矿用锂电源管理系统及检测平台设计研究

发布时间：2020-04-13 01:16

【摘要】：锂离子电池因其能够提供工作电压高,功率大,能量密度高,低自放电率以及无记忆效应等特点,使其成为煤矿设备动力电源以及后备电源蓄电池的首选。电池管理系统(BMS)作为煤矿通讯用锂电池组的管理和保护单元,能够设计出一套符合煤矿特殊应用的锂电池电源管理系统对于提高煤矿生产安全性、可靠性以及智能化程度具有重要意义。本文以四块串联的60Ah大容量磷酸铁锂电池为后备电源蓄电池,设计了一套矿用锂电源管理系统以及检测该系统是否符合煤矿生产要求的测试平台。主要内容包括:(1)对矿用锂电源应用背景进行分析,确定所需电源参数,选择电源电池并对其工作特性进行分析;(2)设计矿用锂电源管理系统整体框架,并从软、硬件两方面实现BMS的设计。以STM32L151系列超低功耗单片机为主控芯片,搭配ISL9208低功耗电源管理芯片设计BMS硬件电路。对电源管理系统移植μC/OS II嵌入式操作系统,将电池监测设计成各类任务,合理分配各任务执行时间,保证BMS高效运行的同时减少不必要的电源浪费;(3)对锂电池SOC估算方法进行研究,通过建立二阶RC等效电路模型,采用带有遗忘因子的最小二乘法对模型参数进行在线辨识,最终联合扩展卡尔曼滤波算法实现了锂电池SOC的在线估算;(4)对锂电池RUL预测算法进行了研究,提取表现锂电池健康状态的等压降时间作为健康因子,通过GPR模型对锂电池未知充放电循环次数的等压降时间预测间接实现了锂电池RUL的间接预测,由于等压降时间序列方便提取,所以满足了BMS对锂电池RUL的在线预测功能;(5)BMS设计完成后,需要进行性能测试。本文使用Labview编程,完成了具有良好的人机交互功能矿用锂电源管理系统测试平台上位机的开发。搭建测试平台,对矿用锂电源进行了常温性能试验、绝缘电阻和工频耐压实验、BMS稳定性实验,最终验证了本文所设计矿用锂电源可靠性和稳定性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP274;TM912

【参考文献】