双源制地铁工程车电池管理系统设计

发布时间：2020-07-07 20:18

【摘要】：为了满足新能源有轨电车运行的能量和功率要求,锂电池需要通过串并联组成车载储能系统。电池管理系统作为完成检测电池参数,控制电池组充放电并准确估计电池状态等任务的关键部件,是动力电池系统不可或缺的组成部分。本文旨在设计一套适用于双源制地铁工程车的电池管理系统,在实现其基本功能的基础上,围绕电池管理系统的状态变量估计进行深度研究。首先,本文以双源制地铁工程车为研究对象,从整车能量管理系统的角度出发分析了双源制地铁工程车电池系统的能量和功率需求,以此为依据确定电池选型并配置了电池及其管理系统的主要参数。在此基础上本文根据相关测试标准完成了电池性能测试,为后续电池管理系统研究提供了数据基础。接着,本文结合轨道交通电压等级高、电磁环境复杂等特点,对电池管理系统的设计方案和设计方法展开叙述。包括硬件选型和电路原理说明,系统主要功能的程序实现,以BMS为中心的通信方案设计等内容,本文均作出完整阐述。同时本文装载电池箱完成了 BMS主要功能测试。之后,本文着重研究了不同工况条件下电池管理系统状态变量的精确估算,提出一种基于模型驱动的电池管理系统剩余可用能量估计的方法。在此过程中,本文根据地铁工程车的运行环境和工况特点,考虑温度和倍率对模型参数的影响,建立了一种全倍率-温度范围内适用的磷酸铁锂电池模型。本文引入电池剩余最大可用容量和剩余最大可用能量的概念,通过分析二者之间的潜在联系,在所建立的模型基础上,类比SOC估计方法,分别用卡尔曼滤波(KF)技术的线性化形式(EKF)和噪声修正形式(AEKF)进行电池剩余可用能量估计并完成了仿真验证。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U482.1;TM912
【图文】：

ｎｍｒｒ｜ｒｆ逦ｎｍｒＨｈ逡逑集中式ＢＭＳ逡逑图１－］集中式ＢＭＳ拓扑图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑此外，还有一种ＢＭＳ采用检测－控制回路分离的设计，即分布式管理系统。逡逑分布式管理系统根据板件通信方式可以分为两类。文献［１６］设计的分布式ＢＭＳ采用逡逑总线型结构通信。每个检测板和控制板都是总线通信的一部分［１７］。这种设计节省逡逑线束，便于扩展。但同时带来了邋“一损俱损”的问题。一个监测板故障，后面的逡逑检测板通信都将中断。另一种分布式ＢＭＳ检测－控制回路呈星型通信。构成一主逡逑控制多从的拓扑结构［１８］。分布式ＢＭＳ易于线束管理，某个监测板的故障退出不会逡逑影响其他监测板运行，便于进行介质访问控制。但这种结构需要很长的线束，受逡逑限于控制板接口的数量，不能随意增加检测板。逦邋逦邋逦逡逑—十４：逦４邋一ｆ逦ｆ邋￣邋ｈ邋ｎ逦「「ｊ邋－邋４逦ｒ－￣＾＼逦ｊ￣ｌ邋７邋ｎ逡逑Ｓｌａｖｅｌ逦Ｓｌａ／ｅ２邋逦邋Ｓｌａ／ｅ邋ｎ逡逑Ｉ邋Ｓｌａ／ｅｌ逦Ｓｌａ／ｅ２邋逦邋Ｓｌａ／ｅ邋ｎ邋．逦１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｌ＿＿Ｊ逦Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑，，邋丨Ｉ，邋１逦Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ邋＼逦Ｉ邋Ｌ逦Ｊ邋｜逦｜邋逦逦逦逦逡逑Ｉ逦ｉ逡逑Ｉ逦Ｉ逦ｍａｓｔｅｒ逦Ｉ逡逑逦Ｌｋ逦Ｌ逡逑图１－２分布式ＢＭＳ拓扑图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑从功能上来看，ＢＭＳ起着检测单体电压、温度，采集电池组电压电流，数据逡逑传输

逦Ｌｋ逦Ｌ逡逑图１－２分布式ＢＭＳ拓扑图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑从功能上来看，ＢＭＳ起着检测单体电压、温度，采集电池组电压电流，数据逡逑传输，数据处理，上下电控制，故障诊断等作用。文献［１９＿２Ｇ］通过为每一节单体配逡逑置单总线器件ＤＳ２４３８的方式采集单体电压、温度信息。文献提出通过精密电阻逡逑分压的方式实现多串电池共用一个ＤＳ２４３８电路板采样的目的。这种方式降低了设逡逑计成本，但分压电阻阻值不同带来串联单体电压采集精度不一致，单体不均衡等逡逑问题。随着ＢＭＳ的研宄越来越受重视，许多半导体生产厂家，如Ｌｉｎｅａｒ、ＴＩ等均逡逑面向ＢＭＳ开发出专用的采集芯片。其中最具代表性的是Ｌｉｎｅａｒ公司生产的ＬＴＣ逡逑系列采样芯片。其中ＬＴＣ６８０４内置两个１６位ＡＤＣ，增加ｉｓｏＳＰＩＴＭ接口，抗复逡逑４逡逑

（１）要求工程车在大同市以下可能的环境条件下，全天候安全可靠运行：逡逑海拔高度逦彡１２００邋ｍ；逡逑环境温度逦－２０°Ｃ？４５°Ｃ；逡逑相对湿度逦６０％；逡逑电气设备适用温度逦－２０°Ｃ？４５°Ｃ。逡逑（２）大同市城市轨道交通接触网供电电压采用ＤＣ１５００Ｖ制式。工程车运行满逡逑下供电条件：逡逑接触网供电电压（额定）逦ＤＣ１５００Ｖ逡逑蓄电池供电电压（额定）逦ＤＣ８００Ｖ逡逑网压波动范围逦ＤＣ１０００Ｖ－２０００Ｖ逡逑本文研究的双源制地铁工程车采用接触网－锂电池双动力源供电模式［Ｍ］。在有逡逑网的区域由接触网直流母线为列车运行提供电能？，没有接触网的区域则由锂逡逑供电以满足地铁工程车的厂内调车、救援牵引等任务，从而实现有轨电车双逡逑源的“绿色节能”运行。动力系统主要由动力电池、牵引逆变器、电机及机逡逑动等部分组成。如图２－１为工程车主电路拓扑图。逡逑

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本文编号：2745561