一种锂离子电池组充放电管理方式的研究

论文摘要

随着人类对自身生存环境的重视,对现代文明带来的巨大副作用危机的理解加深,对将来人类社会工业文明及物质文明的重新定义和认识的改变,人们深刻意识到发展经济必须遵循两大原则：环境保护和不可再生资源的合理使用。电动自行车、电动工具、电动汽车等正是顺应这两大主题概念而产生和发展的社会产品,是人类对自身保护的使然,是人与自然关系正确处理的必然。电动汽车、储能电站、电动自行车等上都需要使用串联单体电池组成的电池组,以适应高电压的需求。单体电池由于生产工艺等原因导致各电池容量与性能的差异,在对电池组进行充放电的过程中,必然会扩大这种差异,长此以往,这种恶性循环过程将加速电池的损坏。因此,动力电池组需要采用均衡电路以延长电池组寿命是国内外学者和业界的共识。本文主要研究了以下几个方面的内容：1、总结了锂电池的原理及发展情况,其当前在汽车领域的应用现状,比较了现有的锂电池充电方式和均衡方式。2、研究了锂电池性能的关键技术,总结了锂电池失效机理和各种特性,并主要研究了当前对锂电池荷电状态(SOC)计算的现状,以及和各种影响SOC计算的因素。3、设计了针对锂电池特性的均衡系统的硬件电路,使用了一种新型的均衡实现方案,能解决当前部分技术的缺点,特别适用于目前大范围在电动汽车上使用的磷酸铁锂电池。4、针对锂电池的特性,开发了一种可以在锂电池组上使用的均衡规则,特别适用于目前大范围在电动汽车上使用的磷酸铁锂电池。5、通过实验室环境,使用真实磷酸铁锂电池组做实验,验证了本套均衡管理系统的有效性。6、基于本论文的研究对磷酸铁锂电池组的均衡做了一些总结与后期展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 锂电池的原理及发展综述
• 1.2.1 锂电池的工作原理
• 1.2.2 锂电池的特点
• 1.2.3 锂电池的种类
• 1.2.4 锂电池的应用
• 1.2.5 锂电池的发展
• 1.3 锂电池在汽车领域的应用现状
• 1.3.1 锂电池在汽车领域的研究成果
• 1.3.2 电动车锂电池组可能的研究方向
• 1.3.3 磷酸铁锂电池作为动力电池的优势
• 1.4 锂电池充电方式和均衡充电的国内外现状及趋势
• 1.4.1 锂电池常见充电方式
• 1.4.2 锂电池常见均衡方式
• 1.4.3 锂电池均衡方式发展趋势
• 1.5 本文的研究内容
• 2 锂电池性能关键参数研究
• 2.1 锂电池失效机理
• 2.2 锂离子电池的主要特性
• 2.3 锂电池的SOC计算的现状
• 3 均衡系统设计及研究
• 3.1 均衡系统总体设计思路
• 3.1.1 均衡系统的设计背景
• 3.1.2 均衡系统的概要设计
• 3.2 均衡系统主要功能及性能要求
• 3.2.1 均衡系统的主要功能
• 3.2.2 均衡系统的主要性能
• 3.3 单体电池采集模块设计
• 3.3.1 电池信息采集模块的框图
• 3.3.2 基于BQ76PL536的电池信息采集单元
• 3.3.3 电流采集单元
• 3.3.4 辅助供电单元
• 3.3.5 MCU及通讯单元
• 3.3.6 嵌入式软件流程设计
• 3.4 均衡实现模块设计
• 3.4.1 均衡实现模块的设计思路及原理框图
• 3.4.2 主回路工作原理
• 3.4.3 主回路设计
• 3.4.4 次充电管理单元设计
• 3.4.5 均衡实现各单元PCB设计
• 3.5 均衡控制模块设计
• 3.5.1 MCU及通讯单元
• 3.5.2 控制输出单元
• 4 均衡实现单元软件设计研究
• 4.1 总体软件流程
• 4.2 均衡规则设计
• 5 系统实验结果
• 5.1 实验仿真测试设计
• 5.2 实验仿真测试结果
• 5.3 实验仿真测试结论
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 作者简介