本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池能量管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

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【摘要】：日益枯竭的石油資源和環(huán)境污染的大背景下使得電動(dòng)汽車進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期,鋰離子電池以它在能量、體積、壽命、環(huán)保等各方面都具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)成為電動(dòng)汽車能源的寵兒。但是鋰離子電池的成本、循環(huán)壽命、使用安全等問題制約著鋰離子電池的廣泛使用。本文針對(duì)這一問題設(shè)計(jì)了鋰離子電池能量管理系統(tǒng),該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)視電池組工作狀態(tài),并且能實(shí)時(shí)顯示電池工作中的部分參數(shù)(電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)),方便操作人員隨時(shí)了解電池工作狀態(tài)并且做出最佳的電池使用方案,保證鋰離子電池組工作安全可靠,最大限度的延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。本文首先介紹鋰離子電池的電化學(xué)特性及其性能參數(shù),并且通過開路電壓特性試驗(yàn)、負(fù)載電壓特性試驗(yàn)、電池效率特性試驗(yàn)對(duì)電池的部分特性進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試分析,得到鋰離子電池開路電壓特性、負(fù)載電壓特性以及充放電效率特性。在掌握鋰離子電池電化學(xué)特性的前提下,為了更為準(zhǔn)確且便于在線實(shí)時(shí)估算鋰離子電池荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC),結(jié)合傳統(tǒng)安時(shí)積分法、開路電壓法及負(fù)載電壓法,綜合考慮充放電效率和溫度的補(bǔ)償因素,提出一種新型SOC安時(shí)積分實(shí)時(shí)估算方法,建立SOC實(shí)時(shí)估算仿真模型,并搭建鋰離子電池充放電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行SOC實(shí)時(shí)估算方法驗(yàn)證。仿真與試驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果表明:在恒定電流工況以及循環(huán)電流工況條件下,SOC誤差值基本在3%以內(nèi);另外在兩個(gè)工況中SOC估算方法均能實(shí)時(shí)反映出當(dāng)前電池荷電狀態(tài),從而說明新型安時(shí)積分實(shí)時(shí)估算法具有理論上的可行性以及估算方法的精確性,可為電池SOC實(shí)時(shí)估算和檢測(cè)提供重要的參考價(jià)值,并為后續(xù)的電池能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鋰離子電池能量管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)必須有硬件和軟件的支撐,本文以MC9S12XS128為主控芯片進(jìn)行鋰離子電池能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)上,進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)(電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路設(shè)計(jì))、均衡控制電路設(shè)計(jì)、通訊電路設(shè)計(jì)(CAN通訊電路、串口通訊電路設(shè)計(jì))、以及顯示電路設(shè)計(jì)等,并制作出電池管理系統(tǒng)硬件實(shí)物。軟件設(shè)計(jì)上,采用C語言編程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),基于Freescale CodeWarrior軟件完成程序編寫、調(diào)試、編譯和鏈接,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集子程序、SOC計(jì)算子程序、均衡控制子程序以及CAN通訊模塊子程序。根據(jù)硬件和軟件設(shè)計(jì),完成鋰離子電池能量管理系統(tǒng)電控單元BMS設(shè)計(jì)與制作。搭建鋰離子電池能量管理系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái),包括供電用蓄電池、放電外在負(fù)載用電爐、充電機(jī)、動(dòng)力鋰離子電池組、本文研制的BMS以及分析用計(jì)算機(jī)等,并進(jìn)行15A電流工況下充放電試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:該鋰離子電池能量管理系統(tǒng)具有較完善功能且荷電狀態(tài)估算精度較高,運(yùn)行穩(wěn)定,能有效地提高鋰離子電池性能。
【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)汽車 鋰離子電池 電池能量管理系統(tǒng) 荷電狀態(tài)(SOC) MC9S12XS128 實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 鋰離子電池管理系統(tǒng)12-14
• 1.2.1 電池管理系統(tǒng)功能介紹13-14
• 1.3 BMS國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 國(guó)外BMS研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)BMS研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 BMS關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.1 荷電狀態(tài)（SOC）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17
