动力锂离子电池组管理系统的研究

论文摘要

汽车的发展给人们的生活带来了极大的方便,但是也给人类生存环境带来了危害,同时传统汽车所消耗的燃油属于不可再生能源。随着人类的环保意识的增强以及能源危机的加剧,新能源汽车由于具备诸多优点,受到人们越来越多的关注,在许多国家已经上升到国家战略的层面。在我国,国家出台一系列的政策鼓励和支持新能源汽车发展。在几年前,由于电池技术的限制,新能源汽车并没有得到很好的发展,然而在这几年,随着锂电池技术的日益成熟,新能源汽车在这几年出现了“井喷”式的发展。锂电池以高性能、低污染或者无污染而受到汽车界的关注,被誉为最具发展潜力的能源载体之一,锂离子电池的管理已成为当前研究的热点之一。本系统针对74节动力锂电池组,采用基于CAN总线的分布式架构,由电池包模块与主控单元组成,所有电池包模块与主控单元通过CAN总线进行数据交换,由主控单元统一控制电池组的充放电、均衡等等。这种架构可以很方便的增减电池的数量,具有很好的通用性和扩展性。本文从电池外部参数的采集、电池管理系统的架构及部分核心硬件设计、电池管理系统的电量计算方法及控制管理策略、管理系统的软件设计四个方面对所研究的系统进行了阐述。文中对电池组单体电池电压的采集做了深入的研究,并提出一种低成本、高精度的电池组单体电池电压检测方法,该方法具有成本低、电路简单可靠、对电池影响小、精度高的特点,常温下误差低于0.1%。研究了电池组的电量计算方法和控制管理策略,在文中给出了具体的故障管理、状态管理、充放电控制策略、热管理等电池组管理策略,增强电池组在使用过程中的安全性能并提高电池组的使用寿命。对电池管理系统的软件设计做了深入的研究,系统的软件设计采用多工序并行处理的程序结构,该程序结构设计简单、实时性较强,能够很好的应对管理系统对系统实时性和稳定性的要求。最后,对本系统存在不足以及改进方案进行了详细说明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电动汽车技术
• 1.2 电池技术
• 1.3 锂电池管理系统
• 1.3.1 电池管理系统SOC估算研究现状
• 1.3.2 锂电池管理系统均衡方法及研究方向
• 1.3.3 锂电池管理系统的热管理
• 1.4 本论文的研究内容及安排
• 第2章 锂电池外部参数检测研究
• 2.1 锂电池单体电压检测
• 2.1.1 现有单体电池电压检测方法
• 2.1.2 单体电池电压精确检测方法的研究
• 2.1.3 电压检测实验结果
• 2.2 锂电池组温度检测
• 2.2.1 DS18B20温度检测原理
• 2.2.2 温度传感器拓扑
• 2.3 锂电池组总电流的检测
• 2.3.1 电流检测方法
• 2.3.2 锂电池组电流检测硬件设计
• 2.4 锂电池组总电压检测
• 第3章 BMS系统总体设计及CAN总线设计
• 3.1 BMS系统总体方案设计
• 3.2 系统电源供应
• 3.3 单片机方案选择
• 3.4 主控单元硬件设计
• 3.5 电池包模块硬件设计
• 3.6 CAN总线设计
• 3.6.1 内部CAN总线传输帧格式
• 3.6.2 内部CAN总线滤波器设置
• 第4章 锂电池管理控制策略及算法
• 4.1 SOC估算算法
• 4.1.1 SOC估算基本思想
• 4.1.2 电量的计量
• 4.2 锂电池管理系统管理控制策略
• 4.2.1 电池组故障管理
• 4.2.2 电池组均衡充电管理
• 4.2.3 电池组放电管理
• 4.2.4 电池组热管理
• 4.3 电池管理系统低功耗运行策略
• 第5章 锂电池管理系统软件设计
• 5.1 软件设计思想
• 5.2 主控单元程序设计
• 5.2.1 主控单元启动流程
• 5.2.2 CAN总线发送服务程序
• 5.2.3 电池组单体电池电压温度数据传输
• 5.2.4 电流检测
• 5.2.5 BMS程序设计
• 5.3 电池包模块程序设计
• 5.3.1 温度检测程序
• 5.3.2 电压检测及均衡控制程序
• 5.4 上位机显示及CAN总线通信数据
• 5.4.1 上位机显示
• 5.4.2 CAN总线通信
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 附录B 系统照片