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1、宁 波 技 师 学 院汽车技术系毕业论文毕 业 论 文(2016 级)题目:丰田普锐斯混合动力汽车电源系统研究专业: 汽车运用工程 班级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 宁波技师学院汽车技术系2016 年 1 月 8 日I摘 要为了应对能源危机,减缓全球气候变暖,许多国家都开始重视节能减排和发展低碳经济。电动汽车因为采用电力进行驱动,可以降低二氧化碳的排放量甚至实现零排 放,所以得到各国的重视而迅速发展。磷酸铁锂电池因其寿命长、安全性能好、成本低等优点成为电动汽车的理想动力源。 本文研究了磷酸铁锂电池的工作原理和特性,针对这些特性分析了磷酸铁锂电池在电动汽车上使用时需要解决的一些问题。在此基
2、础上,研究了磷酸铁锂电池的 SOC 估算与修正策略、均衡控制策略、热管理策略、放电控制策略和充电控制策略。最后,将磷酸铁锂电池和电池管理系统结合在一起,研究了智能电池系统的实 现形式。硬件上设计了较为完善的结构和电路,软件上嵌入了针对磷酸铁锂电池的控制策略。智能电池系统内部对电池进行高效测量、管理和保护,对外提供完整的 电池信息,对充放电进行有效控制。 关键词：电动汽车;智能电池系统;蓄电池AbstractIn order to cope with the energy crisis and slow down the global warming, many countries have b
3、egun to attach importance to energy-saving emission reduction and develop low-carbon economy. Because the electric vehicle is driven by electric power, it can reduce the emission of carbon dioxide and even achieve zero discharge, so it has been paid more attention and developed rapidly in the world.
4、 Because of its long life, good safety performance and low cost, the lithium iron phosphate battery is an ideal power source for electric vehicles. In this paper, the working principle and characteristics of the lithium iron phosphate battery are studied. Some problems that need to be solved for the
5、 use of lithium iron phosphate battery in electric vehicle are analyzed. On the basis of this study, the SOC estimation and correction strategy, the balance control strategy, the thermal management strategy, the discharge control strategy and the charge control strategy of the lithium iron phosphate
6、 battery were studied. Finally, the system of lithium iron phosphate lithium battery and battery management system are combined together to study the real form of the smart battery system. On the hardware, the perfect structure and circuit are designed, and the control strategy of the lithium iron p
7、hosphate battery is embedded in the software. Intelligent battery system inside the battery for efficient measurement, management and protection, to provide a complete battery information, to charge and discharge for effective control. Key words: electric vehicle;intelligent battery system;battery目
