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燃料电池车的动力电池管理系统研究与实现

作　者: 闫文志
导　师: 吴友宇
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 电池管理系统电池荷电状态卡尔曼滤波电流积分法电压测量
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 316次
引　用: 3次
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内容摘要

现代社会环境和能源问题日益严重,要求新一代汽车向能源高效率、低污染方向发展。燃料电池电动汽车(FCEV)因其具有零排放、低噪声等优点得到广泛的关注并取得一定的进步,但仍需进一步的突破。制约燃料电池电动汽车发展的主要问题是动力电池及其应用技术,电池管理系统(BMS)作为燃料电池电动汽车的关键部件之一,其良好的工作不仅可以提高电池的工作效率,而且可以保证使用安全性并延长电池的使用寿命。本文致力于电池管理系统设计及电池荷电状态(SOC)估算的研究。本文首先介绍了镍氢电池的特性并研究了电池SOC的主要影响因素,建立了镍氢动力电池的二阶RC模型,能很好的描述镍氢电池动态特性,通过对实验数据的分析计算,得到了模型参数。硬件分为上层主控板和下层数据采集板,采用基于CAN总线的分布式设计。上层主控板选用具有数据处理能力和控制能力的TMS320LF2407作为主芯片,完成CAN通信、总电压和电流采集、SOC估算以及故障报警等功能；下层数据采集板选用PIC18F248作为主芯片,完成电压监测、温度测量、CAN通信等功能。其中针对电池包电压测量信号共模电压高以及目前使用分立元件搭建电路复杂且测量误差大的缺点,本文电池电压采集电路设计中采用集成多节电池监视芯片LTC6802,完成电压的精确测量(最大总测量误差0.25%),并具有过充电自动保护、欠压和过压报警功能。本文采用电流积分法和卡尔曼滤波法(Kalman)相结合来估算电池SOC值,解决了目前Kalman滤波法存在噪声无法获得的问题。利用电流积分法计算出Kalman滤波法中的噪声值,用来完成SOC估算值的修正,从而得到电池SOC的精确估算。在软件设计中编写了各个模块的程序,从而实现了电池管理系统的主要功能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题的背景与来源  9
  1.2 课题的研究意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-12
    1.3.1 SOC的定义  11
    1.3.2 SOC的估算方法  11-12
  1.4 本文的章节安排和创新点  12
  1.5 本章小结  12-13
第2章镍氢动力电池及其模型  13-20
  2.1 镍氢电池的基本特性  13-14
    2.1.1 镍氢电池的工作原理  13
    2.1.2 镍氢电池的影响因素  13-14
  2.2 镍氢电池充放电特性曲线及SOC-OCV曲线  14-15
  2.3 镍氢动力电池模型的建立  15-18
    2.3.1 镍氢电池模型概述  15-17
    2.3.2 镍氢电池模型  17-18
  2.4 模型参数的计算  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章电池管理系统SOC估算算法  20-28
  3.1 镍氢电池的状态空间方程  20-22
  3.2 电流积分法  22
  3.3 卡尔曼滤波法  22-24
  3.4 基于改进卡尔曼滤波的镍氢电池SOC估算算法  24-27
  3.5 本章小结  27-28
第4章电池管理系统硬件设计  28-42
  4.1 电池管理系统硬件概述  28-29
    4.1.1 电池管理系统的功能  28-29
    4.1.2 电池管理系统的结构  29
  4.2 电池管理系统主控板模块  29-34
    4.2.1 核心芯片TMS320LF2407及电源模块  30-31
    4.2.2 TMS320LF2407的CAN通信模块  31-33
      4.2.2.1 主控板CAN模块  31-32
      4.2.2.2 SJA1000模块  32-33
    4.2.3 双积分模块  33-34
    4.2.4 实时时钟模块  34
  4.3 电池管理系统数据采集板模块  34-41
    4.3.1 数据采集板硬件结构框图  34-35
    4.3.2 温度检测模块  35-37
      4.3.2.1 DS18B20的结构和工作过程  36
      4.3.2.2 DS18B20供电方式  36-37
    4.3.3 电压检测模块  37-40
      4.3.3.1 LTC6802芯片及组成架构  38-39
      4.3.3.2 LTC6802电压测量电路  39-40
    4.3.4 CAN通信模块  40-41
  4.4 电池组总电压和电流的测量  41
  4.5 本章小结  41-42
第5章电池管理系统软件设计  42-50
  5.1 下层数据采集板的软件设计  42-45
    5.1.1 数据采集板的软件流程  42
    5.1.2 温度测量模块软件设计  42-43
    5.1.3 电压测量模块软件设计  43-44
    5.1.4 数据采集板CAN模块软件设计  44-45
  5.2 主控板软件设计  45-48
    5.2.1 双积分的软件设计  45-46
    5.2.2 SJA1000的软件设计  46
    5.2.3 时钟模块软件设计  46-47
    5.2.4 其他模块软件设计  47-48
  5.3 SOC估算算法软件流程  48-49
  5.4 本章小结  49-50
第6章总结与展望  50-52
  6.1 论文主要研究工作与结论  50-51
  6.2 展望  51-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
攻读硕士学位期间发表论文  56

燃料电池车的动力电池管理系统研究与实现

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