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纯电动汽车电池管理系统的研究

作　者: 郭航
导　师: 黄菊花
学　校: 南昌大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 锂离子电池 BMS SOC 电动汽车均衡
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 5次
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内容摘要

随着全球经济发展以及能源、环保等问题的日益突出,电动汽车以零排放和噪声低等优点已成为节能环保绿色车辆最主要的发展方向之一,并且越来越受到世界各国的重视,在二十世纪得到迅速发展。而电动汽车的动力源——动力锂离子电池,是目前电动汽车发展的瓶颈。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(Battery Management System,简称BMS)研究是解决该问题的关键,倍受人们的关注,是电动车产业化的关键。电池管理系统监测及管理电动汽车的动力电池运行的全过程,包括电池基本信息(包括电压、电流、温度和电量)监测、剩余电量估计、单体电池间的充放电均衡、电池故障诊断等方面。本文以昌河爱迪尔汽车改装的电动汽车为试验平台,以锂离子电池为研究对象,研制适用于电动汽车的电池管理系统。目的是实时监控锂离子电池、延长电池使用寿命、提高电池的能量效率和运行可靠性。首先分析了锂离子电池的工作特性和影响剩余容量的因素,比较了几种估算电池荷电状态(State of Charge,简称SOC)的方法,并介绍了本系统中采用的SOC估算方法,即开路电压法与安时法相结合的方法。其次针对锂离子电池的特性,设计出基于微控制器的电池保护系统。可监测单体电池的电压,防止电池在使用中出现过充、过放等现象；监测电池组的电流和温度信号,防止电池组出现过流、温度过高、短路等减少电池寿命现象的发生。管理系统基于单片机实现对电池组电压、电流和温度的精确采集,采用串口和控制器局域网络接口完成管理系统与其它系统之间的通信连接。最后,在电动汽车上搭建实验平台,将锂离子电池组与设计的电池管理系统连接进行相关调试、试验,测得相关数据并进行了数据分析。结果表明：本文所设计并实现的电池管理系统硬件电路可靠、经济、抗干扰能力强,可以实现：电池组的电压、电流、温度的模拟量采集；均衡充放电；剩余电量的计算和电池状态的判断；实时显示电池组相关信息,故障时报警等功能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 选题意义  9
  1.2 国内外电动汽车及其发展概况  9-12
  1.3 电动汽车电池管理系统综述  12-18
    1.3.1 电池管理系统(BMS-Battery Management System)简介  12-14
    1.3.2 电池管理系统结构及功能分析  14-17
    1.3.3 电池管理系统国内外研究现状  17-18
  1.4 本文的研究内容  18
  1.5 系统的技术指标  18-19
  1.6 本章小结  19-20
第二章锂离子电池及其SOC估算方法  20-33
  2.1 锂离子电池  20-25
    2.1.1 锂离子电池简介  20-21
    2.1.2 锂离子电池发展历史  21-22
    2.1.3 锂离子电池原理  22-23
    2.1.4 锂离子电池主要特点  23-25
  2.2 锂离子电池剩余电量及影响因素  25-28
    2.2.1 SOC定义  25-26
    2.2.2 影响锂离子电池剩余电量的因素  26-28
  2.3 常用SOC估算方法  28-32
    2.3.1 开路电压法  28-29
    2.3.2 安时法  29
    2.3.3 内阻法  29
    2.3.4 电动势法  29-30
    2.3.5 负载电压法  30
    2.3.6 卡尔曼滤波法  30
    2.3.7 神经网络法和模糊推理法  30-31
    2.3.8 线性模型法  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章基于安时-开路电压法的锂离子电池SOC估算  33-41
  3.1 安时-开路电压法  33-36
    3.1.1 安时法的缺点  33-34
    3.1.2 安时-开路电压法对安时法的补偿方法  34-36
  3.2 基于补偿方法的SOC曲线方程的建模  36-39
    3.2.1 基于开路电压补偿的建模  36
    3.2.2 基于充放电倍率补偿的建模  36-37
    3.2.3 基于温度补偿的建模  37-38
    3.2.4 基于充放电循环次数的建模  38-39
  3.3 安时-开路电压法SOC估算程序实现  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章电池管理系统硬件设计  41-53
  4.1 系统总体结构  41-42
  4.2 主控MCU的选择  42-44
    4.2.1 STC12C5A60S2简介  42-44
    4.2.2 单片机外围电路  44
  4.3 电池状态信息采集模块  44-49
    4.3.1 电压电流采集模块  45-46
    4.3.2 温度采集模块  46-47
    4.3.3 A/D转换模块  47-49
  4.4 均衡电路  49-50
  4.5 通讯系统模块  50-52
    4.5.1 串口通讯  50-51
    4.5.2 CAN通讯  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第五章电池管理系统软件设计  53-68
  5.1 软件设计概述  53-54
    5.1.1 软件开发环境  53-54
    5.1.2 软件模块划分  54
  5.2 系统主程序设计  54-55
  5.3 数据采集程序设计  55-61
  5.4 均衡充电程序设计  61-62
  5.5 CAN通讯程序设计  62-67
  5.6 本章小结  67-68
第六章系统在线测试及运行  68-73
  6.1 实验环境  68-69
  6.2 系统调试  69-72
  6.3 本章小结  72-73
第七章总结与展望  73-75
  7.1 全文总结  73-74
  7.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
攻读学位期间的研究成果  79

纯电动汽车电池管理系统的研究

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