面向电动汽车的锂电池组能量均衡策略研究

发布时间：2017-10-09 19:10

  本文关键词：面向电动汽车的锂电池组能量均衡策略研究

  更多相关文章： BMS 锂电池 SOC 能量均衡 BQ76PL536

【摘要】：为了解决环境问题和能源问题,各国投入了大量资源,用来研究和发展电动汽车。锂电池各方面性能表现突出后来居上逐渐取代了其他蓄电池,成为许多电动汽车的动力能源。为了达到电动汽车要求的电压和功率,锂电池被串并联组成电池组使用,因此需要对电池组进行管理。锂电池在生产过程中,由于受到工艺、材料等多方面因素的限制,在组成电池组的单体间存在容量、电压等个方面的差异,使用过程中将影响电池的工作效率,如果严重还可能引发安全事故,这些问题制约了锂电池电动汽车的发展。本文将针对电池管理系统(Battery Management System,BMS),荷电状态(State of charge,SOC)估算,电池组能量均衡管理的这三个方面展开研究力图提高BMS的性能。根据上面的叙述本文完成了几个方面的工作:第一,分析研究电动汽车的发展状况,了解BMS在其中的重要性。文中专门针对锂电池相关特性展开研究,得出单体电池性能差异会影响电池组整体性能所以对电池组能量均衡管理展开研究有十分重要的意义。第二,分析多种BMS结构,本文基于BQ76PL536设计BMS相关硬件电路。电路完成电池各项参数的检测工作。第三,针对SOC估算误差较大的问题,分析比对各种SOC估算方法。本文以扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的估算为基础对估算过程进行优化从而完成SOC估算,并且通过试验来验证方法的可靠性。第四,分析比较各类均衡电路,针对电路可靠性,高效性和电路成本问题,对DC/DC均衡电路提出改进方案。采用电阻均衡电路与DC/DC均衡电路相结合的方式来完成电池组能量均衡。最后在硬件电路的基础上为了实现BMS各项功能,完成BMS软件设计。
【关键词】：BMS 锂电池 SOC 能量均衡 BQ76PL536
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 电池管理系统11-12
• 1.2.2 能量均衡管理12-14
• 1.2.3 SOC估算14-15
• 1.3 论文研究主要内容15-16
• 1.4 论文的主体结构16
• 1.5 本章小结16-18
• 2 锂电池相关技术18-24
• 2.1 锂电池简介18
• 2.2 电池极化现象18-19
• 2.3 锂电池充放电特性19-22
• 2.4 锂电池特性差异22
• 2.5 电池能量均衡管理目标22-23
• 2.5.1 基于单体电池端电压的均衡管理23
• 2.5.2 基于单体电池SOC的均衡管理23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 电池管理系统硬件电路设计24-50
• 3.1 电池管理系统基本构架24
• 3.2 电池管理系统的分类24-25
• 3.3 BQ76PL536简介25-27
• 3.4 电池电压采集电路27-29
• 3.4.1 电池过压欠压报警28-29
• 3.5 电池温度采集电路29-31
• 3.5.1 电池过温报警30-31
• 3.6 电池电流采集电路31
• 3.7 电池能量均衡电路31-40
• 3.7.1 均衡电路方案简介32-35
• 3.7.1.1 电容均衡网络32-33
• 3.7.1.2 变压器均衡电路33-34
• 3.7.1.3 DC/DC均衡电路34-35
• 3.7.2 基于DC/DC能量均衡电路的优化设计35-40
• 3.7.2.1 DC/DC电路工作原理35-36
• 3.7.2.2 改进型DC/DC能量均衡电路36-40
• 3.8 BQ76PL536与主机通信接口40-45
• 3.8.1 SPI通信协议40-41
• 3.8.2 SPI工作方式41-43
• 3.8.3 垂直通信接口43
• 3.8.4 通信数据分组结构43-45
• 3.9 BMS硬件实现45-49
• 3.9.1 BMS主控芯片45-46
• 3.9.2 BMS信息采集电路实现46-49
• 3.10 本章小结49-50
• 4 电池管理系统软件设计50-56
• 4.1 系统主程序设计50-51
• 4.2 BQ76PL536初始化程序51-52
• 4.3 信息采集子程序52-53
• 4.4 SOC估算子程序53-54
• 4.5 均衡管理程序54-55
• 4.6 中断程序55
• 4.7 本章小结55-56
• 5 18650 锂电池SOC估算56-72
• 5.1 SOC估算方法56-60
• 5.1.1 SOC的定义56
• 5.1.2 安时法估算SOC56-57
• 5.1.3 开路电压法估算SOC57-58
• 5.1.4 阻抗法估算SOC58
• 5.1.5 人工神经网络法估算SOC58-59
• 5.1.6 卡尔曼滤波法估算59-60
• 5.2 电池戴维宁等效电路60-61
• 5.3 基于EKF的锂电池SOC估算61-62
• 5.4 电池模型参数测量及修正62-65
• 5.5 电动势与SOC关系确定65-67
• 5.6 SOC估测实验验证与结论67-69
• 5.7 能量均衡电路有效性验证与结论69-70
• 5.8 本章小结70-72
• 6 结束与展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 后继研究工作展望73-74
• 参考文献74-78
• 附录78-80
• 单块信息采集电路原理图78-79
• 三片芯片堆叠电路原理图79-80
• 致谢80-82
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果82

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本文编号：1001895