双向均衡的电动汽车电池管理系统设计

论文摘要

节能和环保成为汽车产业革新的新目标,电动汽车作为能源可多样化配置的新型交通工具,以其零排放、低噪声等优点,引起人们的普遍关注并得到了极大的发展。但是制约电动汽车发展的关键问题在于电动汽车的能量存储系统和能量管理系统。如何延长电池使用次数、提高电池的能量利用效率、提高运行稳定性和系统安全性,是电动汽车能量管理系统必需解决的问题。在以动力电池作为能量存储系统的电动汽车中,电池管理系统是关系到电动汽车实用化、产业化的关键技术之一,而作为电池管理系统重要组成部分的均衡子系统的研究对电动汽车发展起着重要作用,因此研究电池管理系统具有十分重大的意义。本文的研究对象为电动汽车电池管理系统。论文在分析电动汽车对电池管理系统要求的基础上,提出基于双向均衡的集散式电池管理系统设计方案。完成了电池管理系统主控制和从控制软硬件系统设计,针对电池管理系统设计中两个难点“均衡子系统设计”和“单体电压信号采集子系统设计”提出了独特的方案。本文创新性的设计了“双向均衡子系统”和“模拟复用器切换测量单体电压方案”很好的解决了这两个难题。在详细分析CAN/LIN总线性能的基础之上设计了基于CAN/LIN总线的集散式通讯系统,将LIN总线应用于电池管理系统,完成了通讯系统的硬件设计和基于状态机的软件设计。该通讯系统适合于电池管理系统分布式控制的特点,对于系统的模块化开发十分有利。论文分析了动力电池组不均衡现象的原因以及带来的消极影响,提出了“端电压为目标,最小化均衡时间”的均衡策略,实验表明,此均衡子系统取得了良好的均衡效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电动汽车的关键技术与发展趋势
• 1.2.1 电力驱动及其控制技术
• 1.2.2 电动汽车整车技术
• 1.2.3 能量存储系统
• 1.2.4 能量管理系统
• 1.3 电动汽车电池管理系统的发展现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 电动汽车电池管理系统总体设计
• 2.1 电动汽车对电池储能系统的要求
• 2.2 电池管理系统总体方案
• 2.3 电池管理系统双向均衡子系统设计
• 2.3.1 电池组均衡的必要性
• 2.3.2 电池组均衡电路实现方式
• 2.3.3 电池管理系统均衡子系统拓扑结构分析
• 2.3.4 本文采用的均衡方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 电动汽车电池管理系统硬件设计
• 3.1 电池管理系统主控制器硬件设计
• 3.1.1 MECU总体设计
• 3.1.2 电源供给模块设计
• 3.1.3 MCU模块设计
• 3.1.4 数字信号输入输出模块设计
• 3.1.5 模拟信号采集模块设计
• 3.2 电池管理系统从控制器硬件设计
• 3.2.1 SECU总体设计
• 3.2.2 电源供给模块设计
• 3.2.3 MCU模块设计
• 3.2.4 电池组单体电压测量电路设计
• 3.2.5 电池组温度检测电路
• 3.2.6 均衡子系统设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于CAN/LIN总线的主从控制器通讯系统
• 4.1 CAN/LIN总线简介
• 4.1.1 CAN总线简介
• 4.1.2 LIN总线简介
• 4.1.3 CAN/LIN总线的比较与应用
• 4.2 电池管理系统通讯系统总体方案设计
• 4.2.1 基于CAN总线的通讯系统方案
• 4.2.2 基于CAN/LIN总线的集散式通讯系统方案
• 4.3 通讯系统硬件设计
• 4.3.1 CAN总线通讯模块设计
• 4.3.2 LIN总线主节点通讯模块设计
• 4.3.3 LIN总线从节点通讯模块设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 电动汽车电池管理系统软件设计
• 5.1 软件设计思想
• 5.2 MECU软件设计
• 5.2.1 MECU主程序
• 5.2.2 初始化子程序
• 5.2.3 A/D转换子程序
• 5.2.4 检测保护子程序
• 5.2.5 主节点通信子程序
• 5.2.6 均衡控制策略
• 5.3 SECU软件设计
• 5.3.1 SECU主程序
• 5.3.2 SECU初始化程序
• 5.3.3 SECU检测子程序
• 5.3.4 从节点通信子程序
• 5.3.5 均衡执行子程序
• 5.4 本章小结
• 第6章 电池管理系统实验分析
• 6.1 实验设备
• 6.2 电池均衡实验
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文和专利目录