基于MC9S12DP512与CAN总线的电池管理系统研究与设计

发布时间：2017-05-19 22:24

  本文关键词：基于MC9S12DP512与CAN总线的电池管理系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 节能和环保成为汽车工业发展的新目标,新一代电动汽车作为能源可多样化配置的新型交通工具,以其零排放、低噪声等优点,引起人们的普遍关注并得到了极大的发展。但制约电动汽车发展的问题依然是储能动力电池和应用技术。如何延长电池使用寿命、提高电池的能量效率和运行可靠性,是电动汽车能量管理系统必需解决的问题。电池管理系统是关系到电动汽车实用化、商品化的关键技术之一,而作为能量管理系统重要组成部分的电池剩余容量预测的研究对电动汽车的实用化、商品化起着重要作用,因此研究电池管理技术及系统具有十分重大的意义。 电池管理系统直接监控及管理电池运行的全过程,包括电池充放电过程、电池安全保护、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断等几个方而。在研究和总结国外先进的电池管理系统基础上,对电池管理系统的设计思想和结构及电路做了重大改进,、如引入控制器局域网(CAN)总线、浮地数据采集技术、新的荷电状态(SOC)估计方法、针对电池不一致性的先进数据处理技术、故障诊断专家系统等。 以镍氢动力电池为例,详细讨论了动力电池的化学热力学原理,建立了一种准确、可靠的动力电池及其管理系统的数学模型,比较合理地模拟动力电池的电压、电流、功率、温升、效率、SOC等变化,具有模拟冷却风扇控制和一定的故障诊断及故障报警功能。能够根据用户的不同需求,改变本模型的基本参数,如环境温度、动力电池额定容量、电池组单体个数等。 电池管理系统(BMS)的研制开发以模块化为指导原则,硬件电路设计上采用freescale的16位嵌入式单片机MC9S12DP512作为核心控制单元,利用其相关模块,对相关外围电路进行了相应的扩展之后,实现了对动力电池性能参数的精确检测,包括模块电压、总电压、电流、温度、运行时间、动力电池工作状况(上电、警告、错误、危险等)、动力电池最大允许充电电流、最大允许放电电流等,软件算法设计上建立了基于安时法、开路电压法和卡尔曼滤波法法的复合剩余电量预测方法,具有全面丰富的故障诊断功能,当动力电池出现异常情况时,该系统能及时可靠地发出故障信号,具有热量管理控制功能、稳定的抗干扰能力、多功能的监视界面以及全面迅速的车载CAN通讯功能。 本文用大量的实验数据论证了设计的电池管理系统的可行性与有效性。论文的研究工作是项目“吉利电动汽车新型整车技术研发”的重要组成部分,该项目已于2008年1月顺利通过国家科技部的中期评定。
【关键词】：MC9S12DP512 控制器局域网总线 荷电状态 电池管理系统 电动汽车
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U463.63
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 背景和意义10-13
• 1.1.1 电动汽车控制技术10-11
• 1.1.2 电池管理系统的意义11-13
• 1.2 研究现状13-17
• 1.2.1 国外关于电池管理系统的研究现状13-15
• 1.2.2 国内关于电池管理系统的研究现状`15-16
• 1.2.3 电池管理系统的开发难点和重点16-17
• 1.3 课题来源与研究内容17-19
• 1.3.1 课题来源及意义17
• 1.3.2 本文研究内容17-19
• 第二章 电池管理系统建模分析19-38
• 2.1 EV 动力电池及系统的关键技术19-24
• 2.1.1 EV 动力电池的相关标准19-22
• 2.1.2 电动汽车对动力电池的要求22-23
• 2.1.3 电动汽车对电池管理系统的要求23-24
• 2.2 电池管理系统模型仿真24-37
• 2.2.1 常见动力电池仿真模型介绍24-27
• 2.2.2 电池仿真模型比较27-28
• 2.2.3 系统仿真模型计算28-34
• 2.2.4 BMS 仿真模型的结果分析34-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 动力电池电量预测研究38-59
• 3.1 动力电池荷电状态的概念38
• 3.2 影响剩余电量的因素38-45
• 3.2.1 动力电池的本质特征因素39-41
• 3.2.2 动力电池使用特性因素41-45
• 3.3 电量预测常用方法45-47
• 3.3.1 数学模型方法45
• 3.3.2 Ah 计量法45
• 3.3.3 开路电压法45-46
• 3.3.4 阻抗法46
• 3.3.5 神经网络法46
• 3.3.6 卡尔曼滤波法46-47
