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(jì)

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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(lái)越重要。鋰離子電池在日常生活中的使用越來(lái)越廣泛,其具有許多的優(yōu)點(diǎn)如環(huán)保,壽命長(zhǎng),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(dòng)力汽車的動(dòng)力來(lái)源,在當(dāng)今世界各國(guó)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(guó)“863”計(jì)劃中的一個(gè)課題項(xiàng)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(duì)電池的電壓,電流,溫度以及剩余容量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),防止電池過(guò)充過(guò)放,溫度過(guò)高,發(fā)出警告信息并進(jìn)行控制等。一個(gè)好的電池監(jiān)控系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集電池的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并且能夠發(fā)揮電池的最優(yōu)性能同時(shí)能夠保護(hù)電池,防止不安全情況的發(fā)生,延長(zhǎng)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(guó)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(shí)序,給出了使兩者兼容的設(shè)計(jì)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(shì)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(guò)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(shí)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(shì)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(shí)積分法,根據(jù)前一步得到了SOC初始值,通過(guò)安時(shí)積分法在電池工作狀態(tài)進(jìn)行SOC估算簡(jiǎn)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(shí)積分法的估算精確度會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而降低,可以通過(guò)卡爾曼濾波法進(jìn)行SOC修正,從而為安時(shí)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(jì)包括電源,時(shí)鐘復(fù)位,存儲(chǔ)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(gè)電路的設(shè)計(jì)思路給出電路圖。設(shè)計(jì)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(shì)以及功能使用并設(shè)計(jì)了一個(gè)高精度的電池信息采集系統(tǒng)和電池均衡電路。通過(guò)對(duì)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(jì)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(jì)流程。最后通過(guò)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(shì)和不足的地方,并且給出了系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果來(lái)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912;TP277
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-14
• 1.1 背景知識(shí)10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r10-11
• 1.2.2 國(guó)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(jì)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(jì)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(shí)計(jì)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(guò)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(jì)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(jì)32-43
• 4.1 MCU硬件設(shè)計(jì)32-37
• 4.1.1 電源模塊電路32-33
• 4.1.2 時(shí)鐘復(fù)位電路33-34
• 4.1.3 FPGA配置電路34-35
• 4.1.4 存儲(chǔ)器與接口電路35-37
• 4.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)45-46
• 5.1.5 CAN通信程序設(shè)計(jì)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(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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

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本文編號(hào)：1003064