓向明,葉利峰.電動汽車電池裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計J.組合機床與自動化加工技術(shù),2016(02):122-125.16王文偉,程雨婷,姜衛(wèi)遠(yuǎn),劉志山.電動汽車電池箱結(jié)構(gòu)隨機振動疲勞分析J.汽車工程學(xué)報,2016,6(01):10-14.17李英,胡劍.基于專利分析的我國電動汽車電池技術(shù)發(fā)展趨勢研究J.科技管理研究,2015,35(19):155-158.18榮雅君,楊偉,牛歡,鄭鑫慧.基于BP-EKF算法的電動汽車電池管理系統(tǒng)SOC精準(zhǔn)估計J.電工電能新技術(shù),2015,34(09):22-28.19喬旭彤,耿海洲,董峰.集中式

18、電動汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計J.電子測量與儀器學(xué)報,2015,29(07):1019-1027.20范興明,曾求勇,張鑫.基于改進安時積分法的電動汽車電池SOC估計與仿真研究J.電氣應(yīng)用,2015,34(08):111-115.21董相龍,張維強.電動汽車電池箱結(jié)構(gòu)強度的有限元分析及其改進設(shè)計J.機械強度,2015,37(02):312-316.22付甜甜.新能源汽車電池概述J.電源技術(shù),2014,38(12):2217-2218.23李偉.電動汽車電池現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(35):60.24靳鵬超,王世學(xué).一種使用相變材料的新型電動汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)J.化工進展,201

19、4,33(10):2608-2612.25袁弘,張明江,李建祥,張秉良.基于云服務(wù)的電動汽車電池安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計J.計算機應(yīng)用與軟件,2014,31(09):63-66.26劉春娜.特斯拉汽車電池技術(shù)及策略J.電源技術(shù),2014,38(07):1201-1202.27王強,劉志芳,靳曉宏.基于DMC的技術(shù)競爭態(tài)勢分析方法研究J.圖書情報工作,2014,58(14):28-33+109.28辛喆,葛元月,薄偉,張云龍,李亞平,楊建為.基于單片機的純電動汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(12):163-170.29汪世國.電動汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)現(xiàn)狀分析J.汽車實用技術(shù),

20、2014(02):65-67.30劉園.論電動汽車電池的現(xiàn)狀和發(fā)展前景J.科技資訊,2014(01):61.31李永,宋健,楊捷.熱/機械耦合沖擊下新能源汽車電池非均質(zhì)材料損傷效應(yīng)J.科學(xué)通報,2013,58(30):3037-3044.32抄佩佩,萬鑫銘,吳勝男,童一帆,王發(fā)福.新能源汽車動力電池專利分析J.重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)),2013,27(08):18-25.33宮大慶,劉世峰,魯曉春.基于排隊論的電動汽車電池回收建模與仿真研究J.中國人口資源與環(huán)境,2013,23(06):169-176.34羅森僑,彭憶強,易威.基于PIC單片機和CAN總線的純電動汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計J.西

21、華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(01):56-59.35羅卓偉,胡澤春,宋永華,徐智威,賈龍.換電模式下電動汽車電池充電負(fù)荷建模與有序充電研究J.中國電機工程學(xué)報,2012,32(31):1-10+212.36魏克新,陳峭巖.基于多模型自適應(yīng)卡爾曼濾波器的電動汽車電池荷電狀態(tài)估計J.中國電機工程學(xué)報,2012,32(31):19-26+214.37劉高維,馮俊淇,張宇,張征,解大,艾芊.基于RFID技術(shù)的電動汽車電池管理方法J.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,2012,27(03):72-76.38何代杰,王澤京,李慶東,何培祥,明莉,徐波.微型純電動汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計與研究J.西南大學(xué)學(xué)報

22、(自然科學(xué)版),2012,34(09):136-140.39夏正鵬,汪興興,倪紅軍,袁銀男,廖萍.電動汽車電池管理系統(tǒng)研究進展J.電源技術(shù),2012,36(07):1052-1054.40吳宏,李育隆,楊凱.電動汽車電池箱通風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu)的研究J.汽車工程,2012,34(06):556-560+565.41符曉玲,商云龍,崔納新.電動汽車電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.電力電子技術(shù),2011,45(12):27-30+89.42張治國,孔慶,崔納新.電動汽車電池組監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計J.電源技術(shù),2011,35(10):1224-1226.43朱暉,張逸成,朱昌平,陳磊濤.電動汽車電池組熱管理系統(tǒng)的

