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電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及均衡充電方案研究
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專業(yè))
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電氣工程與自動(dòng)化 |
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關(guān)鍵詞
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電池管理|算法驗(yàn)證|均衡充電 |
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適用年級(jí)
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會(huì)員 |
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金 幣
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40 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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word |
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2012-12-20 22:59:00 |
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| 發(fā)布人 |
fei62008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及均衡充電方案研究，共44頁(yè)，20121字。
前言
隨著世界能源形勢(shì)的日益緊張，人們的節(jié)能意識(shí)也日漸增強(qiáng)。與此同時(shí)電動(dòng)汽車因其環(huán)保、高效等低碳特點(diǎn)而受到國(guó)家和民眾的廣泛關(guān)注。電動(dòng)汽車是指全部或者部分由電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力源的行使交通工具，也正因?yàn)槿绱�，電池系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)在整個(gè)電動(dòng)汽車的研發(fā)過程中一直是一個(gè)重點(diǎn)的研究項(xiàng)目，對(duì)電動(dòng)汽車而言具有舉足輕重的作用。
電池系統(tǒng)一般分為電池和電池管理系統(tǒng)兩個(gè)部分。就電池而言，鉛酸、鎳氫、鋰離子或鋰聚合物電池在電動(dòng)汽車的研究中都有應(yīng)用。鋰離子電池由于其比能量大、放電電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、具有快速充電能力、自放電速率小、具有多種安全保護(hù)措施、密封良好，無(wú)泄漏現(xiàn)象、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其在未來(lái)電動(dòng)汽車中的應(yīng)用前景非常廣闊。就電池管理系統(tǒng)而言，在鋰離子電池被廣泛關(guān)注之前，已經(jīng)有學(xué)者針對(duì)鉛酸和鎳氫電池開展了電池管理系統(tǒng)的研究，這些研究包括數(shù)據(jù)采集、SOC 估算、實(shí)時(shí)通信、均衡、絕緣監(jiān)測(cè)等。由于鋰離子物理特性相當(dāng)活躍，過充、過放更容易對(duì)鋰離子電池帶來(lái)?yè)p壞，這就對(duì)電池保護(hù)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。一個(gè)好的電池管理系統(tǒng)可以確保車輛的行駛安全、增加電池使用壽命、提供給駕駛員有用的信息、減少能源消耗等，是電動(dòng)汽車的一個(gè)重要組成部分。
國(guó)外對(duì)電池管理系統(tǒng)的研究已經(jīng)有幾十年了，并取得了一定的成果。我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的研究還處于起步階段，目前清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京航天航空大學(xué)在電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)上取得了一定的研究成果，并且開發(fā)的使用國(guó)產(chǎn)電池管理系統(tǒng)的電動(dòng)大巴已經(jīng)用于2008北京奧運(yùn)會(huì)的運(yùn)動(dòng)員接送過程。
電池管理系統(tǒng)能夠增加電動(dòng)汽車蓄電池使用壽命，同時(shí)提高其利用效率，但是電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的過程也會(huì)影響著其工作效果。由于電動(dòng)汽車蓄電池大都是由若干電池單元串聯(lián)而成的蓄電池組，這樣不但可以增大電動(dòng)汽車蓄電池容量，而且能夠達(dá)到我們理想的工作電壓。但電池串聯(lián)使用時(shí)，電池單元的電壓和容量均不能達(dá)到標(biāo)稱值，其性能如充電效率和放電能力也受到影響[1]。研究表明，這主要是由于串聯(lián)電池組內(nèi)的單體電池間的不一致性造成的[2]。產(chǎn)生這種不一致的原因有：每個(gè)電池單元在制造過程中，由于工藝和材質(zhì)的不均勻等原因，即使是同一家工廠生產(chǎn)的同一批次的電池的性能也可能不完全一致；此外，在電池組裝車時(shí)，車體內(nèi)的環(huán)境如溫度、內(nèi)阻、自放電率等方面也不盡相同，從而導(dǎo)致電池的不平衡；電池組充放電過程引起的電池單元間的差異加劇。這種差異還會(huì)隨著電池使用時(shí)間的增加而逐漸增加，是某些電池單元處于過放電狀態(tài)，不但影響蓄電池的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹑紵虮�。因此，電池間的不均衡是影響電池組的一個(gè)相當(dāng)不利的因素，采取適當(dāng)?shù)姆椒�，研究出一套行之有效的均衡充電方案是非常必要的�?br>
本設(shè)計(jì)共分為八章，第一章為設(shè)計(jì)說明，向讀者簡(jiǎn)單闡述了選擇本課題的目的和原因；第二章對(duì)電池管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹和分析；第三章則從該系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行解析和討論，較為系統(tǒng)地介紹了軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通信方式，SOC算法及運(yùn)行策略；第四章對(duì)算法分析進(jìn)行了簡(jiǎn)單地闡述；在第五章中，本設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)據(jù)的采集與分析介紹了電池管理系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用；第六章是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分之一，詳盡介紹了該系統(tǒng)均衡充電方案的思想，方法和具體實(shí)施步驟；第七章作為整個(gè)課題的總結(jié)，對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行客觀的自我分析與闡述。
