电池管理系统及其数据管理单元的设计

发布时间：2017-09-11 23:19

  本文关键词：电池管理系统及其数据管理单元的设计

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【摘要】：在当今工业社会迅速发展时代,能源紧缺和环境污染问题越来越成为现代发展中首要解决的突出问题。为此,人类将目光投向了一种可代替石油等污染型资源的另一种新的绿色环保的可再生资源—电能。以电能作为动力的新能源电动产业越来越受到大家的关注。其中,锂离子电池以其小体积、大容量、长寿命、无污染、无放电记忆等优点成为手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车以及新能源混合动力汽车的动力来源。在电动自行车行业内,锂电池电动自行车以其轻便、环保、续航能力强等优点更是有取代铅酸电池的趋势,是未来电动自行车的发展方向。但是,由于串联锂离子电池组的安全性、不一致性导致的电池组安全问题、使用寿命问题也限制了锂离子电池广泛使用。因此在使用串联锂离子电池组的时候,非常有必要给串联锂离子电池组做一套“电池管家”,即电池管理系统。电池管理系统(Battery management system,BMS)的主要功能分两个部分一方面该系统能采集电池信息,并将电池信息提供给锂电池使用者,让使用者及时了解电池的工作状态。另一方面,电池管理系统会根据采集到的电池信息对电池做安全管理,包括充放电管理和均衡管理。电池管理系统可以使锂离子电池组充分发挥自己的性能,同时确保了锂离子电池在充放电过程中的安全性。目前,电池管理系统由于其成本高的原因,其研究主要集中在新能源纯电动汽车、电动大巴、混合动力汽车等大型车上的锂电池。对于锂电池电动白行车电池管理系统的研究不多。本次论文完成的是锂电池电动自行车的电池管理系统及其数据管理单元的设计。论文主要做了以下工作：1.完成了基于控制器和外围电路的电池管理系统的设计与测试。采用PIC的单片机加以外围数据采集电路、充放电保护电路、均衡管理电路实现了系统的采集数据并且管理电池组的功能。绘制电路原理图和PCB版图,使用相关设备仪器对设计电路板进行测试。2.完成了电池管理系统数据管理单元的设计与测试。使用单片机循环接收4组隔离的电池管理系统数据,通过隔离RS485将数据发送到更高一级上位机。系统中还使用光耦预留了单片机的4路隔离输入输出,便于控制与接收外界信号。绘制电路原理图和PCB版图,使用相关设备仪器对设计系统进行测试。
【关键词】：新能源 锂离子电池 电池管理系统 单片机 硬件电路
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;U484
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题意义13-14
• 1.2 电池管理系统概述14-18
• 1.2.1 电池管理系统的基本功能14-16
• 1.2.2 电池管理系统的研究意义16-17
• 1.2.3 电池管理系统研究进展17-18
• 1.3 锂离子电池和锂电池电动自行车18-21
• 1.3.1 锂离子电池简介18-20
• 1.3.2 锂电池电动自行车20-21
• 1.4 论文结构安排21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第2章 电池SOC估算和均衡管理技术简介23-35
• 2.1 电池SOC估算技术研究概述23-28
• 2.1.1 电池SOC估算定义和数学模型23-24
• 2.1.2 电池SOC估算意义以及影响因素24-25
• 2.1.3 电池SOC估算方法概述25-28
• 2.1.4 本次系统采用的SOC估算方法28
• 2.2 均衡管理技术研究概述28-34
• 2.2.1 锂离子电池的不一致性及其危害29-31
• 2.2.2 均衡管理技术概念和意义31-32
• 2.2.3 均衡电路研究现状32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 电池管理系统的设计35-55
• 3.1 系统整体设计35-36
• 3.1.1 系统框架35-36
• 3.1.2 系统功能36
• 3.2 硬件设计36-46
• 3.2.1 主控芯片选型以及外围电路36-38
• 3.2.2 电源电路38
• 3.2.3 数据采集电路38-43
• 3.2.4 充放电保护电路43-45
• 3.2.5 均衡管理电路45
• 3.2.6 SMBUS通信电路45-46
• 3.3 软件整体框架设计46-50
• 3.3.1 数据采集模块47
• 3.3.2 均衡电路控制模块47-48
• 3.3.3 充放电保护控制模块48-50
• 3.4 电池管理系统测试50-54
• 3.4.1 测试仪器设备简介以及测试系统的搭建50-51
• 3.4.2 测试数据对比分析51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 电池管理系统数据管理单元的硬件设计55-66
• 4.1 系统整体设计55-56
• 4.2 硬件设计56-61
• 4.2.1 主控芯片外围电路56-57
• 4.2.2 电源电路57-59
• 4.2.3 通信模块电路59-60
• 4.2.4 隔离输入输出电路60-61
• 4.3 BMS数据管理单元硬件测试61-65
• 4.3.1 电源电路测试62
• 4.3.2 通信模块测试62-64
• 4.3.3 隔离输入输出测试64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

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本文编号：833674