电动游艇动力电池组在线监控系统设计与实现

发布时间：2017-10-03 13:00

  本文关键词：电动游艇动力电池组在线监控系统设计与实现

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【摘要】：游艇是继汽车之后又一个高端娱乐消费产品,作为娱乐工具目前在欧美等发达国家极为盛行,随着中国经济快速发展,人们对高端娱乐消费的需求也不断增加,在不久的将来中国游艇产业也将会赶上发达国家成为旅游产业的重要组成部分,同时也会成为个人消费品组成之一。出于对节约能源和保护环境的角度考虑,纯电动游艇必定会成为未来游艇的主要部分。电池管理系统作为电动设备的三大要素之一,它的发展将对电动游艇的推广起着决定性作用。电池管理系统主要功能是对电池组的剩余容量SOC进行估计、充放电管理、电池均衡、意外防护处理等。本文以铅酸电池动力电池作为研究对象,采用基于改进的电池模型的卡尔曼滤波算法对其进行SOC估算,同时采用分布式结构,利用CAN通信使各个模块协同工作。本文首先介绍了课题研究背景、动力电池概况、电池管理系统的国内外发展现状和未来发展趋势,然后分析了铅酸电池的内部结构和电化学反应原理,探讨了电池充放电特性,在此基础上构建并改进了适合本系统的电池模型,利用常用的电池SOC估算方法,提出了基于多段逼近复合模型的扩展卡尔曼滤波SOC估算方法,再结合常用的其他方法使SOC精度进一步提高。之后针对于本系统分布式的特点,选择CAN总线作为本系统的通信方式,并且为了使模块之间通信的可靠性提高,模块之间通信更加灵活,提出了在线监测机制、ID配对机制和重发缓存机制。然后根据项目任务设计了一个电池管理系统。该系统主要由充电模块、电池均衡及电压温度采集模块、电流检测模块和显示主控模块组成,共同完成充放电管理、电池均衡控制、电压温度采集、电流检测、SOC估算、异常防护报警等功能,使之成为真正意义上的电池管理系统。最后对本论文完成的电池管理系统分别从电池SOC估算、CAN通信和电池充电均衡角度进行了实验测试,由结果分析可知本文设计的电池管理系统基本达到了预期要求,有较高的SOC估算精度,有一定的推广价值。
【关键词】：电动游艇 铅酸电池 卡尔曼滤波 电池管理系统(BMS)
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665;U674.91
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题研究背景介绍11-13
• 1.2 动力电池介绍13-15
• 1.3 电池监控系统研究现状及发展趋势15-22
• 1.3.1 电池监控系统国内外研究现状16-21
• 1.3.2 电池监控系统发展趋势21-22
• 1.4 课题研究目的和意义22-23
• 1.5 研究内容和课题来源23-25
• 1.5.1 论文框架及课题研究内容23-24
• 1.5.2 课题来源24-25
• 第2章 铅酸电池特性分析和电量估算方法研究25-40
• 2.1 铅酸电池原理及特性25-29
• 2.1.1 铅酸电池结构25
• 2.1.2 铅酸电池工作原理25-27
• 2.1.3 铅酸电池性能参数27-28
• 2.1.4 铅酸电池容量特性28-29
• 2.2 多种电池模型的研究29-32
• 2.2.1 多种电池模型29-32
• 2.2.2 本系统选用的电池模型32
• 2.3 电池电荷SOC估算方法的研究32-39
• 2.3.1 电池SOC定义32
• 2.3.2 常用的电池SOC估算方法32-34
• 2.3.3 本系统选用的SOC估算方法34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第3章 电池管理系统通信设计40-47
• 3.1 现场总线技术介绍40-41
• 3.2 几种常用现场总线41-42
• 3.2.1 基金会现场总线41
• 3.2.2 Lon Works现场总线41-42
• 3.2.3 Profibus现场总线42
• 3.2.4 CAN现场总线42
• 3.3 本系统使用的总线技术及通信方法42-46
• 3.3.1 通信方法43
• 3.3.2 应用层通信协议43-45
• 3.3.3 重发缓存机制45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 电池管理系统硬件设计47-58
• 4.1 主控显示模块48-51
• 4.1.1 显示驱动电路48-50
• 4.1.2 CAN通信隔离电路50-51
• 4.2 电池均衡及电压温度采集模块51-55
• 4.2.1 电池电压温度采集电路53
• 4.2.2 电池均衡电路53-54
• 4.2.3 SPI通信隔离电路54-55
• 4.3 电池电流检测模块55-56
• 4.4 电池充电模块56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 电池管理系统软件设计58-65
• 5.1 软件开发平台和编程语言58-59
• 5.2 主控显示模块软件设计59-60
• 5.3 电池均衡及电压温度采集模块软件设计60-62
• 5.4 电池电流检测模块软件设计62-63
• 5.5 电池充电模块软件设计63-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 电池管理系统实验和结果65-71
• 6.1 实验平台65-66
• 6.2 实验内容及结果66-69
• 6.2.1 电池SOC估算67
• 6.2.2 CAN网络通讯67-69
• 6.2.3 充电均衡69
• 6.3 本章小结69-71
• 第7章 总结和展望71-72
• 7.1 已经完成的工作71
• 7.2 待解决的问题和前景展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-75
• 附录75

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本文编号：965316