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混合动力摩托车锂电池组管理系统的研究

作　者: 郭顺
导　师: 陈建
学　校: 西南大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 混合动力摩托车 锂离子电池 均衡 SOC
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 143次
引　用: 1次
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内容摘要


环境污染、能源危机已经成为制约世界发展的重要因素。混合动力车辆是由电源和燃油驱动行驶,与传统燃油车辆相比降低了燃油消耗和排放,满足了发展的需求。所使用的驱动电源最有发展潜力的是锂离子电池,锂离子电池能量密度大,充电效率高,续航能力长,单体电池充放电超过2000次,然而锂电池组目前使用寿命最高达500次充放电,且价格高,混合动力车辆更换一次电池需要较高的费用。文献研究表明：单体电池间的差异和充放电状态是造成电池组寿命降低的主要原因。所以研究提高锂离子电池的寿命十分必要。目前通过电池管理系统提高锂离子电池的寿命,所以研究工作集中在电池管理系统。本文的锂电池组是18650型号的三元材料制作的,由13个电池单元串联组成。管理系统由主控制器和从控制器构成,与整车控制器通过CAN总线通讯实现动力切换。以PIC18F46K80芯片作为整个控制系统的核心。由充电电路、保护电路、采集电路、均衡电路、显示电路、存储电路、通讯电路、报警电路组成。论文的研究工作主要有：(1)针对目前锂离子电池充电时间长、电池温升高的问题,本文提出基于三段式充电法的智能充电方法,预充电采用变电流电压充电,恒流充电和恒压采用模糊控制和智能控制算法,根据电池的SOC和温度智能的调整充电电压和电流。实验表明充电时间保持在185分钟以内,充电过程中温度最高38℃,降低了因温度升高对电池带来的伤害。(2)针对电池的剩余电量受温度和检测精度影响不准确的现象,本文提出基于开路电压法和安时计量法,结合智能矫正实现了准确检测。实验表明,电池在充放电过程中由控制器多次检测和比较前次的剩余电量进行电量矫正可以提高预测剩余电量准确度,为整车控制策略的制定奠定了基础,降低了因剩余电量显示不准确控制策略误操作对电池带来的损坏。(3)针对单体电池间的差异,本文提出一种无损均衡方法-变压器均衡,不但实现了充电和放电时单体电池间的均衡,还保护了性能较差的电池,使性能较好电池得到充分的发挥。实验表明：均衡效率高,均衡电路可以存储一部分能量分担单体电池的工作压力,提高了保护电池的能力。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第1章 文献综述  9-17
  1.1 混合动力摩托车研究的意义  9
  1.2 锂离子电池管理系统研究的背景和意义  9-10
  1.3 锂离子电池优缺点及应用  10-12
    1.3.1 锂离子电池优缺点  10-11
    1.3.2 锂离子电池的应用  11-12
  1.4 锂离子电池管理系统的研究现状  12-16
    1.4.1 国外研究现状  12-14
    1.4.2 国内研究现状  14-16
  1.5 本章小结  16-17
第2章 绪论  17-21
  2.1 论文研究的背景和意义  17-18
  2.2 研究的内容  18-19
  2.3 研究难点  19
    2.3.1 SOC的准确估算  19
    2.3.2 锂电池均衡管理  19
  2.4 本章小结  19-21
第3章 锂离子电池管理系统单元研究  21-41
  3.1 锂离子电池的特性  21-23
    3.1.1 锂的基本特性  21
    3.1.2 锂电池化学特性  21-22
    3.1.3 锂离子电池特性研究  22-23
    3.1.4 本研究采用的锂电池  23
  3.2 锂离子电池的充电策略  23-28
    3.2.1 电池充电的理论基础  23-24
    3.2.2 充电器的发展阶段  24-27
    3.2.3 本文设计的充电方法  27-28
  3.3 SOC的估算  28-33
    3.3.1 SOC的影响因素  29-30
    3.3.2 剩余容量的常用估计方法  30-32
    3.3.3 本研究采用的方法  32-33
  3.4 锂离子电池的均衡策略  33-39
    3.4.1 锂离子电池失衡及其影响  33-34
    3.4.2 均衡分类  34-38
    3.4.3 本系统采用的均衡方案  38-39
  3.5 本章小结  39-41
第4章 锂电池管理系统的硬件实现  41-57
  4.1 锂电池管理系统基本要求  41
  4.2 锂离子电池管理系统的硬件结构  41-55
    4.2.1 整体结构  41-42
    4.2.2 MCU主控制电路设计  42-43
    4.2.3 单片机电源的设计  43
    4.2.4 充电器设计  43-46
    4.2.5 均衡模块  46-48
    4.2.6 采集电路  48-53
    4.2.7 电路保护  53
    4.2.8 显示模块设计  53-54
    4.2.9 存储模块  54
    4.2.10 通讯模块设计  54-55
  4.3 本章小结  55-57
第5章 锂电池组管理系统的软件设计  57-65
  5.1 软件开发工具  57
  5.2 控制系统主程序设计  57-58
  5.3 AD采集软件设计  58-59
  5.4 SOC电量估算软件设计  59-60
  5.5 PWM充电控制软件设计  60-61
  5.6 CAN通讯软件设计  61-63
  5.7 本章小结  63-65
第6章 实验调试及结果分析  65-81
  6.1 锂电池充电仿真和实验分析  65-73
    6.1.1 充电器仿真和实验分析  65
    6.1.2 Matlab充电仿真分析  65-68
    6.1.3 充电实验分析  68-73
  6.2 放电仿真和实验分析  73-77
    6.2.1 放电仿真分析  73-76
    6.2.2 实验分析  76-77
  6.3 均衡实验分析  77-79
    6.3.1 均衡电池开启前后电池充电结果对比分析  77-78
    6.3.2 均衡电路开启前后电池放电状况  78-79
  6.4 本章小结  79-81
第7章 结论与建议  81-83
  7.1 结论  81
  7.2 建议  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
发表论文及参加课题一览表  89

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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