隧道工程车电池管理系统研究
发布时间：2021-12-30 21:58
经济的快速增长和城市化的加快,带动了轨道交通的发展,由于隧道工程车运行工况复杂,运行条件极端,需要对各种运行工况下锂电池的信息进行实时的监控和管理,因此设计一套与之匹配的隧道工程车辆电池管理系统（BMS）十分重要。本文以隧道工程车储能系统为研究对象,对隧道工程车电池管理系统功能需求进行分析,确定隧道工程车电池管理系统的总体方案设计,硬件部分选择拓展性强的分布式电池管理系统拓扑结构。本文研究了电池组的荷电状态估算,为了能更加准确的估算电池SOC,采用Thevenin模型对电池进行等效。结合无迹卡尔曼滤波算法估算电池SOC,并通过MATLAB仿真验证算法的准确性。本文对主控板和单元板进行了硬件和软件设计。主控芯片采用MC9S12XET256,单元板采用具有较好的兼容性、低功耗、运算速率较高的主控芯片MC9S08DZ60和芯片LTC6803结合对电压及温度进行采集。在软件设计方面,基于Code Warrior开发环境对主控板和单元板各功能模块分别进行了软件设计,特别在故障管理中加入跛行运行模式,提高行车安全性。本文最后搭建电池管理系统测试平台,对隧道工程车电池组系统进行性能和功能测试,完成单...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统拓扑图
上海电机学院硕士学位论文12图2-2隧道工程车系统电气原理图Fig.2-2Electricalschematicdiagramoftunnelengineeringvehiclesystem2.2.3电池管理系统控制策略1.放电控制策略[41]1）接触器闭合逻辑：在整车低压供电上电后，通过手动按钮启动电池系统DC/DC供电，该系统放电回路包含3个接触器，1个主控板，3个从控板，32个LECU，主控板负责控制一个放电接触器，3个从控板各控制一个放电接触器。主控板通过主网CAN与整车进行信息交互，然后通过子网CAN将放电信号发送给从控板,从控板开始收集LECU传送的单体信息，进行逻辑判断，再将判断结果上报给主控板，主控板再结合3个从控板上报的信息，进行逻辑处理，判断两个回路是否可以正常放电，再将判断信号发送给从控板，当自检完成后且无任何故障报警触发，从控板执行相应的命令，进行放电。在放电开始阶段，先闭合电压较高的回路，然后判断该回路与电压次高的回路压差是否在正常的阈值内，如果在阈值范围内，闭合电压次高的回路接触器，否则等待至压差达到正常范围内，再闭合接触器；接着判断电压最低的回路与电
上海电机学院硕士学位论文18UT变换[49]基本原理是利用采样点对非线性函数的概率密度分布进行近似，选择有限个确定的采样点来逼近状态的后验概率密度，从而将具有一定统计特性的单个变量值转换为多个，即需要对被估计量进行sigma化。具体过程为首先以被估计量为基础数据，通过对称采样的方法形成对应个数的参考点，以被估计量的方差和均值大小为参照量，设置这些参考点和被估计量相同的均值和方差。UT变换和卡尔曼滤波相结合形成UKF，这种算法主要运用卡尔曼滤波的思想，但是在求解后续时刻电池SOC的预测值和测量值时，通过采样点来计算。UKF通过设计加权点δ，来近似表示n维目标采样点，计算这些δ点通过非线性函数的传播，再利用非线性状态方程来更新得到相应滤波值，对目标持续修正，最后获得理想的状态值。该方法被称之为闭环估算算法，具有较小的计算误差。3.3电池的建模与参数辨识3.3.1电池模型的建立电池SOC估算首先需要搭建合适有效的电池模型。Thevenin模型[50]是模型中的典型，它能较好的模拟电池内部化学反应出现的极化现象以及单体电池的动静态特性；电池内阻容易受到运行环境的影响，该模型能够相对精准地模拟电池的工作过程，且其结构相对简单，相对而言更符合动力电池的模型建立与仿真。Thevenin模型如图3-1所示。如下图3-1所示，ocU为等效电路模型开路电压，1R为极化电阻，1C为极化电容，0R为欧姆电阻，系统的状态变量为SOC和1U，ki为系统输入，电池电压U为系统输出。图3-1Thevenin等效电池模型图Fig.3-1TheveninEquivalentBatteryModelDiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析轨道用工程车视野分析[J]. 周浩宇,袁新辉,陈章. 技术与市场. 2019(08)
[2]浅谈通信用铅酸蓄电池未来发展趋势[J]. 付培良,李长雷,黄娟英. 蓄电池. 2019(03)
[3]电动汽车电池热管理系统设计与分析[J]. 申明,高青,王炎,张天时. 浙江大学学报(工学版). 2019(07)
[4]一种基于AD7795模数转换器的低功耗PT100温度采集系统设计[J]. 邸彩芸. 工业仪表与自动化装置. 2019(01)
[5]电动汽车电池管理系统通信故障定位分析及其改进[J]. 朱浩,杜勇志,文明,尹会春,赵丹. 江苏大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]电动汽车用电池管理系统硬件在环仿真测试研究[J]. 杨刘倩,徐兴无,张敏,王自卫. 中国测试. 2018(S1)
[7]一种应用于锂电池组管理系统多路DC/DC电源设计[J]. 李博,李德全. 电源技术. 2018(10)
[8]基于安时积分法的电池SOC估算[J]. 徐尖峰,张颖,甄玉,曹久鹤. 汽车实用技术. 2018(18)
[9]基于多片LTC6803-4级联的电池管理系统的设计与实现[J]. 于振红,张向文,黄斌. 电源技术. 2018(07)
