纯电动汽车电池管理系统的设计与实现

【摘要】：21世纪研制新能源汽车将成为世界各大汽车厂商的又一重大战略,而动力电池组及其管理系统是影响新能源汽车得到普及的重要因素之一。当前,电池成本过高、使用寿命短以及由串并联连接而成的电池组的安全问题是汽车厂商首先要解决的问题。 本文就提高锂离子电池组寿命、保证电池组的使用安全、实时监控电池组的状况(包括电压、电流、温度和SOC)等问题做出分析和实现。 针对锂离子电池的特性,设计出基于保护ICR5408的保护板。可以实现检测单体电池的电压,防止电池在使用中出现过充、过放等现象,检测电池组的电流和温度信号,防止电池组的过流、温度过高现象的发生。管理系统是基于MCU和CPLD实现对电池组电压、电流和温度的精确采集,采用串口和CAN网络接口完成管理系统与其它系统之间的通信连接。 综合考虑各种影响电池剩余电量的因素,对比常用的SOC估算算法,建立了基于能量守恒的电池剩余电量算法的模型,并将该模型在Simulink中针对不同的电流进行仿真,得出仿真结果并进行分析。 【关键词】：锂离子电池 电池管理系统 保护板 剩余电量 仿真
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 电动汽车控制技术概述8-9
• 1.2 电池管理系统的意义及功能9-11
• 1.2.1 电池管理系统的意义9-10
• 1.2.2 电池管理系统的功能10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 国外电池管理系统研究现状11-12
• 1.3.2 国内电池管理系统研究现状12-13
• 1.4 本文的研究内容13
• 1.5 系统的技术指标13-14
• 第二章 锂离子电池原理及特点14-17
• 2.1 锂离子电池的相关参数介绍14-15
• 2.2 锂离子电池的原理15
• 2.3 锂离子电池的特点15-16
• 2.4 本章小结16-17
• 第三章 锂离子电池剩余电量的研究17-29
• 3.1 电池剩余电量的定义及影响因素17-20
• 3.1.1 电池剩余电量的定义17-18
• 3.1.2 影响电池剩余电量的因素18-20
• 3.2 电池剩余电量估算的常用方法20-22
• 3.2.1 安时法20
• 3.2.2 开路电压法20-21
• 3.2.3 内阻法21
• 3.2.4 模糊推理和神经网络法21
• 3.2.5 卡尔曼滤波法21-22
• 3.3 本课题所采用的方法22-28
• 3.3.1 基于能量守恒的电池剩余电量的估算方法22-24
• 3.3.2 搭建循环次数与电池SOC的曲线方程24-26
• 3.3.3 搭建温度与电池SOC的曲线方程26-27
• 3.3.4 搭建开路电压与电池SOC的曲线方程27-28
• 3.3.5 搭建自放电与电池SOC的曲线方程28
• 3.4 本章小结28-29
• 第四章 电池管理系统保护板的设计与实现29-37
• 4.1 保护板的整体设计29-31
• 4.1.1 保护板功能29-30
• 4.1.2 保护IC30-31
• 4.2 过充、过放保护电路31-32
• 4.3 过流、过温保护电路32-33
• 4.4 均衡电路33-34
• 4.5 自锁型MOSFET保护电路34-36
• 4.6 本章小结36-37
• 第五章 电池管理系统硬件设计37-46
• 5.1 系统总体结构37-38
• 5.2 外围电路设计38-39
• 5.3 电池信息采集电路39-41
• 5.3.1 电池电压电流采集电路39-40
• 5.3.2 电池电压电流A/D转换电路40-41
• 5.3.3 电池温度采集电路41
• 5.4 风扇启停控制电路41-42
• 5.5 通信系统42-43
• 5.5.1 串口通信42
• 5.5.2 CAN网络42-43
• 5.6 CPLD内部电路设计43-45
• 5.7 本章小结45-46
• 第六章 电池剩余电量仿真分析46-53
• 6.1 Simulink的仿真环境46
• 6.2 仿真模块的搭建46-48
• 6.3 变电流仿真结果及分析48-52
• 6.4 本章小结52-53
• 第七章 系统软件设计53-59
• 7.1 开发环境53
• 7.2 主程序设计53-54
• 7.3 CPLD子程序54-55
• 7.4 24c64操作子程序55-56
• 7.5 CAN通信子程序56-58
• 7.6 显示模块58
• 7.7 本章小结58-59
• 第八章 全文总结与展望59-61
• 8.1 全文工作总结59-60
• 8.2 工作展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 附录A 硬件电路图65-67
• 附录B 系统部分程序67-73
• 攻读学位期间的研究成果73

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