电动自行车锂电池管理系统设计

论文摘要

随着社会的进步和经济的发展,锂离子电池越来越受到人们的广泛关注,并且其被越来越多的应用到各种设备中,如汽车、自行车、笔记本电脑等等,但是串联电池组的安全性能问题却成为了制约其进一步发展的主要因素。如何提高电池的安全性能、延长电池使用寿命和提高电池的能量效率,是我们必需解决的问题,因此研究电池管理技术具有十分重要的意义。本文针对锂离子电池组的工作特点,设计了一套功能完善的电动自行车电池管理系统。本文重点介绍了系统的硬件设计方面,按照管理系统的总体控制方案和模块化设计的思路,详细分析了电池管理系统的微控制器、数据采集模块、均衡及保护电路模块、SOC显示模块的电路设计和软件实现,在分析了常用的电池均衡方法和控制策略的基础之上,提出了本系统中所采用的均衡充电方法和控制策略,并对此方法和策略进行了仿真,证明了方案的可行性。本系统分为均衡充电模块、数据采集模块、电量计算模块、保护模块。系统采用了飞思卡尔MC9S08DZ16为中央处理器,通过采集模块采集电池的即时电压、电流、以及温度,防止电池过压、过温、过流,让电池更能安全、有效的持续性工作,延长电池的使用寿命,增加电动自行车在行驶中的安全性。本文设计的锂电池管理系统硬件电路可靠、经济、抗干扰能力强,经实践检验SOC剩余容量的估计比较准确,均衡基本能达到要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题的目的及其意义
• 1.2 电池管理系统的发展现状
• 1.3 课题的来源及规划
• 2 本管理系统的总体方案设计
• 2.1 系统的功能分析
• 2.2 系统的设计原则
• 2.3 系统的总体结构
• 3 系统的硬件设计
• 3.1 MCU的选择
• 3.2 数据采集模块的电路设计
• 3.2.1 电压采集电路设计
• 3.2.2 电流采集电路设计
• 3.2.3 温度采集电路设计
• 3.3 保护电路的设计
• 3.4 SOC的估算及LED显示设计
• 3.4.1 SOC的估算方法
• 3.4.2 SOC的显示设计
• 3.5 硬件抗干扰设计
• 4 均衡充电电路设计
• 4.1 电池失衡的原因
• 4.2 均衡充电的概念和意义
• 4.3 锂电池均衡的一些方法
• 4.4 本系统采用的均衡方案
• 5 均衡充电控制策略研究
• 5.1 均衡控制策略
• 5.1.1 压差控制
• 5.1.2 过均衡控制
• 5.2 均衡充电系统仿真
• 5.2.1 电池模型
• 5.2.2 电池仿真模型
• 5.2.3 均衡充电方案仿真研究
• 5.3 均衡充电方案总结
• 6 锂电池管理系统的软件实现
• 6.1 锂电池管理系统软件设计原则及模块的划分
• 6.2 管理系统的总流程图
• 6.3 保护模块流程图
• 6.4 均衡充电模块流程图
• 6.5 软件抗干扰设计
• 7 试验结果及分析
• 8 结论
• 9 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