【摘要】：為了滿足新能源有軌電車運行的能量和功率要求,鋰電池需要通過串并聯(lián)組成車載儲能系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)作為完成檢測電池參數(shù),控制電池組充放電并準確估計電池狀態(tài)等任務的關鍵部件,是動力電池系統(tǒng)不可或缺的組成部分。本文旨在設計一套適用于雙源制地鐵工程車的電池管理系統(tǒng),在實現(xiàn)其基本功能的基礎上,圍繞電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)變量估計進行深度研究。首先,本文以雙源制地鐵工程車為研究對象,從整車能量管理系統(tǒng)的角度出發(fā)分析了雙源制地鐵工程車電池系統(tǒng)的能量和功率需求,以此為依據(jù)確定電池選型并配置了電池及其管理系統(tǒng)的主要參數(shù)。在此基礎上本文根據(jù)相關測試標準完成了電池性能測試,為后續(xù)電池管理系統(tǒng)研究提供了數(shù)據(jù)基礎。接著,本文結合軌道交通電壓等級高、電磁環(huán)境復雜等特點,對電池管理系統(tǒng)的設計方案和設計方法展開敘述。包括硬件選型和電路原理說明,系統(tǒng)主要功能的程序實現(xiàn),以BMS為中心的通信方案設計等內容,本文均作出完整闡述。同時本文裝載電池箱完成了 BMS主要功能測試。之后,本文著重研究了不同工況條件下電池管理系統(tǒng)狀態(tài)變量的精確估算,提出一種基于模型驅動的電池管理系統(tǒng)剩余可用能量估計的方法。在此過程中,本文根據(jù)地鐵工程車的運行環(huán)境和工況特點,考慮溫度和倍率對模型參數(shù)的影響,建立了一種全倍率-溫度范圍內適用的磷酸鐵鋰電池模型。本文引入電池剩余最大可用容量和剩余最大可用能量的概念,通過分析二者之間的潛在聯(lián)系,在所建立的模型基礎上,類比SOC估計方法,分別用卡爾曼濾波(KF)技術的線性化形式(EKF)和噪聲修正形式(AEKF)進行電池剩余可用能量估計并完成了仿真驗證。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U482.1;TM912
【圖文】：

ｎｍｒｒ｜ｒｆ邐ｎｍｒＨｈ逡逑集中式ＢＭＳ逡逑圖１－］集中式ＢＭＳ拓撲圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑此外，還有一種ＢＭＳ采用檢測－控制回路分離的設計，即分布式管理系統(tǒng)。逡逑分布式管理系統(tǒng)根據(jù)板件通信方式可以分為兩類。文獻［１６］設計的分布式ＢＭＳ采用逡逑總線型結構通信。每個檢測板和控制板都是總線通信的一部分［１７］。這種設計節(jié)省逡逑線束，便于擴展。但同時帶來了邋“一損俱損”的問題。一個監(jiān)測板故障，后面的逡逑檢測板通信都將中斷。另一種分布式ＢＭＳ檢測－控制回路呈星型通信。構成一主逡逑控制多從的拓撲結構［１８］。分布式ＢＭＳ易于線束管理，某個監(jiān)測板的故障退出不會逡逑影響其他監(jiān)測板運行，便于進行介質訪問控制。但這種結構需要很長的線束，受逡逑限于控制板接口的數(shù)量，不能隨意增加檢測板。邐邋邐邋邐逡逑—十４：邐４邋一ｆ邐ｆ邋￣邋ｈ邋ｎ邐「「ｊ邋－邋４邐ｒ－￣＾＼邐ｊ￣ｌ邋７邋ｎ逡逑Ｓｌａｖｅｌ邐Ｓｌａ／ｅ２邋邐邋Ｓｌａ／ｅ邋ｎ逡逑Ｉ邋Ｓｌａ／ｅｌ邐Ｓｌａ／ｅ２邋邐邋Ｓｌａ／ｅ邋ｎ邋．邐１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｌ＿＿Ｊ邐Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑，，邋丨Ｉ，邋１邐Ｉ邐Ｉ逡逑Ｉ邋＼邐Ｉ邋Ｌ邐Ｊ邋｜邐｜邋邐邐邐邐逡逑Ｉ邐ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ邐ｍａｓｔｅｒ邐Ｉ逡逑邐Ｌｋ邐Ｌ逡逑圖１－２分布式ＢＭＳ拓撲圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑從功能上來看，ＢＭＳ起著檢測單體電壓、溫度，采集電池組電壓電流，數(shù)據(jù)逡逑傳輸

邐Ｌｋ邐Ｌ逡逑圖１－２分布式ＢＭＳ拓撲圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑從功能上來看，ＢＭＳ起著檢測單體電壓、溫度，采集電池組電壓電流，數(shù)據(jù)逡逑傳輸，數(shù)據(jù)處理，上下電控制，故障診斷等作用。文獻［１９＿２Ｇ］通過為每一節(jié)單體配逡逑置單總線器件ＤＳ２４３８的方式采集單體電壓、溫度信息。文獻提出通過精密電阻逡逑分壓的方式實現(xiàn)多串電池共用一個ＤＳ２４３８電路板采樣的目的。這種方式降低了設逡逑計成本，但分壓電阻阻值不同帶來串聯(lián)單體電壓采集精度不一致，單體不均衡等逡逑問題。隨著ＢＭＳ的研宄越來越受重視，許多半導體生產廠家，如Ｌｉｎｅａｒ、ＴＩ等均逡逑面向ＢＭＳ開發(fā)出專用的采集芯片。其中最具代表性的是Ｌｉｎｅａｒ公司生產的ＬＴＣ逡逑系列采樣芯片。其中ＬＴＣ６８０４內置兩個１６位ＡＤＣ，增加ｉｓｏＳＰＩＴＭ接口，抗復逡逑４逡逑

（１）要求工程車在大同市以下可能的環(huán)境條件下，全天候安全可靠運行：逡逑海拔高度邐彡１２００邋ｍ；逡逑環(huán)境溫度邐－２０°Ｃ？４５°Ｃ；逡逑相對濕度邐６０％；逡逑電氣設備適用溫度邐－２０°Ｃ？４５°Ｃ。逡逑（２）大同市城市軌道交通接觸網(wǎng)供電電壓采用ＤＣ１５００Ｖ制式。工程車運行滿逡逑下供電條件：逡逑接觸網(wǎng)供電電壓（額定）邐ＤＣ１５００Ｖ逡逑蓄電池供電電壓（額定）邐ＤＣ８００Ｖ逡逑網(wǎng)壓波動范圍邐ＤＣ１０００Ｖ－２０００Ｖ逡逑本文研究的雙源制地鐵工程車采用接觸網(wǎng)－鋰電池雙動力源供電模式［Ｍ］。在有逡逑網(wǎng)的區(qū)域由接觸網(wǎng)直流母線為列車運行提供電能？，沒有接觸網(wǎng)的區(qū)域則由鋰逡逑供電以滿足地鐵工程車的廠內調車、救援牽引等任務，從而實現(xiàn)有軌電車雙逡逑源的“綠色節(jié)能”運行。動力系統(tǒng)主要由動力電池、牽引逆變器、電機及機逡逑動等部分組成。如圖２－１為工程車主電路拓撲圖。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2745561