船用锂电池组电池管理系统研发

发布时间：2017-10-31 04:32

  本文关键词：船用锂电池组电池管理系统研发

  更多相关文章： 电池管理系统 多重冗余 马尔科夫过程 电池均衡策略

【摘要】：随着国家能源发展战略(2014年~2020年行动规划)以及IMO(International Maritime Organization)船舶能效指数EEDI(Energy Efficiency Design Index)的提出,以多能源构成的供电方式已越来越多地应用到船舶电力系统中。锂电池组作为船舶多能源供电系统重要组成部分,其安全可靠运行,特别是锂电池管理系统(BMS-Battery Management System)的可靠运行,是保证新能源船舶正常续航能力的关键。同时由于船舶用电设备长期工作在高湿度、高盐度、易发霉等恶劣条件下,负荷数目众多,电压波动范围大,且存在风、浪、流等不确定海况,对适用于船舶的锂电池管理系统提出了更高的要求。因此,根据船舶应用特点,本文提出一种基于多重冗余技术和均衡技术的船用锂电池组电池管理系统,确保电池监管的高可靠性,同时延长电池使用寿命,保证新能源船舶锂电池组长期安全可靠运行。首先,本文对比、分析汽车和船舶领域锂电池管理系统的应用现状以及技术要点。考虑到船舶运行工况的复杂性以及航运法规的苛刻性,针对船用锂电池组电池管理系统,本文提出了两个关键技术问题:BMS可靠性问题和均衡问题。其次,提出一种由“双机主从与三线路传输”共同构成的多重冗余BMS,并根据马尔科夫过程理论对所设计的冗余系统进行可靠性分析。结果表明采用多重冗余方案的船用锂电池组电池管理系统,除正常工作时能实时监视电池组状态信息外,故障时仍能选择不同冗余方式确保系统可靠工作。在单元故障率λ=0.0001时连续运行10000h后,多重冗余BMS可靠性能为89.67%(无冗余时,为36.8%)。然后,完成反激型集中变压器式主动均衡拓扑电路设计,并结合电池数学模型,实现均衡控制策略的Matlab/Simulink模型搭建,并进行仿真验证和结果分析。实验数据表明在循环1500次后,使用均衡的电池组容量衰减率接近31.5%,而无均衡装置的为38.6%,均衡策略可以显著提升电池使用寿命。最后,根据多重冗余系统架构及功能组成,从硬件层面,对船用锂电池组电池管理系统功能实现及关键通信技术做详细的研发。并给出系统冗余切换的软件流程。
【关键词】：电池管理系统 多重冗余 马尔科夫过程 电池均衡策略
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 锂电池管理系统概述11-15
• 1.2.1 电动汽车锂电池管理系统研究现状11-13
• 1.2.2 锂电池管理系统在船舶上的应用13-15
• 1.3 论文研究内容及主要流程15-17
• 1.4 论文研究意义17-18
• 第2章 船用锂电池管理系统总体设计18-27
• 2.1 系统功能需求18-21
• 2.1.1 锂电池参数采集18-19
• 2.1.2 锂电池安全运行要求19-20
• 2.1.3 锂电池状态估算及性能优化20
• 2.1.4 系统接口与扩展20-21
• 2.2 系统设备间通信21
• 2.2.1 CAN网络通信21
• 2.2.2 ZigBee网络通信21
• 2.3 系统冗余设计21-26
• 2.3.1 冗余结构及工作原理22-23
• 2.3.2 冗余可靠性分析23-26
• 2.4 本章总结26-27
• 第3章 船用锂电池管理系统均衡研究27-51
• 3.1 锂电池管理系统均衡研究现状27-28
• 3.2 磷酸铁锂单体电池模型仿真及参数求解28-39
• 3.2.1 锂电池等效电路模型搭建29-36
• 3.2.2 锂电池等效电路模型参数求解36-39
• 3.3 均衡电路设计39-44
• 3.3.1 开关矩阵均衡拓扑电路设计40-41
• 3.3.2 Flyback型均衡DC/DC变换器设计41-44
• 3.4 均衡策略提出44-47
• 3.5 均衡仿真及结果分析47-50
• 3.5.1 均衡仿真模型搭建47-48
• 3.5.2 仿真结果分析48-50
• 3.6 本章总结50-51
• 第4章 船用锂电池管理系统硬件、软件实现51-84
• 4.1 系统电源设计51-53
• 4.2 主控设备硬件设计53-58
• 4.2.1 主控控制芯片电路53-55
• 4.2.2 总电压、总电流检测55-57
• 4.2.3 绝缘检测57-58
• 4.2.4 继电器输出58
• 4.3 从控单元硬件设计58-68
• 4.3.1 LTC6804-2 单体电池电压采集58-61
• 4.3.2 NTC温度采集61-62
• 4.3.4 均衡电路变压器设计62-68
• 4.4 ZigBee网络冗余通信实现68-74
• 4.4.1 ZigBee组网研究69-71
• 4.4.2 ZigBee通信实现71-74
• 4.5 CAN通信实现74-80
• 4.5.1 CAN接口电路及位定时机制74-78
• 4.5.2 CAN网络上层协议规划78-80
• 4.6 系统主要软件流程80-83
• 4.6.1 系统总体运行流程80-81
• 4.6.2 冗余切换流程81-83
• 4.7 本章总结83-84
• 第5章 实验调试及验证84-91
• 5.1 调试出现问题及解决84
• 5.2 系统冗余功能验证84-86
• 5.3 均衡策略验证86-90
• 5.4 本章总结90-91
• 第6章 总结与展望91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-98
• 附录98-103
• 在学期间科研成果情况103

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2 杨伟;电动汽车动力电池管理系统SOC估计的研究[D];燕山大学;2015年

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本文编号：1120834