本文關(guān)鍵詞：大學(xué)生方程式純電動(dòng)賽車鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大學(xué)生方程式純電動(dòng)賽車依托國(guó)家新能源汽車發(fā)展政策,受到各大高校的青睞。純電動(dòng)賽車對(duì)輕量化、可靠性和安全性要求很高,但是電池和電池管理技術(shù)制約著其發(fā)展。通過(guò)對(duì)純電動(dòng)賽車用三元聚合物鋰電池(又稱鎳鈷錳酸鋰電池,以下簡(jiǎn)稱三元電池)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池組的狀態(tài)信息,掌握電池組的剩余容量,進(jìn)行有效的均衡管理并對(duì)危險(xiǎn)狀況及時(shí)處理,使電池安全、可靠、高效的運(yùn)行,延長(zhǎng)使用壽命。本文以三元電池為研究對(duì)象,首先通過(guò)充放電試驗(yàn)對(duì)電池的開路電壓、回彈電壓特性進(jìn)行分析,建立了二階RC網(wǎng)絡(luò)電池模型,采用指數(shù)擬合的方法對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。在MATLAB/Simulink軟件中實(shí)現(xiàn)電池模型并對(duì)模型進(jìn)行脈沖及自定義充放電工況下的仿真。仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合較好,驗(yàn)證了電池模型及參數(shù)辨識(shí)的準(zhǔn)確性。在對(duì)常用的SOC(State of Charge)估算方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,選擇擴(kuò)展卡爾曼濾波算法作為本文SOC估算方法。由于擴(kuò)展卡爾曼濾波算法忽略了Taylor展開式的高階項(xiàng)造成一定誤差,采用有限差分方法修正其高階項(xiàng)。將有限差分?jǐn)U展卡爾曼濾波算法與電池模型相結(jié)合,選定各主要變量及方程的具體形式,在算法遞推作用下進(jìn)行SOC估算。在MATLAB/Simulink軟件中對(duì)兩種估算算法進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明基于有限差分?jǐn)U展卡爾曼濾波算法的SOC估算誤差不超過(guò)3%,估算精度更高。針對(duì)基于端電壓中心均衡或基于SOC均衡方法的不足,提出一種將端電壓均衡與SOC均衡結(jié)合的均衡方法。根據(jù)電池充放電特性在不同階段制定了不同的均衡評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),確定均衡的閾值并制定均衡策略。在MATLAB/Simulink軟件中建立了基于電池模型的均衡電路,并進(jìn)行了均衡策略的仿真。對(duì)電池的仿真和均衡試驗(yàn)結(jié)果表明該方案能有效防止電池過(guò)充和過(guò)放,提高了能量利用率。為純電動(dòng)賽車鋰電池組設(shè)計(jì)了配套的硬件和軟件。硬件部分為主從分布式結(jié)構(gòu),分1個(gè)主控模塊和6個(gè)從控模塊。主控模塊完成對(duì)SOC的估算,總電壓、電流的采集,模塊間的CAN通信功能。每個(gè)從控模塊管理16節(jié)電池單體,負(fù)責(zé)單體電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)和均衡控制。軟件設(shè)計(jì)給出了系統(tǒng)各部分的軟件流程圖。對(duì)電池組進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試,檢測(cè)系統(tǒng)采樣和估算精度,試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：三元電池 電池管理系統(tǒng) SOC估算 均衡控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題來(lái)源及研究的意義10-11
• 1.2 電池管理系統(tǒng)研究及發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 國(guó)外電池管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)電池管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 電池模型概述12-14
• 1.4 SOC估算方法研究概述14-15
• 1.5 均衡控制方法研究概述15-16
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 電池模型建立及參數(shù)辨識(shí)17-28
• 2.1 三元電池外特性測(cè)試及分析17-21
• 2.1.1 三元電池開路電壓特性18-20
• 2.1.2 三元電池回彈電壓特性20-21
• 2.2 電池模型建立21-22
• 2.3 模型參數(shù)辨識(shí)22-25
• 2.4 電池模型的實(shí)現(xiàn)與仿真25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 有限差分?jǐn)U展卡爾曼濾波算法SOC估算28-39
• 3.1 卡爾曼濾波算法及優(yōu)勢(shì)28-33
• 3.1.1 經(jīng)典卡爾曼濾波理論28-30
• 3.1.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波理論30-31
• 3.1.3 有限差分?jǐn)U展卡爾曼濾波算法31-33
• 3.2 有限差分?jǐn)U展卡爾曼濾波器與電池模型的結(jié)合33-36
• 3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 電池主動(dòng)均衡控制39-47
• 4.1 電池組均衡控制策略39-42
• 4.1.1 均衡評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)39-40
• 4.1.2 均衡閾值確定40-41
• 4.1.3 均衡控制策略41-42
• 4.2 均衡模塊設(shè)計(jì)42-43
• 4.2.1 均衡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42-43
• 4.2.2 均衡控制流程圖43
• 4.3 基于電池模型的能量轉(zhuǎn)移均衡策略的仿真43-45
• 4.4 均衡試驗(yàn)方案45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第5章 電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)47-60
• 5.1 主控模塊設(shè)計(jì)47-54
• 5.1.1 主控MCU選擇及最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-49
• 5.1.2 電源模塊設(shè)計(jì)49-50
• 5.1.3 總電壓與總電流檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)50-52
• 5.1.4 繼電器控制模塊設(shè)計(jì)52-53
• 5.1.5 CAN通信模塊設(shè)計(jì)53-54
• 5.2 從控模塊設(shè)計(jì)54-59
• 5.2.1 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)54-55
• 5.2.2 單體電壓檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)55-57
• 5.2.3 均衡控制模塊設(shè)計(jì)57-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第6章 電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)60-70
• 6.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境60-61
• 6.2 主控模塊軟件設(shè)計(jì)61-64
• 6.2.1 主控模塊主程序61-62
• 6.2.2 中斷服務(wù)程序62-63
• 6.2.3 CAN通信子程序63-64
• 6.2.4 故障診斷與處理64
• 6.3 從控模塊軟件設(shè)計(jì)64-67
• 6.3.1 從控模塊主程序64-65
• 6.3.2 單體電壓檢測(cè)65
• 6.3.3 溫度檢測(cè)65-67
• 6.4 系統(tǒng)性能測(cè)試67-68
• 6.5 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果76-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：380817