8、录中文摘要.IAbstract.II1.引言.12.电动汽车对蓄电池的要求. 23 丰田普锐斯电源系统描述.44.丰田普锐斯电源系统的常规维护.65.丰田普锐斯电源系统拆装注意事项.76.丰田普锐斯电源系统如何进行故障排除.9(1) 电池组容量降低（2）电池组充电异常（3）电池组放电电压低（4）电源系统局部高温7.结论.12致谢.13参考文献.1411 引 言电动汽车关键技术瓶颈突破的预期的增强以及能源危机、环境污染的加剧，各国政府逐布加大政策支持力度，全力推进电动汽车产业化。动力电池是新能源汽车的核心，是新能源汽车技术和成本上的最大瓶颈，是新能源汽车产业链中最核心的一环。未来汽车厂商之间的竞
9、争，将主要是动力电池性能的竞争，先进的动力电池厂商，必将成为汽车厂商争夺的焦点。电动汽车对动力蓄电池的要求包括安全性、能量密度、功率密度、一致性、低成本等。车用动力电源系统的设计是集电子技术、控制技术、材料科学、工艺过程控制、汽车技术和电源技术等为一体的高新综合科学技术，是一个系统工程。通过多年的发展，国内在电池性能方面与国外相差不大，但在整个车用动力电源系统性能方面和国外还有比较大的差距。22 混合动力汽车（HEV）对蓄电池的要求为了确保电动车合理的行驶性能，对其能源系统应具有如下要求：高比能量，以确保电动车达到合理的行驶里程；高比功率，确保加速和爬坡性能；寿命长，免维护；成本低，自放电小；
10、充电快，效率高，以提高车辆的使用效率和接受制动回输功率的能力；尺寸小；安全性好；更换简便。从 HEV 的使用特点可以看出，电池是一个功率辅助系统，大部分放电是以大电流进行的，能量消耗较小，所以设计时应着重注意功率性能而不是能量参数。HEV循环几乎不要求电池完全充电或完全放电，所以多只电池一起应用通常存在的问题（充电电压升高而导致泄气、电池之间的不平衡、过放电等）较少。主要的问题是电池的失效、整体的可靠性及电流分布，以及大电流长时间循环下的温度控制。最可能的失效是随着循环的进行电流的充放电功率性能的降低。过充电/深放电在由许多电池组成的电池组中几乎是不可避免的，随着电池使用时间的增加，可能性更大
11、。由于许多电池串联一起使用，所以对电池的一致性要求很高。丰田公司的Prius 电动车需要 240 只电池串联，以前若一只电池出现故障，需要替换全部 240只电池，后来进行了改进，设计了 6 单体电池组件，可以简便地更换失效电池，充电能量转换效率要高。另一个很重要的问题是电池管理方面的问题，包括 SOH.SOC水平的判断，其精确的判断不仅确定 HEV 可以使用的时间，也决定其工作状况的好坏。其他如安全性能、热管理性能等也是很必要的。各种混合动力对电源系统的总体要求如下。（1） 串联式混合电动汽车完全由电机驱动，内燃机-发动机总成与电池组一起提供电机所需要的电能，电池 SOC 处于较高水平，对电池
12、系统功率的要求与纯电动汽车相似，但容量要低。（2） 并联式混合电动车内燃机和电机都可以直接对车轮提供驱动力，整车的驾驶要求可以由不同的动力组合结构来满足。电池的容量可以更小，但是电池组瞬时提供的功率要满足汽车加速或爬坡要求，电池最大放电电流有时可能达到 20C 以上。（3） 电池的峰值功率要求大，能短时间大功率放电。（4） 较高的瞬间回馈功率。（5） 循环寿命要长。3（6） 较高的能量密度。（7） 需配备电池管理系统和热管理系统。（8） 电池的 SOC 应保持在 30%80%。43 丰田普锐斯电源系统描述蓄电池智能单元可以将判定充电或放电值（由动力管理控制 ECU 计算）所需的HV 蓄电池状态
13、信号（电压、电流和温度）转换为数字信号，并通过串行通信将其传输至动力管理控制 ECU。蓄电池智能单元采用泄漏检测电路来检测 HV 蓄电池的任何泄漏情况。此外，蓄电池智能单元检测动力管理控制 ECU 所需的冷却风扇的电压，以实现冷却风扇控制。蓄电池智能单元还将这些信号转换为数字信号并通过串行通信将其传输至动力管理控制 ECU。图 1SMR(系统主继电器)控制：1 电源打开。电路连接 SMR1 和 SMR3 闭合；而后，SMR2 闭合，然后 SMR2 断开，由于这种这种方式可以控制流过电阻器的电流，保护电路中的触电，避免其受到强电流造成的损害。2 电源关闭。电路断开时，先断开 SMR2，然后在断开 SMR3，然后，HVECU 确认各个继电器是否已经断开，这样 HVECU 可确定 SMR2 是否卡住。5图 2ECU 对蓄电池的电路控制图64 丰田普锐斯电源系统的常规维护维护内容1 检查动力电源系统的状态。2 检查管理系统的功能是否正常。3 对电池进行充放维护。维护方法1 外观维护 对电源系统的外观做检查如有问题应及时排除。2 绝缘 断开电池组与
