电动汽车电池管理系统的设计与开发

论文摘要

近年来,纯电动汽车成为我国汽车行业发展的热点。由于在能量密度和放电功率等方面具有优良性能,磷酸铁锂电池目前已经成为纯电动汽车的主要候选能源之一。本文根据JYLF320电动汽车开发项目,设计并开发了一套电动汽车磷酸铁锂电池组管理系统。研究成果具有一定的理论价值与较好的工程应用价值。通过搭建测试平台,对磷酸铁锂电池的放电特性进行了实验与分析,分析实验结果发现：磷酸铁锂电池的放电过程可以分为开始、平台和结束三个明显不同的阶段,平台阶段电压下降速度缓慢；不同放电倍率对电池的容量影响不大；温度对电池容量的影响较大。结合应用环境,设计了电池管理系统的总体结构,系统由数据采集模块、状态监测报警模块、SOC估算模块、故障诊断模块和通讯模块组成。根据磷酸铁锂电池的放电特性,系统采用基于安时计量法的SOC估算方法,考虑效率、温度等多种影响因素,同时,为了更加准确地获知电池的容量,提出了在电动汽车定期维护时对可用容量进行离线校准,以提高安时计量法的精度；另外,系统以放电至截止电压修正SOC值为0,充电至充电截止电压并达到满充电标准时修正SOC值为1,达到消除累积误差的目的,适合实车使用。通过对电池性能劣化的原因和单体电池不一致对电池组的影响分析,根据电池性能劣化与外在表现之间的关系,结合电动汽车使用与维护特点,提出了一种电池故障诊断方法——车载自动诊断与人工试验诊断相结合的诊断方法。车载自动诊断是在行车过程中通过电池校正实际容量C实际、平台阶段结束点前的校正实际容量C实际和电池端电压U对个别性能明显劣化的电池做出诊断；人工试验诊断是在电动汽车定期维护时根据可用容量C、电池充电过程中的电池端电压U和电池壳温差ΔT对故障电池进行剔除。根据电动汽车项目的总体设计目标,系统采用主从结构,设计并开发了电池管理系统硬件和软件。开发的系统已投入实车运行试验,初步的实车运行试验结果表明,整个系统能够实现电池管理系统的设计功能,其SOC估算精度与电池故障诊断效果良好。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 电池在线测试技术研究现状
• 1.2.2 电池荷电状态SOC估算研究现状
• 1.2.3 锂离子电池故障诊断研究现状
• 1.2.4 车载网络系统研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第二章 电池管理系统总体设计
• 2.1 电池管理系统应用环境
• 2.1.1 整车主要参数
• 2.1.2 动力系统结构
• 2.2 磷酸铁锂电池放电特性测试与分析
• 2.2.1 磷酸铁锂电池简介
• 2.2.2 电池的性能参数
• 2.2.3 磷酸铁锂电池特性测试与分析
• 2.3 电池管理系统功能需求分析及总体设计
• 2.3.1 电池管理系统需求分析
• 2.3.2 电池管理系统总体设计
• 2.3.3 电池管理系统结构设计
• 本章小结
• 第三章 SOC估算方法与故障诊断方法设计
• 3.1 SOC估算方法设计
• 3.1.1 SOC定义
• 3.1.2 基于安时计量法的SOC估算方法
• 3.2 电池故障诊断方法
• 3.2.1 磷酸铁锂电池性能劣化原因分析
• 3.2.2 单体性能对电池组性能的影响
• 3.2.3 磷酸铁锂电池故障诊断方法
• 本章小结
• 第四章 电池管理系统硬件设计
• 4.1 电池管理系统总体硬件设计
• 4.2 主控单元硬件设计
• 4.2.1 主控芯片选型
• 4.2.2 启动配置
• 4.2.3 主控电源设计
• 4.2.4 复位电路和时钟电路
• 4.2.5 电流采集电路设计
• 4.2.6 CAN通讯电路设计
• 4.2.7 JTAG接口电路设计
• 4.3 电压和温度采集单元电路设计
• 4.3.1 采集单元芯片选择
• 4.3.2 电压采集电路设计
• 4.3.3 温度采集电路设计
• 本章小结
• 第五章 电池管理系统主要程序设计
• 5.1 数据采集部分软件设计
• 5.1.1 电池电压采集程序设计
• 5.1.2 温度采集软件设计
• 5.1.3 电流采集的软件设计
• 5.2 CAN通讯软件设计
• 5.2.1 CAN通讯体系结构
• 5.2.2 CAN总线位数值表示
• 5.2.3 CAN总线实现
• 5.3 主要程序设计
• 5.3.1 行驶时（放电）主程序设计
• 5.3.2 充电程序设计
• 5.3.3 系统调试
• 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract