發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 21:08

　　 近年來,在國家戰(zhàn)略計(jì)劃的推動(dòng)下,電動(dòng)汽車行業(yè)迎來蓬勃發(fā)展。隨著電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展,電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部分—?jiǎng)恿﹄姵剡@塊存在著一些問題亟待解決。應(yīng)用在電動(dòng)汽車上面的鋰離子動(dòng)力電池通常需要大量電芯串并聯(lián)形成電池組以滿足汽車動(dòng)力需求。但是由于串聯(lián)的單體電池之間存在差異,這種差異一旦隨時(shí)間增大,很容易造成電池故障甚至危險(xiǎn),所以電池管理系統(tǒng)在保障電池有效輸出能量,安全高效地工作方面起到了至關(guān)重要的作用。國內(nèi)外各大高校及科技公司紛紛投入了對(duì)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的研發(fā)。目前市場上的電池管理系統(tǒng)(BMS)存在一些問題,例如電池?cái)?shù)據(jù)采樣精度不高,導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)誤差較大,直接影響電池的狀態(tài)估算以及保護(hù)管理問題;SOC算法單一造成電動(dòng)汽車運(yùn)行一段時(shí)間后SOC估算誤差越來越大。這些問題都直接影響著動(dòng)力電池的有效使用。為了解決這些存在的問題,本論文基于校企合作項(xiàng)目,針對(duì)144V鋰離子動(dòng)力電池,進(jìn)行了電池管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì),最終開發(fā)了一套符合項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)的BMS樣機(jī)。本文具體研究內(nèi)容如下:首先介紹了電動(dòng)汽車和BMS的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,提出了當(dāng)前存在的幾個(gè)關(guān)鍵問題。然后從鋰離子電池工作特性出發(fā),研究了鋰離子電池的等效電路模型,分析了現(xiàn)有的SOC估算算法和均衡控制方案,設(shè)計(jì)了一種以安時(shí)積分法和開路電壓法結(jié)合為基礎(chǔ),進(jìn)行卡爾曼濾波校正的SOC估算算法,提出了以單體電壓為均衡變量的被動(dòng)均衡控制方案。最后分析了當(dāng)前電池管理系統(tǒng)的軟硬件方案,從現(xiàn)有的方案中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn),結(jié)合項(xiàng)目需求和工程實(shí)踐要求,設(shè)計(jì)出了新的軟硬件方案。本方案的硬件平臺(tái)采用集中式硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),選用NXP公司的MC9S12XET256為主控制器,對(duì)電池管理系統(tǒng)硬件各個(gè)功能模塊電路進(jìn)行了具體的分析與設(shè)計(jì),包括微控制器(MCU)最小系統(tǒng)、電源模塊、檢測模塊、CAN通信模塊、RTC模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、繼電器控制以及均衡控制電路等。軟件系統(tǒng)選擇使用當(dāng)前比較流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)—FreeRTOS,先對(duì)底層驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,然后介紹了FreeRTOS操作系統(tǒng)在HCS12X硬件平臺(tái)上的移植,最后利用操作系統(tǒng)的線程調(diào)度機(jī)制,將BMS功能細(xì)分成若干個(gè)線程(任務(wù)),對(duì)每個(gè)子任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì),每個(gè)任務(wù)獨(dú)立工作,除了必要時(shí)進(jìn)行任務(wù)之間的同步通信以外,其余時(shí)刻互不干擾,從而保證了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。最后,為了驗(yàn)證BMS樣機(jī)的功能以及可靠性,本文設(shè)計(jì)了臺(tái)架測試實(shí)驗(yàn),電池包充放電循環(huán)測試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BMS樣機(jī)的電壓電流溫度檢測功能正常,測量誤差在允許范圍內(nèi),SOC估算誤差在5%以內(nèi),符合指標(biāo)規(guī)定的8%以內(nèi),通信功能以及管理控制功能正常,綜合測試結(jié)果基本達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。
【學(xué)位單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP311.52;U469.72
【部分圖文】：

能源電動(dòng)汽車行業(yè)也成為能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重要產(chǎn)業(yè)之一[3,于傳統(tǒng)燃油汽車，擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：環(huán)保性好。因?yàn)殡妱?dòng)汽車采用二次電池作為動(dòng)力來源，這種零尾氣排放，零污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境友好。能源消耗上表現(xiàn)優(yōu)越。電池汽車上的車用動(dòng)力電池可以實(shí)一步提高了能源的利用效率，有效地緩解了當(dāng)前能源危機(jī)汽車主要分為：純電動(dòng)型、油電混合動(dòng)力型、插電式混合動(dòng)等[7]。在能量節(jié)約型社會(huì)的時(shí)代大背景下，國務(wù)院印發(fā)《“興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，提出將新能源汽車產(chǎn)業(yè)列為重點(diǎn)發(fā)展方汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車等為代表的新到汽車強(qiáng)國的升級(jí)，同時(shí)以新能源汽車為契機(jī)繼續(xù)開辟我1 展示了 2015~2017 年新能源汽車的月底銷量。

圖 1.3 OCV 曲線和每毫伏電壓的 SOC 的變化2. SOC 估算算法單一SOC 在整個(gè) BMS 中的重要地位不可質(zhì)疑。SOC 是通過電池的外部參數(shù)來進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的，主要采用的是安時(shí)積分法或開路電壓法等單一算法，這些算法都能在一定程度上準(zhǔn)確估算出 SOC，但是每種算法都有一定的局限性，例如安時(shí)積分法在估算過程中會(huì)不斷地累積誤差；而開路電壓法又必須讓電池處于擱置狀態(tài)數(shù)小時(shí)以上，在汽車行駛過程中估算 SOC 是根本不可行的；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法目前只是處于實(shí)驗(yàn)室階段。所以只依靠一種算法是無法持續(xù)精確地對(duì)電池剩余電量進(jìn)行在線估算的，需要采用融合算法，結(jié)合各種算法的優(yōu)劣，達(dá)到最佳估算的效果[28]。1.4 本文主要研究內(nèi)容本論文以校企合作的 BMS 項(xiàng)目為課題背景，依據(jù)企業(yè)提供的 144V 鋰離子

圖 2.2 電池等效電路模型 R0 和 R1 統(tǒng)稱為電池內(nèi)阻，其中 R0 為歐姆電阻，了電池內(nèi)部極化引起的響應(yīng)特征；UOCV表示電池壓。根據(jù)基爾霍夫電壓電流定律可得式(2.2)和式OCV1 0u = u u i R1 11u dui CR dt= + 電池的開路電壓，通常是將電池靜置 1 小時(shí)以上再符號(hào)，放電時(shí)為正，充電時(shí)為負(fù)。中加入觀測噪聲 V ( k )，V ( k )服從高斯分布，即 E式(2.4)；選取 SOC 和極化電容兩端的電壓 U1作離散化處理，結(jié)合安時(shí)積分定義公式，得到適用于
【參考文獻(xiàn)】

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1 施宏;周西峰;郭前崗;;便攜式電動(dòng)工具鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];微型機(jī)與應(yīng)用;2015年21期

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本文編號(hào)：2887916