纯电动汽车电池管理系统的研究与设计

【摘要】：近年来,随着能源和环境问题压力的增大,具有节能与环保双重优势的电动汽车产业日益受到国家和企业的重视。动力电池作为纯电动汽车的主要能量载体和动力来源,是电动汽车的重要组成部分,它直接影响着纯电动汽车的使用性能和制造成本。电池管理系统作为一种实时监测动力电池工作状态、保证电池安全可靠工作、延长电池循环寿命的工具,对降低电动汽车使用成本,提高电动汽车安全性具有重要的意义。 课题以磷酸铁锂电池和胶体免维护铅酸电池为试验对象,分别对两种动力电池的充放电特性、温度特性等进行了研究。研究结果表明,两种蓄电池组内单体电池的电压在充、放电过程中,特别是充、放电末期存在较大的差异性,即电池组内单体电池间存在不均衡现象。不均衡现象的产生往往伴随着整个电池组有效容量的降低、单体电池的欠充电和过充电等问题,这不仅降低了电池组的使用效率,而且会缩短其循环使用寿命。针对单体电池间的不均衡现象,课题研究设计了电阻耗散式充电均衡系统,并进行了充、放电试验研究。试验结果表明,采用充电均衡系统可有效改善充电过程末期单体电池的过充电和欠充电问题,提高了不同单体电池间的一致性,增加了电池组的有效容量,这对提高电池组的使用效率和延长电池组循环寿命具有重要的意义。 由胶体免维护铅酸电池的放电特性试验发现,电池组的荷电状态(State of Charge,SOC)与端电压间存在较好的线性关系,据此课题提出了一种基于开路电压法和安时积分法相结合的SOC估算方法,该方法运算量小、对单片机性能要求低,有利于在电动汽车上实际应用。课题还研究了温度对铅酸电池组充放电容量的影响。 课题针对磷酸铁锂电池组和胶体免维护铅酸电池组,分别开发了电池管理系统,实现了对电池组总电压、充放电电流、各单体电池电压、电池组温度等状态参数的监测、数据分析和存储；系统具备RS-485和CAN总线通讯功能,可与电机控制器或整车控制器进行数据通讯；系统可实现电池组供电主回路的控制及电池组热管理；系统具有友好的人机交互界面,可方便用户或维护人员查看电池组状态数据和设置参数。 【关键词】：电池管理系统 SOC 均衡管理 充放电保护
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM912;U463.633
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 电池管理系统国内外研究现状10-11
• 1.3 电池管理系统功能概述11-12
• 1.4 课题研究的主要内容12-13
• 第二章 磷酸铁锂电池组充放电特性研究13-25
• 2.1 磷酸铁锂电池介绍13-14
• 2.2 磷酸铁锂电池失效模式14-15
• 2.3 磷酸铁锂电池充放电特性研究15-17
• 2.4 磷酸铁锂电池的充电均衡17-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 铅酸电池充放电特性及SOC估算方法研究25-37
• 3.1 免维护铅酸电池简介25-26
• 3.2 免维护铅酸电池常见失效模式26-27
• 3.3 铅酸电池充放电特性27-31
• 3.4 环境温度对铅酸电池充放电容量的影响31-32
• 3.5 不同SOC下的开路电压及SOC估算方法研究32-35
• 3.6 本章小结35-37
• 第四章 电池管理系统设计开发37-49
• 4.1 电池管理系统硬件设计37-44
• 4.2 电池管理系统软件设计44-49
• 第五章 结论49-51
• 5.1 课题总结49
• 5.2 课题展望49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-57
• 学位论文评阅及答辩情况表57

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