纯电动汽车磷酸铁锂电池管理系统设计

发布时间：2017-09-23 19:11

  本文关键词：纯电动汽车磷酸铁锂电池管理系统设计

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【摘要】：近年来,随着汽车工业的快速发展,传统汽车保有量的持续增长加速了化石能源的消耗并带来严重的尾气污染。纯电动汽车凭借其零排放、低能耗、低噪音、便于维修等特点,已成为未来汽车的发展方向。磷酸铁锂电池具有高能量密度、高输出功率及良好充放电特性等优势,被认为是目前最适合作为纯电动汽车的动力源。由于磷酸铁锂电池组在使用的过程中,需进行电池组状态评估、电池间电压均衡、安全管理等,因此一套良好的电池管理系统对整个电池组安全及其性能发挥具有重大意义。本文根据实际使用情况对系统功能进行规划,确定系统结构为高度一体化集成型,并对系统关键技术进行分析设计,包括:通过对磷酸铁锂电池特性及现有SOC估算方法进行研究分析,提出一种基于功率积分估算电池能量状态SOE的算法,以此替换电池组SOC值;在电池组状态信息采集方面,利用LTC6803-4实现电池组电压、温度采集,通过开环型霍尔电流传感器、结合运放电路及数字滤波处理完成高精度电流转换;在信息交互方面,通过规划CAN总线通信协议实现与各类车载设备通信;利用电池组与车身电路模型完成电池组与车辆间的绝缘检测;根据电池状态信息及绝缘检测结果,对多个电磁继电器进行控制,实现系统的热管理及安全控制管理;采用被动均衡策略实现电池电压间的均衡。最终完成电池管理系统的软硬件的设计、编写。通过搭建快速充放电平台,对电池管理系统软硬件进行联合调试、测试,相关实验数据及现象表明:系统在电池电压、温度、电流采集的精度较高,SOE值估算误差控制在5%以内,CAN总线通信稳定,均衡效果明显,热管理及安全控制方法可靠。最后,将系统进行实际装车测试,结果表明SOE可准确表征电池组能量状态,并可预测车辆行驶里程。经过将近3000KM的实际测试,各功能模块运行可靠稳定,达到预期设计效果。
【关键词】：电池管理系统 SOE估算 STM32 LTC6803-4 绝缘检测
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TP315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 车载电池概况11-13
• 1.3 电池管理系统概况13-16
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 课题来源及意义16
• 1.5 论文的主要工作与研究内容16-18
• 第二章 系统功能规划及关键技术分析18-36
• 2.1 系统功能架构18-20
• 2.2 系统结构选择20-21
• 2.3 单体电池电压采集方案确定21-23
• 2.4 SOC估算23-27
• 2.4.1 SOC估算常用方法23-25
• 2.4.2 基于功率积分的SOE与SOH估算25-27
• 2.5 均衡方式及策略设计27-30
• 2.6 绝缘检测30-33
• 2.7 CAN总线通信33-35
• 2.7.1 CAN总线简介33
• 2.7.2 CAN总线协议规划33-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第三章 电池管理系统硬件实现36-49
• 3.1 电池管理系统硬件结构36-37
• 3.2 微控制器及其基本电路37-39
• 3.2.1 微控制器硬件资源分配37-38
• 3.2.2 最小系统及JTAG接口38-39
• 3.3 供电模块39-40
• 3.4 采集模块电路40-43
• 3.4.1 电压与温度采集电路40-42
• 3.4.2 电流采集电路42-43
• 3.5 均衡回路43-44
• 3.6 安全控制电路44
• 3.7 绝缘检测电路44-46
• 3.8 充电接口检测46-47
• 3.9 CAN通信接口电路47
• 3.10 硬件抗干扰设计47-48
• 3.11 本章小结48-49
• 第四章 电池管理系统软件设计49-66
• 4.1 软件设计概述49-52
• 4.1.1 开发环境配置49-50
• 4.1.2 uC/OS-II操作系统简介及移植50-52
• 4.2 软件主程序设计52-54
• 4.3 软件子程序设计54-64
• 4.3.1 电池电压温度采集子程序54-56
• 4.3.2 电流采集子程序56-57
• 4.3.3 SOE及SOH估算子程序57-58
• 4.3.4 绝缘检测子程序58-60
• 4.3.5 CAN通信子程序60-61
• 4.3.6 电池状态分析子程序61-62
• 4.3.7 均衡控制子程序62-63
• 4.3.8 安全控制子程序63-64
• 4.4 软件抗干扰设计64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 系统测试与运行结果66-78
• 5.1 快速充放电平台测试66-75
• 5.1.1 快速充放电平台介绍66-68
• 5.1.2 测试过程及结果分析68-75
• 5.2 实际装车测试75-77
• 5.2.1 试验车参数概况76
• 5.2.2 测试过程及结果分析76-77
• 5.3 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 附录A CAN通信协议84-86
• 附录B uC/OS-II操作系统移植关键代码86-89
• 攻读学位期间的研究成果89

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本文编号：906981