锂离子电池管理系统的设计与实现

发布时间：2017-09-11 19:46

  本文关键词：锂离子电池管理系统的设计与实现

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【摘要】：锂电池作为新能源电池,其相较于其他二次电池具有高性能、无污染、长寿命等特点优势,在新能源汽车、信息通讯设备、航空航天电源、医疗设备等领域应用越来越广泛。锂电池在高功率应用场合一般是采用串并联电池组的形式,而由于电池单体的不一致性,锂电池组在使用时必须配备合适的电池管理器,以改善锂电池组的性能和延长电池组使用寿命。 本文主要针对锂电池组进行电池管理系统的设计。首先结合了锂电池自身结构特点和化学性能,深入研究其充电和放电工作原理,分析了影响锂电池工作性能的诸多因素。其次依据锂电池自身特点,论述了锂电池单体不一致性的原因和危害,得出了锂电池均衡充放电电路的重要意义,通过对国内外现有均衡方式的研究,再结合实际条件,选择了合适本电池管理器的改进能量转换均衡方法。然后本文继续对锂电池的荷电状态估算技术进行了一定的研究,阐述了国内外主要的几种锂电池剩余荷电量的估算方法,并确定本系统所采用的估算算法。 在对锂电池管理几项关键技术进行研究后,本文提出了完整的锂离子电池管理系统的结构框架,分别从硬件电路结构设计和软件算法设计两方面对本系统的原理和功能实现做了详细分析。最后,通过样机实验验证了该管理器的可行性。
【关键词】：锂离子电池 均衡充电 荷电状态(SOC) 电池管理系统(BMS)
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 致谢4-5
• 中文摘要5-6
• Abstract6-7
• 目次7-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 项目研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 项目研究内容11-12
• 1.4 本文主要工作12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 锂电池的充放电工作原理与特性14-22
• 2.1 锂电池结构和化学特性14-15
• 2.2 锂电池的主要性能参数15-16
• 2.3 锂电池的充放电特性16-19
• 2.3.1 锂电池的充电特性16-17
• 2.3.2 锂电池的充电方式17-18
• 2.3.3 锂电池放电特性18-19
• 2.4 锂电池常用的几种数学模型19-20
• 2.4.1 线性模型19-20
• 2.4.2 Thevenin模型20
• 2.5 本章小结20-22
• 第3章 锂离子电池均衡技术和SOC估算技术22-35
• 3.1 锂电池均衡充电控制的必要性22-23
• 3.1.1 锂电池组不一致性的产生因素22-23
• 3.1.2 电池组不一致性的危害23
• 3.2 锂电池组现有均衡方法介绍23-28
• 3.2.1 并联电阻均衡法24
• 3.2.2 级联电容开关均衡法24-25
• 3.2.3 电感分流均衡法25-26
• 3.2.4 集中式变压器均衡法26-27
• 3.2.5 开关阵列旁路均衡法27-28
• 3.2.6 分布式单体充电均衡法28
• 3.3 本文所选均衡方案28-30
• 3.3.1 开关矩阵均衡控制原理28-29
• 3.3.2 锂离子蓄电池均衡方案29-30
• 3.4 动力锂电池SOC在线估计技术30-33
• 3.4.1 锂电池SOC简介30-31
• 3.4.2 常见几种SOC估算方法31-33
• 3.4.3 本文所选用的估算方法33
• 3.5 本章小结33-35
• 第4章 锂电池管理系统硬件设计35-58
• 4.1 锂电池管理系统简介35
• 4.2 锂电池管理器总体架构35-37
• 4.3 锂电池管理器均衡模块电路设计37-41
• 4.3.1 内部辅助电源设计37-39
• 4.3.2 均衡充电器设计39-40
• 4.3.3 开关电阻分流均衡电路设计40
• 4.3.4 开关矩阵均衡电路设计40-41
• 4.4 通信方案设计与实现41-47
• 4.4.1 RS-485总线介绍42
• 4.4.2 RS-485通信接口电路设计42-44
• 4.4.3 RS-485光耦隔离电路设计44
• 4.4.4 RS-485总线冗余设计方案44-47
• 4.5 单片机控制中心硬件电路设计47-56
• 4.5.1 51单片机及其接口介绍47-49
• 4.5.2 单片机系统外部存储器扩展设计49-50
• 4.5.3 单片机DAC信号模块设计50-51
• 4.5.4 单片机ADC信号模块设计51-55
• 4.5.5 片选信号发生电路55-56
• 4.5.6 输入输出电压调理电路设计56
• 4.6 本章小结56-58
• 第5章 锂电池管理系统软件设计和实验结果58-71
• 5.1 锂电池管理系统软件设计要求58-59
• 5.1.1 管理器软件设计内容58
• 5.1.2 软件程序编写和调试环境58-59
• 5.2 上位机人机界面设计59-61
• 5.3 管理器功能模块算法设计61-66
• 5.3.1 系统整体软件设计架构61
• 5.3.2 均衡电路软件算法设计61-63
• 5.3.3 保护电路算法设计63-64
• 5.3.4 数据采集算法设计64-65
• 5.3.5 充放电管理算法设计65-66
• 5.3.6 数据通信算法设计66
• 5.4 实验结果及分析66-70
• 5.4.1 电池管理器PCB板设计66-67
• 5.4.2 管理器机械结构设计67
• 5.4.3 样机实验结果67-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士期间发表论文77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：832719