• 1.4.2 均衡控制研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本課題研究?jī)?nèi)容18-22
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.5.2 關(guān)鍵技術(shù)19-20
• 1.5.3 技術(shù)路線20-22
• 第二章 鋰離子電池特性分析22-40
• 2.1 鋰離子電池概述22-23
• 2.2 鋰離子電池工作原理及性能參數(shù)23-28
• 2.2.1 鋰離子電池工作原理23-24
• 2.2.2 鋰離子電池性能參數(shù)24-28
• 2.3 動(dòng)力鋰離子單體電池的部分特性實(shí)驗(yàn)分析28-37
• 2.3.1 電池充電方法概述28
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)臺(tái)28-29
• 2.3.3 電池開路電壓特性實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析29-33
• 2.3.4 電池端電壓特性試驗(yàn)及結(jié)果分析33-35
• 2.3.5 電池效率特性實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-40
• 第三章 SOC在線實(shí)時(shí)估算方法研究40-54
• 3.1 鋰離子荷電狀態(tài)SOC估算概述40-42
• 3.1.1 鋰離子電池荷電狀態(tài)SOC定義40-41
• 3.1.2 鋰離子電池荷電狀態(tài)SOC估算的影響因素41-42
• 3.2 電池荷電狀態(tài)SOC估算方法簡(jiǎn)介42-45
• 3.2.1 放電實(shí)驗(yàn)法42
• 3.2.2 開路電壓法42-43
• 3.2.3 安時(shí)積分法43
• 3.2.4 內(nèi)阻法43-44
• 3.2.5 卡爾曼濾波法44
• 3.2.6 模糊邏輯推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法44-45
• 3.3 SOC新型安時(shí)積分估算法45-48
• 3.3.1 SOC新型安時(shí)積分估算方法46-48
• 3.4 SOC新型安時(shí)積分估算方法建模與仿真分析48-51
• 3.4.1 SOC估算方法建模48-49
• 3.4.2 SOC估算方法仿真分析49-51
• 3.5 SOC估算方法實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第四章 電池能量管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)54-68
• 4.1 BMS功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)54-55
• 4.2 鋰離子電池能量管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖及實(shí)物圖55-56
• 4.3 主控制器芯片的介紹與電源電路56-58
• 4.3.1 主控芯片的選取與介紹56-57
• 4.3.2 主控芯片電源電路設(shè)計(jì)57-58
• 4.4 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)58-62
• 4.4.1 電壓采集電路設(shè)計(jì)58-59
• 4.4.2 單體電壓采集電路59-60
• 4.4.3 電流采集電路設(shè)計(jì)60-61
• 4.4.4 溫度采集電路設(shè)計(jì)61-62
• 4.5 均衡模塊電路設(shè)計(jì)62-64
• 4.6 通訊電路設(shè)計(jì)64-66
• 4.6.1 CAN通訊電路設(shè)計(jì)64-65
• 4.6.2 串口通訊電路設(shè)計(jì)65-66
• 4.7 本章小結(jié)66-68
• 第五章 電池能量管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)68-76
• 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能及環(huán)境68-69
• 5.2 軟件整體流程設(shè)計(jì)69-70
• 5.3 數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì)70-73
• 5.3.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊70-71
• 5.3.2 采樣電壓、電流、溫度處理模塊71-73
• 5.4 SOC計(jì)算子程序設(shè)計(jì)73
• 5.5 均衡模塊程序設(shè)計(jì)73-74
• 5.6 CAN通訊模塊程序設(shè)計(jì)74-75
• 5.7 本章小結(jié)75-76
• 第六章 系統(tǒng)測(cè)試與分析76-80
• 6.1 系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容76
• 6.2 系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)76-78
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)布置76-77
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果77-78
• 6.3 本章小結(jié)78-80
• 第七章 結(jié)論與展望80-82
• 7.1 結(jié)論80-81
• 7.2 研究展望81-82
• 致謝82-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 附錄88
• A.作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及其他成果88
• B.作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目88

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