电动汽车动力电池安全管理系统研究与设计

发布时间：2017-09-23 20:07

  本文关键词：电动汽车动力电池安全管理系统研究与设计

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【摘要】：近年来,随着能源与环保压力的增大,纯电动汽车已逐渐迈向世界汽车产业的舞台。动力电池作为纯电动汽车的主要能量载体和动力来源,是纯电动汽车技术中核心一环,它直接影响了纯电动汽车的性能和制造成本。电池管理系统作为一种实时监管动力电池工作状态、保证电池安全可靠工作、延长电池循环寿命的工具,对降低电动汽车使用成本,提高电动汽车安全性具有重要的意义。本文结合电动汽车高压系统安全标准及监控特性要求,设计了一种分散式的管理系统,具体内容如下:1.建立了动力电池的三阶RC动态模型,并对其参数作了估计识别,且利用泰勒公式进行优化处理;基于RC动态模型对电池的SOC作了估计,提出了SOH的预测模型与估算方法;2.详细地分析了纯电动汽车高压系统的各类潜在故障。针对系统的各类故障,设计了控制策略;并研究了高压系统的上电、运行、停车过程相应控制策略;3.全面分析了电池不一致性的原因和影响,并设计了电池组均衡管理硬件电路,提出了单体电池能量均衡控制策略;4.基于系统参数检测与监管需求,采用Infineon 16位单片机XC2238N设计了最小外围控制系统。系统采用模块化设计,分别由温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、高压环路互锁模块、绝缘检测模块、预充电模块与CAN通信网络模块等组成,不仅为系统的实时监控与剩余电量估算提供依据,而且为系统的进一步扩展提供了平台;5.基于Matlab/Simulink搭建了仿真平台,对电池的模型与均衡控制电路进行调试与验证。仿真结果表明:本课题所建立电池模型及硬件电路性能良好,能够实现预定的安全管理策略。
【关键词】：纯电动汽车 电池管理系统 动态模型 均衡控制 剩余电量
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 课题研究背景13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 电动汽车相关安全标准15-16
• 1.4 课题研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 动力电池的建模与电池状态估计18-34
• 2.1 磷酸铁锂电池的外特性及其分析18-21
• 2.1.1 磷酸铁锂电池的滞回电压特性18-19
• 2.1.2 磷酸铁锂电池的超电势特性19-21
• 2.2 电池的建模与分析21-28
• 2.2.1 电池建模的意义22
• 2.2.2 常用模型分析22-24
• 2.2.3 三阶RC模型与参数估计24-28
• 2.3 电池SOC估计28-31
• 2.3.1 常用估计法29-30
• 2.3.2 本文所用估计法30-31
• 2.4 电池SOH估计31-33
• 2.4.1 电池寿命影响因素31-32
• 2.4.2 电池寿命表征与终止32-33
• 2.4.3 电池寿命预测模型的提出33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 动力电池与高压电安全管理策略研究34-43
• 3.1 高压系统的故障分析与处理34-37
• 3.1.1 故障级别34-35
• 3.1.2 动力蓄电池故障35
• 3.1.3 接触不良或断路故障35-36
• 3.1.4 绝缘失效故障36
• 3.1.5 系统上电瞬态冲击故障36
• 3.1.6 短路故障36-37
• 3.1.7 突发事故类故障37
• 3.2 高压系统故障诊断与安全控制策略37-42
• 3.2.1 故障优先级37-38
• 3.2.2 故障诊断38
• 3.2.3 系统上电启动控制策略38-39
• 3.2.4 系统运行管理策略39-41
• 3.2.5 系统停车控制策略41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 一致性分析与均衡控制系统的研究43-51
• 4.1 一致性分析43-45
• 4.1.1 一致性的表征43
• 4.1.2 一致性的影响因素43-44
• 4.1.3 不一致性的危害44-45
• 4.2 均衡管理系统硬件设计45-49
• 4.2.1 均衡管理模型的建立45-46
• 4.2.2 均衡模块控制原理46-47
• 4.2.3 非耗散型双向均衡电路的设计47-49
• 4.2.4 PWM控制时序49
• 4.3 均衡控制策略的研究49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 系统硬件检测电路的设计51-70
• 5.1 电压检测电路51-54
• 5.1.1 常用的电压测量方法51-53
• 5.1.2 基于Photo MOS继电器的集中式单体电池电压采集53
• 5.1.3 总电压检测53-54
• 5.2 温度检测电路设计54-56
• 5.2.1 温度检测的重要性54
• 5.2.2 温度检测方案54-56
• 5.3 高压环路互锁电路设计56-57
• 5.4 绝缘检测方案设计57-60
• 5.4.1 绝缘电阻等效模型的提出57-58
• 5.4.2 基于PDIB-C16系列直流漏电流传感器测量法58-60
• 5.5 预充电电路设计60-61
• 5.6 电流检测电路设计61-63
• 5.7 突发事故问题检测电路设计63-65
• 5.7.1 MMA7631三轴加速度传感器检测63-65
• 5.8 主控制器的选型与外围电路设计65-69
• 5.8.1 MCU的选型65-66
• 5.8.2 模拟信号处理电路的设计66-67
• 5.8.3 CAN通信网络的设计67-68
• 5.8.4 RS485通信网络的设计68-69
• 5.9 本章小结69-70
• 第六章 基于Matlab/Simulink建模与仿真分析70-76
• 6.1 Matlab/Simulink简介70
• 6.2 电池三阶RC模型实现与仿真70-73
• 6.2.1 模型分析70-71
• 6.2.2 模型实现与仿真71-73
• 6.3 均衡控制电路建模与仿真73-75
• 6.4 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 总结76
• 7.2 展望76-78
• 参考文献78-80
• 附录80-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果82-83
• 致谢83-84

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