【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)成為了當今全球面臨的巨大挑戰(zhàn),嚴重制約了人類社會的健康發(fā)展。隨著新能源技術(shù)的不斷進步,電動汽車取代燃油汽車已成為必然趨勢。動力電池是決定電動汽車各項性能的重要部件,對動力電池進行監(jiān)測保護、延長使用壽命、有效利用電池能量是電動汽車普及的重要推動力,故電池管理系統(tǒng)(BMS,battery management system)成為了研究的重點。在動力汽車中,BMS負責對動力電池組中各單體電池進行狀態(tài)采集、均衡處理、荷電狀態(tài)(SOC,state of charge)估算等保護控制工作,并與整車控制器進行通訊。本文首先對鋰電池的特性和幾種等效模型進行了研究,對SOC的各種估算方式進行對比和優(yōu)化,采用擴展的卡爾曼濾波法結(jié)合開路電壓法、安時積分法進行SOC估算,闡述了其推導過程并利用Matlab進行仿真驗證。再對鋰電池均衡系統(tǒng)進行了討論與對比,結(jié)合現(xiàn)有的多種BMS拓撲結(jié)構(gòu),對電壓采集、電流采集、溫度采集、均衡處理、通訊方式的實現(xiàn)進行了深入研究,采用主從式拓撲結(jié)構(gòu),著重設(shè)計了一種高效、實用的電池監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以意法半導體公司的STM32F103C8T6芯片為控制核心,結(jié)合凌特公司的LTC6804-2芯片對電池組的各單體電池進行狀態(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、打樣、焊板,在Keil集成環(huán)境編寫C語言程序,在Qt環(huán)境下基于C/C++編寫上位機程序,通過實驗驗證了設(shè)計的可行性。
【圖文】：

離子電池一般由正極、負極、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、容量大、高溫性能等優(yōu)點，廣泛應汽車中[16]；負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復合膜，加在電池正負起到防止正負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，電解液含有有機溶鋰鹽和添加劑，有機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性能不同[19]。離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。如圖 2.1 所示，在充中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌以形成電流。電池充電時，鋰離脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)，放電時則相反。

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。電池充放電時電特性由 R2和 C2表征。Thevenin 等效模型結(jié)構(gòu)簡單過程，在實際應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，不適用于長時間
【學位授予單位】：青島大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TP311.52

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本文編號：2611766