本文關(guān)鍵詞：船用鋰電池組電池管理系統(tǒng)研發(fā)

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【摘要】：隨著國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略(2014年~2020年行動(dòng)規(guī)劃)以及IMO(International Maritime Organization)船舶能效指數(shù)EEDI(Energy Efficiency Design Index)的提出,以多能源構(gòu)成的供電方式已越來越多地應(yīng)用到船舶電力系統(tǒng)中。鋰電池組作為船舶多能源供電系統(tǒng)重要組成部分,其安全可靠運(yùn)行,特別是鋰電池管理系統(tǒng)(BMS-Battery Management System)的可靠運(yùn)行,是保證新能源船舶正常續(xù)航能力的關(guān)鍵。同時(shí)由于船舶用電設(shè)備長(zhǎng)期工作在高濕度、高鹽度、易發(fā)霉等惡劣條件下,負(fù)荷數(shù)目眾多,電壓波動(dòng)范圍大,且存在風(fēng)、浪、流等不確定海況,對(duì)適用于船舶的鋰電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求。因此,根據(jù)船舶應(yīng)用特點(diǎn),本文提出一種基于多重冗余技術(shù)和均衡技術(shù)的船用鋰電池組電池管理系統(tǒng),確保電池監(jiān)管的高可靠性,同時(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命,保證新能源船舶鋰電池組長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。首先,本文對(duì)比、分析汽車和船舶領(lǐng)域鋰電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及技術(shù)要點(diǎn)�？紤]到船舶運(yùn)行工況的復(fù)雜性以及航運(yùn)法規(guī)的苛刻性,針對(duì)船用鋰電池組電池管理系統(tǒng),本文提出了兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題:BMS可靠性問題和均衡問題。其次,提出一種由“雙機(jī)主從與三線路傳輸”共同構(gòu)成的多重冗余BMS,并根據(jù)馬爾科夫過程理論對(duì)所設(shè)計(jì)的冗余系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。結(jié)果表明采用多重冗余方案的船用鋰電池組電池管理系統(tǒng),除正常工作時(shí)能實(shí)時(shí)監(jiān)視電池組狀態(tài)信息外,故障時(shí)仍能選擇不同冗余方式確保系統(tǒng)可靠工作。在單元故障率λ=0.0001時(shí)連續(xù)運(yùn)行10000h后,多重冗余BMS可靠性能為89.67%(無冗余時(shí),為36.8%)。然后,完成反激型集中變壓器式主動(dòng)均衡拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì),并結(jié)合電池?cái)?shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)均衡控制策略的Matlab/Simulink模型搭建,并進(jìn)行仿真驗(yàn)證和結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在循環(huán)1500次后,使用均衡的電池組容量衰減率接近31.5%,而無均衡裝置的為38.6%,均衡策略可以顯著提升電池使用壽命。最后,根據(jù)多重冗余系統(tǒng)架構(gòu)及功能組成,從硬件層面,對(duì)船用鋰電池組電池管理系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵通信技術(shù)做詳細(xì)的研發(fā)。并給出系統(tǒng)冗余切換的軟件流程。
【關(guān)鍵詞】：電池管理系統(tǒng) 多重冗余 馬爾科夫過程 電池均衡策略
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U665.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 鋰電池管理系統(tǒng)概述11-15
• 1.2.1 電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 鋰電池管理系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用13-15
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及主要流程15-17
• 1.4 論文研究意義17-18
• 第2章 船用鋰電池管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)18-27
• 2.1 系統(tǒng)功能需求18-21
• 2.1.1 鋰電池參數(shù)采集18-19
• 2.1.2 鋰電池安全運(yùn)行要求19-20
• 2.1.3 鋰電池狀態(tài)估算及性能優(yōu)化20
• 2.1.4 系統(tǒng)接口與擴(kuò)展20-21
• 2.2 系統(tǒng)設(shè)備間通信21
• 2.2.1 CAN網(wǎng)絡(luò)通信21
• 2.2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信21
• 2.3 系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)21-26
• 2.3.1 冗余結(jié)構(gòu)及工作原理22-23
• 2.3.2 冗余可靠性分析23-26
• 2.4 本章總結(jié)26-27
• 第3章 船用鋰電池管理系統(tǒng)均衡研究27-51
• 3.1 鋰電池管理系統(tǒng)均衡研究現(xiàn)狀27-28
• 3.2 磷酸鐵鋰單體電池模型仿真及參數(shù)求解28-39
• 3.2.1 鋰電池等效電路模型搭建29-36
• 3.2.2 鋰電池等效電路模型參數(shù)求解36-39
• 3.3 均衡電路設(shè)計(jì)39-44
• 3.3.1 開關(guān)矩陣均衡拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)40-41
• 3.3.2 Flyback型均衡DC/DC變換器設(shè)計(jì)41-44
• 3.4 均衡策略提出44-47
• 3.5 均衡仿真及結(jié)果分析47-50
• 3.5.1 均衡仿真模型搭建47-48
• 3.5.2 仿真結(jié)果分析48-50
• 3.6 本章總結(jié)50-51
• 第4章 船用鋰電池管理系統(tǒng)硬件、軟件實(shí)現(xiàn)51-84
• 4.1 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)51-53
• 4.2 主控設(shè)備硬件設(shè)計(jì)53-58
• 4.2.1 主控控制芯片電路53-55
• 4.2.2 總電壓、總電流檢測(cè)55-57
• 4.2.3 絕緣檢測(cè)57-58
• 4.2.4 繼電器輸出58
• 4.3 從控單元硬件設(shè)計(jì)58-68
• 4.3.1 LTC6804-2 單體電池電壓采集58-61
• 4.3.2 NTC溫度采集61-62
• 4.3.4 均衡電路變壓器設(shè)計(jì)62-68
• 4.4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)冗余通信實(shí)現(xiàn)68-74
• 4.4.1 ZigBee組網(wǎng)研究69-71
• 4.4.2 ZigBee通信實(shí)現(xiàn)71-74
• 4.5 CAN通信實(shí)現(xiàn)74-80
• 4.5.1 CAN接口電路及位定時(shí)機(jī)制74-78
• 4.5.2 CAN網(wǎng)絡(luò)上層協(xié)議規(guī)劃78-80
• 4.6 系統(tǒng)主要軟件流程80-83
• 4.6.1 系統(tǒng)總體運(yùn)行流程80-81
• 4.6.2 冗余切換流程81-83
• 4.7 本章總結(jié)83-84
• 第5章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及驗(yàn)證84-91
• 5.1 調(diào)試出現(xiàn)問題及解決84
• 5.2 系統(tǒng)冗余功能驗(yàn)證84-86
• 5.3 均衡策略驗(yàn)證86-90
• 5.4 本章總結(jié)90-91
• 第6章 總結(jié)與展望91-93
• 致謝93-94
• 參考文獻(xiàn)94-98
• 附錄98-103
• 在學(xué)期間科研成果情況103

【相似文獻(xiàn)】

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