此外，本設(shè)計(jì)另設(shè)置第八章，不作為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。其中介紹了電動(dòng)汽車電池領(lǐng)域和電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的一些最新進(jìn)展和成果，并對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車的發(fā)展進(jìn)行展望，開拓了讀者思維。
目錄
前 言
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用 1
1.1 前端數(shù)據(jù)采集 1
1.1.1 電壓的測(cè)量 2
1.1.2 電流的測(cè)量 2
1.1.3 電池溫度的測(cè)量 2
1.2 電池絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù) 3
1.3 數(shù)據(jù)的顯示 3
第2章 均衡充電方案研究 4
2.1 均衡電路工作分析 5
2.2 均衡控制策略 9
2.2.1 SOC預(yù)測(cè) 9
2.2.2 均衡控制與占空比計(jì)算 10
2.2.3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果 12
2.3 結(jié)論 13
第3章 算法驗(yàn)證及實(shí)驗(yàn)分析 14
3.1 SOC算法驗(yàn)證 14
3.2 系統(tǒng)試驗(yàn)內(nèi)容 15
第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17
4.1 電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 17
4.2 電池管理系統(tǒng)硬件方案 17
4.3 數(shù)據(jù)通信 18
4.4 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 18
4.4.1 干擾因素分析 19
4.4.2 抗干擾措施 19
第5章 軟件設(shè)計(jì) 21
5.1 軟件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 21
5.1.1 溫度測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 23
5.1.2 電流、電壓測(cè)量軟件設(shè)計(jì) 24
5.2 RF通信與CAN通信 25
5.2.1 通信協(xié)議的制定 27
5.2.2 CAN模塊子程序流程圖 27
5.3 電池SOC的估算和運(yùn)行控制策略 30
第6章 納米電池概述及其電池管理系統(tǒng)分析* 32
6.1 普渡大學(xué)開發(fā)的納米電池介紹 32
6.2 美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院開發(fā)得納米電池 32
6.3 麻省理工學(xué)院為軍方進(jìn)行的納米電池研究 33
6.4 結(jié)論 34
第7章 總結(jié)與體會(huì) 35
致 謝 36
參考文獻(xiàn) 37
摘要
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一套針對(duì)電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)，并就其中的均衡充電內(nèi)容進(jìn)行研究。
首先對(duì)當(dāng)下電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的一些不足和電動(dòng)汽車技術(shù)推廣中遇到的問題進(jìn)行了分析。從硬件著手，本設(shè)計(jì)不僅探索出了采用美國(guó)Microchip公司的16位數(shù)字控制器dsPIC30f4012作為中央控制芯片，8位單片機(jī)PIC16F726作為單節(jié)電池監(jiān)控單元芯片同時(shí)基于RF無(wú)線通信技術(shù)的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，同時(shí)，介紹了一種成本低且易操作的抗干擾方案；在電池管理系統(tǒng)軟件部分，本設(shè)計(jì)就使用的RF通信即CAN通信方式進(jìn)行了討論，并就SOC估算方法和運(yùn)行策略進(jìn)行了介紹；在第六章中對(duì)均衡充電方案的工作電路及其策略進(jìn)行了進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。此外，本設(shè)計(jì)還就電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞：電池管理，算法驗(yàn)證，均衡充電
第1章 電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用
電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵在于其動(dòng)力電池及應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與革新。磷酸鐵鋰動(dòng)力電池作為新型的鋰離子二次電池,以其容量大、安全性佳、體積輕巧、耐高溫及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)動(dòng)力電池市場(chǎng)的主力。
一個(gè)有效的電池管理系統(tǒng)（BMS：Battery Management System）[3]能對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行保護(hù)、延長(zhǎng)其使用壽命及提高行駛里程，是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和推廣應(yīng)用的一項(xiàng)非常關(guān)鍵的系統(tǒng)工程。BMS能夠?qū)?dòng)力電池的參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，估算電池的荷電狀態(tài)（SOC），從而有效地對(duì)電池組容量進(jìn)行管理和分配，具備完善的故障檢測(cè)、報(bào)警、數(shù)據(jù)處理及傳輸功能等。
為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本文提出一種基于無(wú)線射頻（RF）傳輸技術(shù)[4]，并以DSP為主控ECU，實(shí)施對(duì)電池組監(jiān)測(cè)及管理的設(shè)計(jì)方案。
本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種針對(duì)磷酸鐵鋰電池使用的管理系統(tǒng)，引入了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式管理方法，實(shí)現(xiàn)了電池實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、保護(hù)、SOC估算、均衡管理和無(wú)線傳輸?shù)裙δ�。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度較高、能有效地保護(hù)電池組，用無(wú)線網(wǎng)路代替有線網(wǎng)路，為電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)開發(fā)提供應(yīng)用價(jià)值。
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