基于STM32的电池监测系统设计

发布时间：2020-04-02 09:25

【摘要】：随着石油、天然气等传统能源的不断开采,能源枯竭和环境污染已经成为了当今全球面临的巨大挑战,严重制约了人类社会的健康发展。随着新能源技术的不断进步,电动汽车取代燃油汽车已成为必然趋势。动力电池是决定电动汽车各项性能的重要部件,对动力电池进行监测保护、延长使用寿命、有效利用电池能量是电动汽车普及的重要推动力,故电池管理系统(BMS,battery management system)成为了研究的重点。在动力汽车中,BMS负责对动力电池组中各单体电池进行状态采集、均衡处理、荷电状态(SOC,state of charge)估算等保护控制工作,并与整车控制器进行通讯。本文首先对锂电池的特性和几种等效模型进行了研究,对SOC的各种估算方式进行对比和优化,采用扩展的卡尔曼滤波法结合开路电压法、安时积分法进行SOC估算,阐述了其推导过程并利用Matlab进行仿真验证。再对锂电池均衡系统进行了讨论与对比,结合现有的多种BMS拓扑结构,对电压采集、电流采集、温度采集、均衡处理、通讯方式的实现进行了深入研究,采用主从式拓扑结构,着重设计了一种高效、实用的电池监测系统。该系统以意法半导体公司的STM32F103C8T6芯片为控制核心,结合凌特公司的LTC6804-2芯片对电池组的各单体电池进行状态采集、均衡处理、SOC估算以及主从通讯。创新性地将主控单元的部分模块精简融入到从控单元中,使该系统板可在主、从模式之间任意切换。相继完成PCB设计、打样、焊板,在Keil集成环境编写C语言程序,在Qt环境下基于C/C++编写上位机程序,通过实验验证了设计的可行性。
【图文】：

锂离子电池,工作原理图

离子电池一般由正极、负极、隔膜和电解液组成[14]。正极材料一般使用LiCo4O 、24LiMn O等可脱嵌锂离子的锂化合物[15]，不同正极材料的锂电池性能不酸铁锂电池具有安全性高、使用寿命长、容量大、高温性能等优点，广泛应汽车中[16]；负极材料一般使用天然石墨、人造石墨、碳纳米管、碳纤维等可子的石墨类材料和碳素材料；隔膜是一种特殊的金属复合膜，加在电池正负起到防止正负极接触性短路的作用，因隔膜是一种多孔材料，使得锂离子可过隔膜[17]-[18]；电解液是正负电极传递锂离子的载体，它决定了电池的容量、、倍率、高低温放电、高温贮存、寿命和安全性等性能，电解液含有有机溶锂盐和添加剂，有机溶剂一般有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳和碳酸甲乙酯，不同的溶剂电池的各项性能不同[19]。离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。如图 2.1 所示，在充中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌以形成电流。电池充电时，锂离脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。

等效模型,电池

图 2.2 Rint 等效模型型即戴维南等效电路，也称为一阶 RC 等效电路， RC 并联电路。如图 2.3 所示，，R1为电池的欧姆内容，用来描述电池的极化现象。电池充放电时电特性由 R2和 C2表征。Thevenin 等效模型结构简单过程，在实际应用中得到了广泛地使用。但其没、电池过充以及自放电等情况，不适用于长时间
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912;TP311.52

【相似文献】