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电动公交车电源管理系统的研究

作　者: 衣红明
导　师: 马凤英
学　校:
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 铅酸电池电源管理系统 CAN总线 DS2438 DS18B20
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

论文根据电动汽车的研究目的及意义和在电源管理系统方面国内外研究的发展现状，分析了现阶段电动汽车研究发展的主要问题，随后分析了铅酸电池的工作原理，充放电特性，以及影响铅酸电池工作特性的因素和铅酸电池的性能。然后介绍了电池SOC的定义和对其主要影响因素的分析，比较几种常用的估测方法的优劣性，提出了基于自适应神经模糊推理的SOC估计。针对现有的应用状况，选用总体通信依托CAN总线，参数采集采用MCU的设计方案。课题中对与电源管理系统相关的几个重要参数，进行详细的研究，并根据实验室的具体情况和课题的具体要求，提出了对应的实验方法，用DS2438和DS18B20器件来对主要参数进行测量，并给出一些应用电路的设计。论文中提出系统结构的通信结构，整体采用CAN总线协议，依托通信控制器SJAl000，使传输的数据达到双向的传送，即，微控制器模块采集的数据传至通信控制器上，随后通过总线传到整车的控制系统中，反之也行得通。而在微控制器之间则采用串口通信的方法来传送数据。以单片机为核心的硬件系统实现采集传送功能，给出程序流程图并用C语言编写相关的软件。论文中介绍了电池的一致性问题，通过对几种动力电池的等效电路的对比和本实验的要求，采用Rint模型，并在Simulink仿真平台上对Rint等效电路进行了模拟仿真，然后基于该等效电路模拟仿真了并联支路分流法和电容能量转移法，并对这两种均衡方法进行实验分析。对均衡电流的选择进行了说明，均衡电流最好能够接近实际电流。通过模拟仿真技术对几种方法进行比较，分析各自优缺点，选择出性能优、实用性强的均衡方法，为以后的推广应用打下基础。课题中采用了自适应的神经网络来预测电池的SOC，依据硬件电路的设计采集有效数据验证该电源管理系统可靠性。电动公交车的电源管理系统需要依托一个精确的电池模型，传统的不同类型的电池模型是非常困难的办到的。本文采用基于自适应神经模糊推理的方法，依托大量的实验数据，使用模糊控制和逆向推演的方法得到精确地电池训练模型，使得该模型可以较好的模拟电池的性能。课题的研究虽然只是在实验室环境下进行的，但是为以后提高电动公交车的性能，运用于实践操作提供借鉴。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究的目的及意义  11-12
  1.2 电动汽车的发展情况  12-13
    1.2.1 电动汽车国外发展情况  12
    1.2.2 纯电动汽车国内研究现状  12-13
  1.3 电动汽车电池管理系统简介  13-14
    1.3.1 国外电池管理系统的现状  13-14
    1.3.2 国内电池管理系统的研究  14
  1.4 课题的提出及研究内容  14-15
    1.4.1 电池管理  14-15
    1.4.2 电池管理研究的内容  15
  1.5 本章小结  15-17
第2章蓄电池工作原理与性能分析  17-29
  2.1 铅酸蓄电池的工作原理  17-19
    2.1.1 蓄电池的放电过程  17-18
    2.1.2 蓄电池的充电过程  18-19
  2.2 铅酸蓄电池的工作特性  19-21
    2.2.1 蓄电池静止电动势  19
    2.2.2 蓄电池的放电特性  19-20
    2.2.3 蓄电池的充电特性  20-21
  2.3 影响蓄电池容量的因素  21-22
  2.4 蓄电池的充电  22-24
    2.4.1 定流充电  22-23
    2.4.2 定压充电  23
    2.4.3 快速充电  23-24
  2.5 电池的荷电状态  24-25
  2.6 影响电池 SOC 的主要因素分析  25
  2.7 目前常用估计 SOC 的方法  25-27
  2.8 本文的预测方法  27-28
    2.8.1 自适应神经模糊模型组成  27-28
    2.8.2 神经模糊推理 SOC 估计  28
  2.9 本章小结  28-29
第3章数据参数采集电路  29-41
  3.1 1-WIRE总线  29
  3.2 硬件结构  29
  3.3 单总线操作命令序列  29-30
  3.4 单体电池的温度测量  30-32
    3.4.1 DS18B20 引脚及内部结构  31-32
  3.5 单总线数据通信协议  32-35
  3.6 蓄电池组电压和电流采集  35-38
    3.6.1 DS2438 智能电池监视芯片  35-36
    3.6.2 系统硬件电路工作原理  36-37
    3.6.3 单体电池电压和电流参数的测量  37-38
  3.7 系统软件设计  38-40
    3.7.1 主程序设计  38
    3.7.2 剩余电量采集子程序设计  38-39
    3.7.3 电压采集程序处理  39-40
    3.7.4 通信模块设计  40
  3.8 本章小结  40-41
第4章系统总体设计方案及通信  41-53
  4.1 系统总体设计方案研究  41
  4.2 现场总线技术简介  41-42
  4.3 CAN 总线简介  42-44
    4.3.1 CAN 总线的特点  42-43
    4.3.2 控制器局域网的电气特性  43-44
  4.4 通信控制器与 MCU 电路  44-45
  4.5 通信接口电路  45-46
  4.6 CAN 通信部分软件设计  46-49
    4.6.1 CAN 总线节点程序的初始化  46-47
    4.6.2 报文发送子程序  47-48
    4.6.3 报文接收子程序  48-49
  4.7 控制模块和检测模块之间的串行通信  49-52
    4.7.1 串行通信数据传输方向  49-50
    4.7.2 串行通信接口标准  50-52
  4.8 本章小结  52-53
第5章电池组均衡性模拟仿真及实验分析  53-69
  5.1 蓄电池的一致性  53
  5.2 单体电池仿真模型建立  53-55
    5.2.1 电池的理论模型  53-55
  5.3 均衡的原理  55-62
    5.3.1 能耗型均衡  57-60
    5.3.2 非能耗型均衡  60-62
  5.4 均衡电流的选择  62
  5.5 电池荷电状态 SOC 预测  62-63
    5.5.1 基于自适应神经网络的 SOC 估计  62-63
    5.5.2 神经模糊推理 SOC 估计  63
  5.6 SOC 估计的实验分析  63-68
    5.6.1 恒流放电下的实验分析  63-67
    5.6.2 实验分析  67-68
  5.7 本章小结  68-69
第6章总结与展望  69-71
  6.1 总结  69
  6.2 课题展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
在学期间主要科研成果  77

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