23、研究J.實驗室研究與探索,2011,30(06):8-10+14.44宋永華,陽岳希,胡澤春.電動汽車電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.電網(wǎng)技術(shù),2011,35(04):1-7.45李國曉.電動汽車電池組快速充電研究J.甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,25(01):62-65+103.46俞會根,施紹有.電動汽車電池相關(guān)問題探討J.北京汽車,2010(06):8-10.47馮勇,王輝,梁驍.純電動汽車電池管理系統(tǒng)研究與設(shè)計J.測控技術(shù),2010,29(09):54-57.48崔伯雄,隋欣,趙景煥,常力,李璐.電池管理系統(tǒng)重點專利技術(shù)分布適用于純電動汽車J.電子知識產(chǎn)權(quán),2010(06):62-

24、66.49車杜蘭,周榮,喬維高.電動汽車電池包散熱加熱設(shè)計J.北京汽車,2010(01):5-7+39.50南金瑞,孫逢春,王建群.純電動汽車電池管理系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用J.清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(S2):1831-1834.51盧居霄,林成濤,陳全世,韓曉東.三類常用電動汽車電池模型的比較研究J.電源技術(shù),2006(07):535-538.52曹瑩瑜,齊鉑金,鄭敏信.電動汽車電池管理系統(tǒng)抗干擾設(shè)計J.工業(yè)控制計算機,2005(12):67-68.53付正陽,林成濤,陳全世.電動汽車電池組熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)J.公路交通科技,2005(03):119-123.54楊朔,何莉萍,鐘志華

25、.基于CAN總線的電動汽車電池管理系統(tǒng)J.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004(02):90-94+100.55孫逢春,張承寧,郭海濤.電動汽車電池管理系統(tǒng)和剩余容量計研究J.Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition),1998(02):166-171.3研究內(nèi)容明確研究對象、研究內(nèi)容及工作范圍3.1 研究對象汽車電池，電池溫度，串聯(lián)電池3.2 研究內(nèi)容及工作范圍 本文在綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞影響高寒地區(qū)電動汽車電池系統(tǒng)性能的低溫問題和電池組電量不均衡問題開展深入研究。首先，針對電池溫度特性進行理論分析與

26、實驗研究，分析電池內(nèi)在特性參數(shù)不一致和環(huán)境溫度對電池組性能的影響機理，揭示電池組電量一致性對生熱、溫度一致性以及電池組老化的影響。然后，開展電動汽車串聯(lián)電池組低溫?zé)峁芾聿呗匝芯?。主要研究?nèi)容如下: （1）開展環(huán)境溫度和一致性對電池組性能影響研究 從電池自身特性不一致和環(huán)境溫度對電池組性能的影響角度出發(fā)進行分析，通過實驗分析溫度對電池容量、開路電壓、內(nèi)阻、功率等特性的影響。建立電池特性一致性分析模型，分別針對電池內(nèi)阻、開路電壓和SOC不一致進行仿真分析，并提出串聯(lián)電池組容量和峰值功率衰減評價方法對上述不一致情況進行評價和分析。 （2）開展電池運行峰值功率與內(nèi)部溫度估計方法研究 為了實現(xiàn)對電動汽車

27、電池系統(tǒng)預(yù)熱后運行狀態(tài)的監(jiān)控，分別建立了電池內(nèi)部溫度估計模型和電池等效電路模型。在運行過程中根據(jù)實時電壓和電流數(shù)據(jù)在線估計等效電路模型參數(shù)并結(jié)合電池電壓和電流限制條件估計電池峰值充放電功率。根據(jù)電池表面溫度和環(huán)境溫度實時數(shù)據(jù)結(jié)合模型估計電池內(nèi)部溫度。 （3）開展電動汽車串聯(lián)電池組低溫?zé)峁芾聿呗匝芯客ㄟ^對電動汽車電池系統(tǒng)低溫運行狀態(tài)分析，將運行模式分為電池低溫預(yù)熱模式和預(yù)熱后運行狀態(tài)監(jiān)控模式。針對低溫預(yù)熱模式建立低溫預(yù)熱數(shù)學(xué)模型，結(jié)合對電池系統(tǒng)的功率需求和SOC狀態(tài)確定預(yù)熱目標(biāo)溫度，提出了基于比例因子自校正的變功率低溫預(yù)熱模糊控制方法，根據(jù)電池表面最大溫差和電池平均溫度調(diào)節(jié)預(yù)熱功率，提升電池性能