• 3.4 本课题采用的方法47-58
• 3.4.1 初始化47-48
• 3.4.2 安时积分48-49
• 3.4.3 SOC 预测的补偿49-51
• 3.4.4 SOC 的自整定问题51-52
• 3.4.5 卡尔曼滤波52-57
• 3.4.6 电池组SOC 与模块SOC 的关系57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 电池管理系统硬件电路设计59-83
• 4.1 电池管理系统硬件方案设计59-62
• 4.1.1 BMS 硬件功能59-60
• 4.1.2 BMS 主CPU 及其开发系统60-62
• 4.2 系统硬件电路实现62-78
• 4.2.1 硬件电路实现遵循的原则62
• 4.2.2 MC912DP512 介绍62-66
• 4.2.3 电源电路的设计66-67
• 4.2.4 时钟电路的设计67-68
• 4.2.5 实时时钟系统电路的设计68-69
• 4.2.6 I/O 信号输出电路69-70
• 4.2.7 电压采集单元的设计70-72
• 4.2.8 电流采集单元72-74
• 4.2.9 温度采样单元74-76
• 4.2.10 A/D 转换器76-77
• 4.2.11 基于msCAN 的智能节点电路77-78
• 4.3 电磁兼容（EMC）设计78-81
• 4.3.1 元件选择79-80
• 4.3.2 系统级抗干扰技术80
• 4.3.3 印刷电路板的布线80-81
• 4.4 BMS 硬件测试81-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第五章 电池管理系统软件设计83-93
• 5.1 数据采集与控制部分83-85
• 5.1.1 数据采集程序83-84
• 5.1.2 热量管理控制程序84-85
• 5.2 中央处理单元的管理部分85-88
• 5.2.1 电池状态参数计算流程86
• 5.2.2 电池状态故障诊断86-88
• 5.3 CAN 通讯系统部分88-92
• 5.3.1 CAN 的底层驱动设计88-91
• 5.3.2 基于CAN 的监视软件设计91-92
• 5.4 本章小结92-93
• 第六章 系统调试及运行结果93-102
• 6.1 试验意义93
• 6.2 电池管理系统信号测量精度试验93-97
• 6.2.1 电压测量试验93-96
• 6.2.2 电流测量试验96-97
• 6.2.3 温度测量试验97
• 6.3 BMS 模块功能测试试验97-98
• 6.4 电池管理系统装车试验98-101
• 6.4.1 UDDS 工况测试98-99
• 6.4.2 50km/h 加速和120km/h 最高时速试验99-100
• 6.4.3 制动回馈试验100-101
• 6.5 本章小结101-102
• 第七章 总结与展望102-104
• 7.1 总结102-103
• 7.2 展望103-104
• 参考文献104-108
• 致谢108-109
• 攻读学位期间发表的学术论文目录109-111

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 涂萍;胡文松;;磷酸铁锂电池的保护监测系统分析[J];计算机与现代化;2011年07期

2 杨熙;赵永瑞;张兴;;基于MAX17830的矿用电池电源管理系统设计[J];微型机与应用;2012年21期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵庆川;锂离子电池组智能管理系统研究[D];山东科技大学;2010年

2 吴建平;纯电动汽车电池管理系统的设计与实现[D];南昌大学;2010年

3 赵洪辉;电动汽车用动力电池电量估计算法研究及硬件实现[D];吉林大学;2011年

4 曹国强;混合动力车用复合电源系统开发与实验验证[D];吉林大学;2011年

5 尹政;电池管理系统试验平台的开发[D];山东大学;2011年

6 冯飞;混合动力车储能系统特性及其管理技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 万奖奖;礴酸铁锂电池组SOC动态估算策峭及其均衡技术的研究[D];上海交通大学;2011年

8 李娜;微型纯电动汽车电池管理系统的设计[D];南京航空航天大学;2010年

9 杨春雷;电动汽车电池管理系统关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

10 王磊;深度混合动力汽车电池组的主动均衡与保护策略研究[D];上海交通大学;2012年

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本文编号：380096