纯电动汽车锂离子电池管理系统的研究

【摘要】：传统汽车依靠化石燃料的燃烧作为动力源，不仅造成了全球范围内的资源短缺，更加对环境产生了极大的污染。电动汽车的出现极大地缓解了资源和环境方面所遇到的难题。电池管理系统作为纯电动汽车各项技术中的关键之一，在提高电池性能，延长电池寿命方面都有极大的作用。电池管理系统在电动汽车电池工作的整个过程中监控电池的工作状态，对状态信息数据进行采集，包括电池的电压、电流以及温度数据；另外还能够实现对电池的荷电状态SOC（State of Charge）进行估算的功能。 本文以锂离子电池中的磷酸铁锂电池作为研究对象，进行了电池管理系统的研究和设计。目的是采集电池工作过程中的各项状态信息数据，增强电池运行性能，延长电池循环使用寿命。 首先，对锂离子电池的工作原理进行了深入的研究，确定了影响电池SOC、工作性能以及循环使用寿命的因素，并给出了几种不同的SOC的估算方法，最终确定了安时法与开路电压法相结合的SOC估算方法。 其次，对电池管理系统的硬件电路进行了设计，根据电池组的性能参数对各器件进行了选择。以TI公司生产的TMS320F2812作为主控单元，设计了电池组的电压、电流以及温度采集电路，单体电压均衡电路、A/D保护电路、二阶采样滤波电路、安全检测电路以及CAN通讯电路。在CCS3.3软件开发环境下进行了软件程序的开发，主要包括中央控制单元主程序，系统初始化程序，电池组状态信息采集程序，单体电压均衡程序、A/D转换模块程序，CAN通讯模块程序以及SOC估算程序的编写。 最后，搭建电池管理系统实验平台，对电池进行各种条件下的充放电实验，采集其相关数据，绘制SOC曲线，并对实验结果进行分析。实验结果表明，本文所设计的电池管理系统具有一定的实际性和可靠性，对电池状态信息能够实现准确性较高的采集，CAN通讯模块能够实现与上位机的通讯。 【关键词】：纯电动汽车 电池管理系统 荷电状态 数据采集
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外电动汽车发展情况概述11-15
• 1.2.1 国外发展现状11-14
• 1.2.2 国内发展现状14-15
• 1.3 电动汽车电池管理系统概述15-17
• 1.3.1 电池管理系统介绍15-16
• 1.3.2 电池管理系统国内外发展现状16-17
• 1.4 本文研究的内容17-18
• 第2章 锂离子电池及其 SOC 估算方法18-31
• 2.1 锂离子电池18-22
• 2.1.1 锂离子电池工作原理18-19
• 2.1.2 锂离子电池的主要特点19-22
• 2.2 锂离子电池荷电状态及影响因素22-25
• 2.3 常用的 SOC 估算方法25-30
• 2.3.1 开路电压法26
• 2.3.2 安时法26-27
• 2.3.3 内阻法27
• 2.3.4 负载电压法27
• 2.3.5 电动势法27-28
• 2.3.6 卡尔曼滤波法28
• 2.3.7 神经网络法和模糊推理法28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 电池管理系统硬件设计31-45
• 3.1 系统整体结构设计31-32
• 3.2 中央控制单元32
• 3.3 电池状态信息采集电路32-39
• 3.3.1 电池电压采集模块32-34
• 3.3.2 单体电压采集及均衡模块34-36
• 3.3.3 电池电流采集模块36-37
• 3.3.4 二阶滤波及采样保持电路37-39
• 3.3.5 电池温度采集模块39
• 3.4 A/D 保护电路39-40
• 3.5 CAN 通讯接口设计40-42
• 3.6 安全监测模块设计42-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第4章 电池管理系统软件设计45-54
• 4.1 软件系统开发环境45
• 4.2 系统主程序设计45-47
• 4.3 系统子程序设计47-53
• 4.3.1 初始化模块程序设计47-48
• 4.3.2 系统电池信息采集模块48-49
• 4.3.3 电池均衡模块49-50
• 4.3.4 系统 CAN 通讯模块50-51
• 4.3.5 系统 SOC 估算模块51-52
• 4.3.6 系统温度管理系统52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 实验结果及分析54-59
• 5.1 电池组电压采集实验54-56
• 5.2 电池 SOC 与开路电压关系实验56
• 5.3 不同温度下电池 SOC 估算实验56-57
• 5.4 不同放电倍率下电池 SOC 估算实验57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间发表的学术论文64-65
• 致谢65

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