【摘要】：隨著石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的不斷開采,能源枯竭和環(huán)境污染已經(jīng)成為了當(dāng)今全球面臨的巨大挑戰(zhàn),嚴(yán)重制約了人類社會(huì)的健康發(fā)展。隨著新能源技術(shù)的不斷進(jìn)步,電動(dòng)汽車取代燃油汽車已成為必然趨勢(shì)。動(dòng)力電池是決定電動(dòng)汽車各項(xiàng)性能的重要部件,對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)保護(hù)、延長(zhǎng)使用壽命、有效利用電池能量是電動(dòng)汽車普及的重要推動(dòng)力,故電池管理系統(tǒng)(BMS,battery management system)成為了研究的重點(diǎn)。在動(dòng)力汽車中,BMS負(fù)責(zé)對(duì)動(dòng)力電池組中各單體電池進(jìn)行狀態(tài)采集、均衡處理、荷電狀態(tài)(SOC,state of charge)估算等保護(hù)控制工作,并與整車控制器進(jìn)行通訊。本文首先對(duì)鋰電池的特性和幾種等效模型進(jìn)行了研究,對(duì)SOC的各種估算方式進(jìn)行對(duì)比和優(yōu)化,采用擴(kuò)展的卡爾曼濾波法結(jié)合開路電壓法、安時(shí)積分法進(jìn)行SOC估算,闡述了其推導(dǎo)過程并利用Matlab進(jìn)行仿真驗(yàn)證。再對(duì)鋰電池均衡系統(tǒng)進(jìn)行了討論與對(duì)比,結(jié)合現(xiàn)有的多種BMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對(duì)電壓采集、電流采集、溫度采集、均衡處理、通訊方式的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入研究,采用主從式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),著重設(shè)計(jì)了一種高效、實(shí)用的電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以意法半導(dǎo)體公司的STM32F103C8T6芯片為控制核心,結(jié)合凌特公司的LTC6804-2芯片對(duì)電池組的各單體電池進(jìn)行狀態(tài)采集、均衡處理、SOC估算以及主從通訊。創(chuàng)新性地將主控單元的部分模塊精簡(jiǎn)融入到從控單元中,使該系統(tǒng)板可在主、從模式之間任意切換。相繼完成PCB設(shè)計(jì)、打樣、焊板,在Keil集成環(huán)境編寫C語(yǔ)言程序,在Qt環(huán)境下基于C/C++編寫上位機(jī)程序,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。
【圖文】：

離子電池一般由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成[14]。正極材料一般使用LiCo4O 、24LiMn O等可脫嵌鋰離子的鋰化合物[15]，不同正極材料的鋰電池性能不酸鐵鋰電池具有安全性高、使用壽命長(zhǎng)、容量大、高溫性能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)汽車中[16]；負(fù)極材料一般使用天然石墨、人造石墨、碳納米管、碳纖維等可子的石墨類材料和碳素材料；隔膜是一種特殊的金屬?gòu)?fù)合膜，加在電池正負(fù)起到防止正負(fù)極接觸性短路的作用，因隔膜是一種多孔材料，使得鋰離子可過隔膜[17]-[18]；電解液是正負(fù)電極傳遞鋰離子的載體，它決定了電池的容量、、倍率、高低溫放電、高溫貯存、壽命和安全性等性能，電解液含有有機(jī)溶鋰鹽和添加劑，有機(jī)溶劑一般有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳和碳酸甲乙酯，不同的溶劑電池的各項(xiàng)性能不同[19]。離子電池主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。如圖 2.1 所示，在充中，鋰離子在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌以形成電流。電池充電時(shí)，鋰離脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，放電時(shí)則相反。

圖 2.2 Rint 等效模型型即戴維南等效電路，也稱為一階 RC 等效電路， RC 并聯(lián)電路。如圖 2.3 所示，，R1為電池的歐姆內(nèi)容，用來描述電池的極化現(xiàn)象。電池充放電時(shí)電特性由 R2和 C2表征。Thevenin 等效模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單過程，在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛地使用。但其沒、電池過充以及自放電等情況，不適用于長(zhǎng)時(shí)間
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912;TP311.52

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本文編號(hào)：2611766