20kW车用铅酸电池智能管理系统

论文摘要

环境的不断污染、石油能源的加剧消耗促使纯电动车成为了各国各汽车厂商争相研究的对象。而阀控免维护铅酸蓄电池(VRLA)凭着其低廉的价格优势占据了车用蓄电池的大部分市场份额。本文旨在开发一套完整的VRLA蓄电池管理系统,包括蓄电池状态检测、均衡充放电管理、温度管理、充放电管理等。本文首先讨论了车用VRLA蓄电池的特性,包括其失效模式、改进方式以及各种充电方法对其物理上的影响。随后,针对VRLA车用蓄电池,本文着重讨论了电动汽车蓄电池的智能管理系统,第三章到第四章详细介绍了装载车内的管理系统(检测系统、均衡系统):第五章着重讨论了置于车外的充放电管理系统的设计和实现。状态检测系统系统主要包括电池状态采集系统以及剩余容量SoC、健康状态SoH测量系统。本文针对电动汽车这个特殊应用场合,提出了一种新的同时基于AH定律、Peukert方程、温度修正、SoH以及开路电压的的容量预测方法。均衡充电系统的目的是保持串联电池组单体电池容量的均衡。均衡管理系统主要包括控制器、开关组件以及辅助均衡充电器三个部分。主充电系统采用的是正负脉冲的充电方式,本系统通过一个全桥双向DC/DC变流器来实现。主充电器的功率等级为20kW,在本课题组中,这个功率等级较之以往有较大的突破。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 电动汽车发展及现状
• 1.1.1 美国电动车发展现状
• 1.1.2 欧洲电动汽车的发展
• 1.1.3 日本电动汽车的发展
• 1.1.4 我国的电动汽车发展
• 1.2 电动汽车蓄电池管理系统
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 参考文献
• 第2章 电动汽车蓄电池
• 2.1 车用蓄电池特性分析
• 2.1.1 电动车蓄电池基本性能指标
• 2.1.2 几种常用蓄电池性能比较
• 2.2 铅酸电池（VRLA）的特性
• 2.2.1 VRLA的电佛学反应
• 2.2.2 VRLA的失效模式
• 2.2.3 VRLA电池失效的防止措施
• 2.3 充电方式对VRLA电池的影响
• 2.3.1 恒压充电方式
• 2.3.2 恒流充电方式
• 2.3.3 两阶段充电方式
• 2.3.4 三阶段充电方式
• 2.3.5 脉冲充电方式
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 车内管理系统--状态检测系统
• 3.1 电池单体电压的测量方法介绍
• 3.1.1 共模测量法
• 3.1.2 继电器切换采样法
• 3.1.3 开关切换法
• 3.1.4 V/F转换无触点采样法
• 3.1.5 浮动地测量法
• 3.2 电池端压测量研究设计
• 3.2.1 端压测量设计
• 3.2.2 A/D芯片选通信号的产生
• 3.2.3 釆样时钟信号
• 3.2.4 电压数字信号采集
• 3.2.5 软件设计
• 3.3 电池温度检测
• 3.3.1 DS1820介绍
• 3.3.2 硬件设计
• 3.3.3 软件实现
• 3.4 充放电电流测量
• 3.5 SoC估算
• 3.5.1 SoC预测方法介绍
• 3.5.2 本之采用的SoC估算方法
• 3.6 SoH预测
• 3.7 实验结果
• 3.8 本章小结
• 参考文献
• 第4章 车内管理系统--均衡充电管理
• 4.1 现有的电池均衡方法
• 4.2 本文采用的均衡方案
• 4.2.1 控制器
• 4.2.2 开头组件
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 控制器编程
• 4.3.2 通信设计
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 均衡充电器
• 4.4.2 均衡效果仿真
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 车外管理系统--主充电系统
• 5.1 硬件设计指标
• 5.2 充放电拓扑选择
• 5.2.1 隔离型拓扑
• 5.2.2 实际采用的双向DC/DC拓扑
• 5.3 主充电器的工作原理
• 5.3.1 脉冲充电策略
• 5.3.2 主充电器的工作状态
• 5.4 电路的设计
• 5.5 吸收电路的设计
• 5.5.1 RCD吸收
• 5.5.2 无损吸收
• 5.6 实验结果
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 论文发表情况
• 致谢