车用动力电池的管理系统设计与实现

论文摘要

随着世界汽车工业的快速发展,全球的能源和环境形势变的愈加严峻,为了使汽车工业能够可持续发展,世界各国正加快交通能源的战略转型。新能源汽车成为未来汽车发展的重要方向,当前作为新能源汽车的主动力源或辅助动力源的电池是制约新能源汽车发展的一个关键技术之一。本文即是针对新能源汽车动力电池的管理系统(BMS)展开研究和实践。本文所设计的电池管理系统采用了分布式网络控制结构,包括电池管理中央模块及多个子模块。其中中央模块是以Microchip公司的PIC18F4685为控制芯片,主要完成接收来自各电池管理子模块采集到的电池工作参数、系统电压和电流的检测、剩余容量的估算、电池故障的诊断,并可与上位机保持数据通讯；电池管理子模块是以PIC18F2480为控制芯片,主要完成单体电池的电压和温度的巡回检测,并向中央管理模块发送所采集到的电压和温度数据。中央管理模块和各子模块之间通过CAN总线来完成信息的交互。此外,电池荷电状态(SOC)的估算也是电池管理系统的一个环节,通过对SOC估算算法的研究,本文采用简单实用的开路电压法和安时计量法的结合的方式来完成SOC的估算。经过实验验证,此方法可以满足电池管理系统(BMS)的基本要求。为了方便用户能够实时监控电池组的工作状态,本文基于Labview设计开发了一套与之配套的上位机监控软件。在BMS运行时,中央管理模块会把数据发送到上位机,用户可以通过上位机监控界面实时监控电池的工作参数,并对参数进行分析、处理和保存等。最后,对所设计开发电池管理系统进行了实验和测试。实验结果表明,系统的数据采集具有良好的实时性和可靠性,对电池荷电状态的估算基本满足实际需求,系统网络通讯正常。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 电池管理系统研究现状
• 1.3 电池管理系统的主要功能
• 1.4 课题研究内容
• 1.5 论文结构安排
• 本章小结
• 第二章 锂电池特性及SOC的估算
• 2.1 动力电池的选择
• 2.2 锂电池工作原理
• 2.3 锂电池性能研究
• 2.3.1 电池内阻
• 2.3.2 电池电压
• 2.3.3 充电特性
• 2.3.4 放电特性
• 2.4 SOC估算
• 2.4.1 SOC定义及常见的SOC估算方法
• 2.4.2 本设计提出的SOC估算方法
• 本章小结
• 第三章 电池管理系统硬件设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.1.1 系统功能
• 3.1.2 系统结构组成
• 3.2 中央模块硬件设计
• 3.2.1 微控制器选择
• 3.2.2 系统电压测量模块
• 3.2.3 电流测量模块
• 3.2.4 显示模块
• 3.2.5 CAN通信模块
• 3.2.6 串行通信模块
• 3.2.7 供电源模块
• 3.3 子模块硬件设计
• 3.3.1 单体电池电压检测模块
• 3.3.2 温度检测模块
• 3.3.3 供电电源模块
• 3.3.4 CAN通信模块
• 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 开发环境简介
• 4.2 软件设计总体方案
• 4.3 中央管理模块软件设计
• 4.3.1 中央管理模块软件总流程
• 4.3.2 电压采集子程序
• 4.3.3 电流采集子程序
• 4.3.4 故障诊断子程序
• 4.3.5 CAN通信子程序
• 4.4 子模块软件设计
• 4.4.1 子模块软件设计总流程
• 4.4.2 单体电池电压检测子程序
• 4.4.3 电池温度检测子程序
• 4.4.4 CAN通讯子程序
• 本章小结
• 第五章 上位机监控系统设计
• 5.1 上位机开发环境介绍
• 5.2 上位机监控系统功能介绍
• 5.3 上位机监控系统设计
• 5.3.1 上位机与电池管理中央模块之间的通信协议制定
• 5.3.2 上位机监控系统界面设计
• 本章小结
• 第六章 电池管理系统实验验证
• 6.1 实验方案设计
• 6.1.1 实验器材
• 6.1.2 实验步骤
• 6.2 电池管理系统实验结果分析
• 6.2.1 SOC的估测结果分析
• 6.2.2 数据采集结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 硬件实物图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