电动汽车动力电池管理系统的设计

发布时间：2020-09-02 08:43

　　随着我国经济快速发展,人均汽车持有量与日俱增,能源消耗与环境污染问题日益凸显。为应对传统汽车所带来的能源短缺和环境污染问题,新能源汽车应运而生。但新能源汽车在技术上还不够成熟,作为电动汽车关键部件的动力电池及其管理技术已成为制约电动汽车发展的关键因素。动力电池组作为电动汽车的主要能量源,其性能及健康状况直接影响到车辆的整车性能和运行安全,因此对动力电池的实时状态监控和充放电管理就尤为重要。在2016年辽宁省自然科学基金“基于移动互联网技术的新能源汽车能量优化与安全控制关键技术研究”项目的支持下,对电动汽车动力电池管理技术展开了研究。本文通过查阅大量国内外动力电池管理技术文献,学习研究了电池的机理和特性,并对电池管理系统涉及的主要技术进行了分析。其中动力电池荷电状态SOC的估算一直是电池管理中的难题,其估算的准确性影响着电池的使用及其充放电管理。为此就电池SOC估算方法展开深入研究,将开路电压法与安时积分法相结合,同时考虑温度、充放电效率等因素的影响,对安时积分法进行修正,并通过搭建仿真模型对该SOC估算方法进行仿真。然后提出了电池管理系统总体设计方案,在硬件架构设计上采用主从式结构,主控板电路以飞思卡尔MC9S12XEQ512MAL微控制器为核心,设计了最小系统电路、电源转换电路以及电流采集电路。电池采集板电路选用TI公司的电池管理专用芯片BQ76PL536A,实现对单体电池电压、温度的采集以及电池组的均衡控制。主控板与采集板以及多个采集板之间均采用SPI通信方式,为实时显示电池状态信息采用了触摸屏,触摸屏与主控板之间通过RS-232串口通信。考虑到系统电气安全,选择数字隔离器件对主控板与采集板进行隔离设计。在软件设计方面,首先结合系统硬件电路及电池管理功能需求进行了软件总体方案设计,其次基于CodeWarrior开发环境对主控板和采集板各功能模块分别进行了软件流程设计。主控板软件包括系统采集主程序、电流采集子程序、SOC估算子程序,采集板软件包括数据采集子程序、均衡控制子程序和故障报警子程序,此外还包括通信软件的设计。本文最后通过搭建实验平台对钴酸锂电池组进行了管理功能测试,先测试系统的电压、电流、温度等数据采集功能,而后又对电池组进行均衡控制实验以及SOC估算测试。实验数据表明该系统电路设计合理,能够实现电池组的数据采集、均衡控制和SOC估算功能,基本实现了预期设计目标,本工作对新能源电池推广应用具有一定实际意义。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

放电曲线,放电特性曲线,倍率,放电倍率

Ａ逡逑恒压点逡逑恒流电流逡逑充电电压逡逑充电电流逡逑０．０５Ｃ逡逑？－邋Ｔ逡逑ＴＯ逦Ｔ１逦Ｔ２逡逑图２．２锂离子电池充电特性曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｒｇｉｎｇ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋Ｌｉ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｙ逡逑５）电池放电特性逡逑离子电池的放电曲线并不是恒定不变的，除受放电倍率的影响外，还受到ＳＯＣ等因素的影响。不同的温度、荷电状态以及放电倍率，电池组放出的能量各不面我们主要分析不同的放电倍率对电池放电的影响，如图２．３所示。逡逑Ｕ／Ｖ邋▲逡逑

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率下放电倍率越大，电池组放出的能量越少，放电到相同的截止电压所需要的时间也逡逑少［４５］。而且不同的放电倍率下电压虽然都是呈下降趋势，但是下降的速度由于受到电逡逑内阻的影响都不相同。放电倍率的提高使得电池的极化现象更加明显，导致电池内阻逡逑大，端电压也就增大，下降速率变快［４６］。电池的放电方式有大电流放电和小电流放电逡逑种，具体选择哪种放电方式要根据实际情况而定。此外，在电池组进行放电时，为了逡逑电池进行过放保护需要对电池组电压进行均衡控制，使得单体电池的电压达到放电电压时不再继续放电。逡逑电池管理系统的关键技术逡逑．１电池工作参数的检测逡逑电池工作参数的检测是电池管理系统最主要的功能之一，电池的工作参数包括电池逡逑电压、工作电流以及温度。具体需要测量的是电池的电压，电池的充放电电流以及电逡逑的温度。其中对单体电池电压的测量是数据采集的首要任务，通过电压可以很好地判逡逑电池的工作状态，荷电状态的估算需要用到单体电池电压，其他功能的实现也需要通逡逑电压数据进行计算。逡逑

原理图,差模

大连交通大学工学硕士学位论文逦逡逑电压采集目前有两种方式，一种是通过搭建电压采集电路进行采集，另一种是通过逡逑用电压采集芯片。搭建电压采集电路主要有两种常用的方法，即共模测量法和差模测逡逑量法。共模测量是相对于同一参考点，采用精密电阻等距比例衰减之后测量各点的电压，逡逑也就是先采集第Ｎ节电池的总电压，再采集第Ｎ＋１节电池的总电压，最后相减得到每逡逑电池的电压，原理如图２．４所示，这种方法原理虽然简单，但是测量的精确度不高。逡逑模测量是通过继电器选通单体电池直接进行测量，此方法采集精度比较高但电路比较逡逑复杂，原理图如图２．５所示。逡逑Ｒ１逡逑

【参考文献】