發(fā)布時間：2017-10-09 23:28

  本文關(guān)鍵詞：基于嵌入式的鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計

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【摘要】：隨著不可再生資源的日益減少以及環(huán)境污染的不斷加大,新能源的利用顯得越來越重要。鋰離子電池在日常生活中的使用越來越廣泛,其具有許多的優(yōu)點(diǎn)如環(huán)保,壽命長,自放電率低等,代替了常用的高污染類型電池。鋰離子電池作為混合動力汽車的動力來源,在當(dāng)今世界各國的研究比較熱門,但是鋰電池的續(xù)航能力比較差,其已作為我國“863”計劃中的一個課題項目研究。電池監(jiān)控系統(tǒng)主要就是用于電池日常維護(hù)避免電池故障發(fā)生。電池監(jiān)控系統(tǒng)主要是對電池的電壓,電流,溫度以及剩余容量等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,防止電池過充過放,溫度過高,發(fā)出警告信息并進(jìn)行控制等。一個好的電池監(jiān)控系統(tǒng)不僅能實(shí)時監(jiān)測采集電池的實(shí)時數(shù)據(jù),并且能夠發(fā)揮電池的最優(yōu)性能同時能夠保護(hù)電池,防止不安全情況的發(fā)生,延長電池使用壽命從而降低電池的使用成本等。本文首先主要介紹了國內(nèi)外關(guān)于電池監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及狀況,敘述了電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究意義,分析現(xiàn)有電池監(jiān)控系統(tǒng)的特征特點(diǎn)等,在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上提出一些創(chuàng)新點(diǎn)。其次重點(diǎn)介紹了本文所提出的電池監(jiān)控系統(tǒng)的整體構(gòu)架。本文主要采用了Altera公司的CycloneII系列的FPGA作為主控制芯片,采用了SOPC嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建了一套可行,可靠的電池監(jiān)控系統(tǒng),介紹了SOPC嵌入式系統(tǒng)的配置所需的器件和接口,分析了AD接口和嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部AVALON總線的時序,給出了使兩者兼容的設(shè)計思路。接著介紹SOC估算的意義以及估算的難點(diǎn)和重點(diǎn),分析了現(xiàn)有的估算策略的優(yōu)勢以及不足之處,并且結(jié)合現(xiàn)有的幾種SOC估算策略提出了本文的SOC估算方法,闡述了卡爾曼濾波算法的推導(dǎo)過程以及復(fù)合卡爾曼濾波法的思想,SOC估算主要是把開路電壓法,安時積分法以及擴(kuò)展卡爾曼濾波法相結(jié)合進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算結(jié)合三種算法的優(yōu)勢彌補(bǔ)不足之處,首先在電池開路靜置狀態(tài)采用開路電壓法估算SOC,這種方法精度比較高,其次采用安時積分法,根據(jù)前一步得到了SOC初始值,通過安時積分法在電池工作狀態(tài)進(jìn)行SOC估算簡單易行,減少了MCU的運(yùn)算壓力,在電池工作狀態(tài)SOC受影響的因素比較多安時積分法的估算精確度會隨著使用時間的增加而降低,可以通過卡爾曼濾波法進(jìn)行SOC修正,從而為安時積分法提供最優(yōu)估算初始值。后面又主要介紹了圍繞FPGA建立的電池監(jiān)控系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計包括電源,時鐘復(fù)位,存儲器控制電路以及數(shù)據(jù)采集和通信電路并且分析了各個電路的設(shè)計思路給出電路圖。設(shè)計中AD數(shù)據(jù)采集芯片用到的是ADI公司前兩年推出的電池監(jiān)控系統(tǒng)芯片AD7280A,本文分析了這款芯片的優(yōu)勢以及功能使用并設(shè)計了一個高精度的電池信息采集系統(tǒng)和電池均衡電路。通過對硬件和系統(tǒng)的功能分析,又著重介紹了嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法和流程,主要是SOC估算子程序流程,AD采樣流程以及通信軟件設(shè)計流程。最后通過simulink仿真了復(fù)合卡爾曼濾波法SOC的估算效果,分析這種估算方法的優(yōu)勢和不足的地方,并且給出了系統(tǒng)測試結(jié)果來驗(yàn)證該系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：電池監(jiān)控系統(tǒng) 嵌入式 SOC估算
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912;TP277
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-14
• 1.1 背景知識10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r10-11
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究的內(nèi)容12-13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 第2章 鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架14-20
• 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14-15
• 2.2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計15-19
• 2.2.1 NIOSII處理器系統(tǒng)構(gòu)架15-17
• 2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計17-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 SOC估算及電池均衡研究20-32
• 3.1 鋰電池概述20-21
• 3.1.1 鋰電池的工作原理20-21
• 3.2 SOC估算定義21-22
• 3.2.1 SOC估算的意義21-22
• 3.2.2 SOC估算的影響因素和難點(diǎn)22
• 3.3 SOC估算的方法介紹22-24
• 3.3.1 安時計量法22-23
• 3.3.2 開路電壓法23
• 3.3.3 內(nèi)阻法23-24
• 3.3.4 卡爾曼濾波法24
• 3.3.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法24
• 3.4 鋰電池SOC復(fù)合估算24-28
• 3.4.1 擴(kuò)展卡爾曼波算法25-27
• 3.4.2 卡爾曼濾波算法推導(dǎo)過程27-28
• 3.4.3 本文提出的復(fù)合EKF算法思想28
• 3.5 電池均衡管理28-31
• 3.5.1 現(xiàn)有的電池均衡方法29
• 3.5.2 本文采用的電池均衡方案設(shè)計29-31
• 3.6 本章小結(jié)31-32
• 第4章 電池監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計32-43
• 4.1 MCU硬件設(shè)計32-37
• 4.1.1 電源模塊電路32-33
• 4.1.2 時鐘復(fù)位電路33-34
• 4.1.3 FPGA配置電路34-35
• 4.1.4 存儲器與接口電路35-37
• 4.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計37-40
• 4.2.1 電壓采集電路37-39
• 4.2.2 溫度采集電路39
• 4.2.3 電流采集電路39-40
• 4.3 通信模塊設(shè)計40-42
• 4.3.1 RS232通信電路40-41
• 4.3.2 串.轉(zhuǎn)USB電路41
• 4.3.3 CAN通信電路41-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與仿真結(jié)果43-51
• 5.1 系統(tǒng)的部分軟件流程圖43-47
• 5.1.1 總軟件設(shè)計流程43-44
• 5.1.2 電壓和溫度采集44-45
• 5.1.3 SOC估算任務(wù)程序45
• 5.1.4 SCI程序設(shè)計45-46
• 5.1.5 CAN通信程序設(shè)計46-47
• 5.2 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果與分析47-50
• 5.2.1 最小系統(tǒng)調(diào)試47-48
• 5.2.2 EKF算法SOC估算仿真48-50
• 5.2.3 上位機(jī)顯示結(jié)果50
• 5.3 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-56
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果56

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳友宇,梁紅;電動汽車動力電池均衡方法研究[J];汽車工程;2004年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊福賀;鋰離子電池安全性檢測實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2013年

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本文編號：1003064