28、的同時減少預(yù)熱能耗。（4）開展電池均衡結(jié)構(gòu)及策略研究 通過分析電池電量不均衡對電池組容量、功率以及溫度特性的影響，制定了電池均衡系統(tǒng)設(shè)計要求。在此基礎(chǔ)上提出了雙向主動電量均衡結(jié)構(gòu)方案，實現(xiàn)串聯(lián)電池組內(nèi)任意單體與模塊整組之間的能量轉(zhuǎn)移。結(jié)合該均衡結(jié)構(gòu)特點提出了基于粒子群優(yōu)化算法的電池電量均衡優(yōu)化控制方法，以均衡時間和電量一致性作為均衡優(yōu)化控制目標(biāo)。通過與現(xiàn)有其他方法的比較證明了該方法的優(yōu)越性。4擬解決的關(guān)鍵技術(shù)或問題 明確工作中的關(guān)鍵技術(shù)難點，提出解決的方法4.1技術(shù)難點電池運行峰值功率與內(nèi)部溫度估計方法研究、開展電池均衡結(jié)構(gòu)及策略研究4.2解決方法針對電動汽車電池系統(tǒng)低溫環(huán)境下性能衰減問題進行

29、起動前電池組低溫?zé)峁芾聿呗匝芯?。針對起動運行后電池峰值功率及內(nèi)部溫度無法實際測量的問題進行內(nèi)部溫度及峰值功率狀態(tài)估計方法研究。5研究方法 1）選擇科學(xué)的研究方法，制訂完整的技術(shù)路線2）工作方案的可行性分析，預(yù)設(shè)研究中可能遇到的難點，提出解決的方法5.1.1 研究方法 本文旨在解決電動汽車電池系統(tǒng)由于外界環(huán)境溫度和電池自身特性不一致引發(fā)的電池組性能衰減問題，以及由于電池soc不一致引發(fā)的生熱及溫度不一致問題。為了實現(xiàn)這一目的，本文分別從理論和實際角度出發(fā)對溫度引起的電池性能衰減機理進行分析，針對電動汽車電池系統(tǒng)低溫運行特點制定串聯(lián)電池組低溫?zé)峁芾聿呗?，在低溫預(yù)熱模式下采用基于變功率調(diào)節(jié)的低溫預(yù)熱

30、控制方法提升電池性能，預(yù)熱起動后進入運行監(jiān)控模式估計電池內(nèi)部溫度和峰值功率狀態(tài)。 針對串聯(lián)電池組電池電量不均衡引發(fā)的電池組性能衰減和生熱及溫度不一致問題，提出一種基于雙向全橋的串聯(lián)電池組主動均衡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)串聯(lián)電池組模塊與模塊內(nèi)任意單體與之間的雙向電量主動均衡。5.1.2 技術(shù)路線5.2.1 可行性分析本文研究所用的基礎(chǔ)算法均已成熟，關(guān)鍵之處在于對算法進行改進以達到研究所需的目的。在研究過程中有大量的文獻和實驗方法可供參考，同時導(dǎo)師也可提供相應(yīng)的技術(shù)支持，使得研究難度大大降低。本次研相應(yīng)的難點均已找到對應(yīng)的解決方法。綜上所述，本次研究成功率很高。5.2.2 技術(shù)難點電池運行峰值功率與內(nèi)部溫度估計

31、方法研究、開展電池均衡結(jié)構(gòu)及策略研究5.2.3 解決方法針對電池組單體電量不一致引起的電池組容量、功率特性衰減以及溫度不一致問題，開發(fā)串聯(lián)電池組雙向主動均衡系統(tǒng)，并以均衡時間和電量一致性為優(yōu)化目標(biāo)進行均衡優(yōu)化控制方法研究。6預(yù)期成果和結(jié)論 對研究問題的解答進行科學(xué)預(yù)設(shè)，提出預(yù)期的成果和結(jié)論本文針對應(yīng)用于高寒地區(qū)的電動汽車電池系統(tǒng)由于外界低溫環(huán)境造成的電池組性能衰減問題，以及由于電池soc不一致引發(fā)的生熱及溫度不一致問題進行研究，開展了串聯(lián)電池組低溫?zé)峁芾矸椒ㄑ芯亢碗姵鼐饨Y(jié)構(gòu)及控制策略相關(guān)研究。 本文針對電動汽車電池系統(tǒng)由于外界環(huán)境溫度和電池自身特性不一致引發(fā)的電池組性能衰減問題，以及電池荷電狀態(tài)不一致引發(fā)的生熱及溫度不一致問題，對電池組容量及功率性能影響因素進行理論研究，結(jié)合實際運行中遇到的問題進行應(yīng)用研究，并對所提出的策略和方法進行實驗驗證。7研究基礎(chǔ)1）科學(xué)評估研究條件和實驗條件以及自己的專業(yè)基礎(chǔ)和導(dǎo)師的專業(yè)把控能力2）所需經(jīng)費，經(jīng)費來源，開支預(yù)算（工程設(shè)備、材料須填寫名稱、規(guī)格、數(shù)量）7.1.1 實驗條件課題組擁有實驗用車和實驗場地，可供研究使用，能滿