微型纯电动汽车电池管理系统的设计

【摘要】：本文基于与企业合作的微型纯电动汽车课题平台,针对铅酸电池组的管理展开工作,力图认识并解决样车能量管理系统的设计、使用中的实际问题。 本文在分析各种SOC估算方法优缺点的基础上,采用安时积分法和开路电压法对SOC进行估算。开路电压法可以对电池SOC初始值进行校正。安时积分法可以计算出电池充放电过程中增加或者减少的电量,从而计算出电池实时的SOC值。 根据电池管理系统的设计要求,本文选用PIC18F4580作为电池管理系统的控制器。采用电压传感器和电流传感器采集电压和电流信号,经过信号调理电路输入到单片机的A/D口,通过采集到的电压信号、电流信号和温度信号对SOC进行估算。通过CAN总线与整车控制器进行通讯。采用LCD1602对电压、电流、温度、SOC值等数据进行显示。 本文对电池组均衡管理和热管理进行了设计,均衡管理采用电阻均衡方法,以电池组中最低模块电压作为均衡标准,通过消耗电压比较高的电池的能量,最终使各电池之间的电压达到一致。电池管理系统采用导热油作为传热介质,通过控制冷却风扇和电阻丝对导热油进行冷却或加热,再由导热油与电池组进行热交换,采用这种方式可以使电池组工作在最佳的温度下。 本文的软件系统是在MPLAB环境下进行开发的,软件系统采用模块化的方式进行设计,主要包括定时器模块、A/D模块、CAN通讯模块、DS1302模块和DS18B20模块等等。单片机上电后首先对各个模块进行初始化,完成初始化后,将进入循环程序。于循环程序中根据采集到的信号进行SOC估算、均衡控制和温度控制。 本文还采用MATLAB/SIMUlink对SOC算法进行仿真,仿真结果表明本文设计的电池SOC算法是正确可行的。 最后将铅酸蓄电池组与电池管理系统连接起来进行系统调试、试验。试验结果表明电池管理系统可以对电池的电压、电流信号进行采集,可以实现SOC的预测。 【关键词】：微型纯电动汽车 电池管理系统 电池均衡 热管理 SOC
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U469.722
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 电动汽车国内外发展现状12-13
• 1.2 微型纯电动汽车是电动汽车市场的突破口13
• 1.3 电池管理系统概述13-14
• 1.4 电池管理系统国内外发展现状14-18
• 1.4.1 国外电池管理系统发展现状14-17
• 1.4.2 国内电池管理系统发展现状17-18
• 1.5 论文主要研究内容18-19
• 第二章 铅酸电池管理系统总体设计19-27
• 2.1 电动汽车对电池组工作要求19-20
• 2.1.1 混合动力汽车对电池组的工作要求19
• 2.1.2 微型纯电动汽车对电池组的工作要求19-20
• 2.2 铅酸电池的结构和工作原理20-21
• 2.2.1 铅酸电池的结构20
• 2.2.2 铅酸电池的工作原理20-21
• 2.3 电池SOC 的概念及其SOC 估算方法21-24
• 2.3.1 SOC 的概念21
• 2.3.2 SOC 估算方法21-23
• 2.3.3 本文SOC 估算方法23-24
• 2.4 电池均衡管理24-26
• 2.4.1 电池均衡管理的必要性24
• 2.4.2 电池均衡方法24-25
• 2.4.3 充电均衡方式设计25-26
• 2.5 电池温度控制26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 铅酸电池管理系统硬件设计27-37
• 3.1 概述27-28
• 3.2 ECU 选择及电源模块28-29
• 3.2.1 PIC18F4580 最小系统28
• 3.2.2 电源28-29
• 3.3 数据采集模块硬件设计29-33
• 3.3.1 电压采集硬件设计29-31
• 3.3.2 电流采集硬件设计31-32
• 3.3.3 温度采集硬件设计32-33
• 3.4 DS1302 时间模块电路设计33-34
• 3.5 数据存储34
• 3.6 CAN 通讯硬件电路设计34-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第四章 铅酸电池管理系统软件设计37-50
• 4.1 概述37
• 4.2 软件开发环境37-38
• 4.3 软件系统整体设计结构38-39
• 4.4 采样时间基准程序设计39-40
• 4.5 A/D 采集程序设计40-41
• 4.6 显示模块程序设计41-42
• 4.7 时钟模块程序设计42-43
• 4.8 数据存储程序设计43-44
• 4.9 DS18B20 温度采集程序设计44-46
• 4.9.1 DS18B20 的初始化45
• 4.9.2 DS18B20 的写操作45
• 4.9.3 DS18B20 的读操作45-46
• 4.10 CAN 模块程序设计46-49
• 4.10.1 CAN 初始化程序设计47-48
• 4.10.2 CAN 发送程序设计48-49
• 4.11 本章小结49-50
• 第五章 铅酸电池SOC 估算方法仿真模型50-54
• 5.1 概述50
• 5.2 电池仿真模型50-51
• 5.3 仿真结果分析51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 试验分析54-59
• 6.1 实验条件54
• 6.2 电压采样精度试验54-55
• 6.3 电流采样精度试验55
• 6.4 SOC 测试试验55-58
• 6.5 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-60
• 7.1 总结59
• 7.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文64

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