[10]基于主动均衡策略的电动汽车用锂电池管理系统设计研究[J]. 王灿烨,刘庚辛,王鑫泉,符兴锋. 汽车技术. 2018(06)
硕士论文
[1]轨道交通车辆电池管理系统研究与设计[D]. 郭甜.北京交通大学 2018
[2]基于MC9S12XET256和AD7280锂电池组管理系统的研究和设计[D]. 王振世.辽宁大学 2012
[3]基于Code Warrior集成开发环境的调试器原理及实现[D]. 肖汉.电子科技大学 2006
本文编号：3559036
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统拓扑图
上海电机学院硕士学位论文12图2-2隧道工程车系统电气原理图Fig.2-2Electricalschematicdiagramoftunnelengineeringvehiclesystem2.2.3电池管理系统控制策略1.放电控制策略[41]1）接触器闭合逻辑：在整车低压供电上电后，通过手动按钮启动电池系统DC/DC供电，该系统放电回路包含3个接触器，1个主控板，3个从控板，32个LECU，主控板负责控制一个放电接触器，3个从控板各控制一个放电接触器。主控板通过主网CAN与整车进行信息交互，然后通过子网CAN将放电信号发送给从控板,从控板开始收集LECU传送的单体信息，进行逻辑判断，再将判断结果上报给主控板，主控板再结合3个从控板上报的信息，进行逻辑处理，判断两个回路是否可以正常放电，再将判断信号发送给从控板，当自检完成后且无任何故障报警触发，从控板执行相应的命令，进行放电。在放电开始阶段，先闭合电压较高的回路，然后判断该回路与电压次高的回路压差是否在正常的阈值内，如果在阈值范围内，闭合电压次高的回路接触器，否则等待至压差达到正常范围内，再闭合接触器；接着判断电压最低的回路与电
上海电机学院硕士学位论文18UT变换[49]基本原理是利用采样点对非线性函数的概率密度分布进行近似，选择有限个确定的采样点来逼近状态的后验概率密度，从而将具有一定统计特性的单个变量值转换为多个，即需要对被估计量进行sigma化。具体过程为首先以被估计量为基础数据，通过对称采样的方法形成对应个数的参考点，以被估计量的方差和均值大小为参照量，设置这些参考点和被估计量相同的均值和方差。UT变换和卡尔曼滤波相结合形成UKF，这种算法主要运用卡尔曼滤波的思想，但是在求解后续时刻电池SOC的预测值和测量值时，通过采样点来计算。UKF通过设计加权点δ，来近似表示n维目标采样点，计算这些δ点通过非线性函数的传播，再利用非线性状态方程来更新得到相应滤波值，对目标持续修正，最后获得理想的状态值。该方法被称之为闭环估算算法，具有较小的计算误差。3.3电池的建模与参数辨识3.3.1电池模型的建立电池SOC估算首先需要搭建合适有效的电池模型。Thevenin模型[50]是模型中的典型，它能较好的模拟电池内部化学反应出现的极化现象以及单体电池的动静态特性；电池内阻容易受到运行环境的影响，该模型能够相对精准地模拟电池的工作过程，且其结构相对简单，相对而言更符合动力电池的模型建立与仿真。Thevenin模型如图3-1所示。如下图3-1所示，ocU为等效电路模型开路电压，1R为极化电阻，1C为极化电容，0R为欧姆电阻，系统的状态变量为SOC和1U，ki为系统输入，电池电压U为系统输出。图3-1Thevenin等效电池模型图Fig.3-1TheveninEquivalentBatteryModelDiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析轨道用工程车视野分析[J]. 周浩宇,袁新辉,陈章. 技术与市场. 2019(08)
[2]浅谈通信用铅酸蓄电池未来发展趋势[J]. 付培良,李长雷,黄娟英. 蓄电池. 2019(03)
[3]电动汽车电池热管理系统设计与分析[J]. 申明,高青,王炎,张天时. 浙江大学学报(工学版). 2019(07)
[4]一种基于AD7795模数转换器的低功耗PT100温度采集系统设计[J]. 邸彩芸. 工业仪表与自动化装置. 2019(01)
[5]电动汽车电池管理系统通信故障定位分析及其改进[J]. 朱浩,杜勇志,文明,尹会春,赵丹. 江苏大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]电动汽车用电池管理系统硬件在环仿真测试研究[J]. 杨刘倩,徐兴无,张敏,王自卫. 中国测试. 2018(S1)
[7]一种应用于锂电池组管理系统多路DC/DC电源设计[J]. 李博,李德全. 电源技术. 2018(10)
[8]基于安时积分法的电池SOC估算[J]. 徐尖峰,张颖,甄玉,曹久鹤. 汽车实用技术. 2018(18)
[9]基于多片LTC6803-4级联的电池管理系统的设计与实现[J]. 于振红,张向文,黄斌. 电源技术. 2018(07)
[10]基于主动均衡策略的电动汽车用锂电池管理系统设计研究[J]. 王灿烨,刘庚辛,王鑫泉,符兴锋. 汽车技术. 2018(06)
硕士论文
[1]轨道交通车辆电池管理系统研究与设计[D]. 郭甜.北京交通大学 2018
[2]基于MC9S12XET256和AD7280锂电池组管理系统的研究和设计[D]. 王振世.辽宁大学 2012
[3]基于Code Warrior集成开发环境的调试器原理及实现[D]. 肖汉.电子科技大学 2006
本文编号：3559036
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