基于XC164CS单片机的混合动力汽车电池管理系统研究

【摘要】： 迫于环境污染和石油资源短缺的压力,为实施可持续发展战略,混合动力汽车已成为21世纪汽车工业的发展方向。由于混合动力电动汽车的行驶工况十分复杂,对蓄电池的寿命影响很大,而镍氢蓄电池的使用寿命有限。因此,对混合动力电动汽车的动力电池组进行能量管理,是十分必要的。 论文介绍了混合动力汽车的发展背景,分析了混合动力汽车动力电池技术的现状。论文按照动力性能指标要求,对混合动力汽车的结构形式和驱动模式进行了选择,选择为并联型转矩复合式混合动力车,并对包括发动机、电机及电池在内的动力总成系统进行匹配。论文在蓄电池实验的基础上,分析和研究了Ni-MH蓄电池充放电特性和电池荷电状态(SOC)的影响因素,建立了基于能量守恒的预测蓄电池剩余电量和荷电状态的计算方法,并进行温度、循环使用寿命的补偿。在此基础上对混合动力汽车电池管理系统的硬件和软件进行了设计。实现了对动力电池电压和电流的检测及剩余电量和荷电状态的计算,并把信息上传至混合动力汽车总成控制单元,同时还实现了对各电池模块工作性能如电压、温度等的监测,具有故障诊断和报警等功能,防止电池的过充电和过放电,在必要情况下,还可自行切断电池回路保护电池组使用安全。 针对电池组特性设计了简易的测试方案,并搭建实验台对电池特性进行测试,得到大量的实验数据,并对数据进行运算、拟合等处理,得到电池的特性曲线及经验参数,为SOC估算提供论证和修正。最后,将电池管理系统进行台架测试,与电机、发动机及汽车总成控制单元在模拟工况下工作,进行联机调试。 【关键词】：混合动力汽车 电池管理系统 Ni-MH蓄电池 荷电状态
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U469.722
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 混合动力汽车的发展13-16
• 1.1.1 混合动力汽车的发展背景13-14
• 1.1.2 混合动力汽车的发展现状14-15
• 1.1.3 混合动力汽车的前景展望15-16
• 1.2 混合电动汽车对电池的要求16
• 1.3 混合动力汽车动力电池技术及其前景16-21
• 1.3.1 高功率铅酸电池17-18
• 1.3.2 锂离子电池18-19
• 1.3.3 高功率镍氢电池19-21
• 1.4 混合动力汽车电池管理系统21-23
• 1.5 电池管理系统的基本功能23
• 1.6 本文主要研究内容23-25
• 第2章 混合动力汽车动力系统结构与选型25-35
• 2.1 混合动力汽车结构形式选择25-27
• 2.1.1 串联式混合动力汽车(SHEV)25-26
• 2.1.2 并联式混合动力汽车(PHEV)26-27
• 2.1.3 混联式混合动力汽车(PSHEV)27
• 2.2 混合动力系统驱动模式选择27-30
• 2.2.1 驱动力复合式28
• 2.2.2 转矩复合式28-29
• 2.2.3 转速复合式29-30
• 2.3 动力系统30-33
• 2.3.1 整车参数及动力性能指标30-31
• 2.3.2 发动机选型31
• 2.3.3 电机选型31-32
• 2.3.4 蓄电池选型32-33
• 2.4 匹配结果的分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 镍氢电池的剩余电量和荷电状态预测方法35-43
• 3.1 镍氢电池的构造35
• 3.2 镍氢电池的工作原理35-36
• 3.3 电池荷电状态SOC 的定义36-37
• 3.4 镍氢电池充放电特性37-38
• 3.4.1 镍氢电池的充电特性37-38
• 3.4.2 镍氢电池的放电特性38
• 3.5 剩余电量和荷电状态的估算方法38-42
• 3.5.1 镍氢电池的能量模型39-40
• 3.5.2 荷电状态SOC 估算策略模型的建立40-41
• 3.5.3 对SOC 估算模型的分析41-42
• 3.5.4 蓄电池内阻检测的实现方法42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 电池管理系统硬件电路设计43-58
• 4.1 引言43
• 4.2 单片机电路设计43-45
• 4.3 采样电路设计45-50
• 4.3.1 传感器的选择45-46
• 4.3.2 电压采集电路46-48
• 4.3.3 电流采集电路48-49
• 4.3.4 温度采集电路49-50
• 4.4 采集信号调理电路设计50
• 4.4.1 模块电压采集信号调理电路50
• 4.4.2 电流、电压采集A/D 转换电路50
• 4.5 数据存储模块接口电路设计50-52
• 4.6 日历时钟接口设计52-53
• 4.6.1 日历时钟DS12887 的概述52-53
• 4.6.2 实时时钟DS12887 与单片机的接口设计53
• 4.7 CAN 通讯模块设计53-56
• 4.7.1 单片机XC164CS 中的CAN 控制器55
• 4.7.2 通讯模块硬件设计55-56
• 4.8 继电器控制电路56
• 4.9 硬件电路的抗干扰措施56-57
• 4.10 本章小结57-58
• 第5章 电池管理系统软件设计58-69
• 5.1 系统软件设计58-59
• 5.2 数据采集节点软件设计59
• 5.3 荷电状态SOC 估算软件设计59-60
• 5.4 故障模块软件设计60-61
• 5.5 通讯节点软件设计61-67
• 5.5.1 单片机XC164CS 中双CAN 控制器62-63
• 5.5.2 初始化CAN 模块63-64
• 5.5.3 发送报文处理程序64-66
• 5.5.4 接收程序66-67
• 5.6 系统软件抗干扰设计67-68
• 5.7 本章小结68-69
• 第6章 实验研究及结果分析69-81
• 6.1 实验条件69
• 6.2 电池测试实验方案69-71
• 6.2.1 恒流充电实现方法69
• 6.2.2 恒流放电实现方法69-70
• 6.2.3 开路电压检测实现方法70-71
• 6.2.4 不同温度下的电池特性测试71
• 6.3 电池测试数据处理71-77
• 6.3.1 不同倍率的放电比较71-74
• 6.3.2 不同倍率的充电方式比较74
• 6.3.3 开路电压(OCV)与SOC 的关系74
• 6.3.4 电池内阻变化规律74-77
• 6.3.5 电池容量与温度的关系77
• 6.4 电池测试结果分析77-78
• 6.5 电池管理系统台架调试78-80
• 6.6 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86

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