在线电池状态检测及反馈的电池管理系统的设计与实现

发布时间：2020-06-10 04:00

【摘要】：随着当今社会科技的迅速发展,环境污染及能源短缺问题越发严重。为了应对这些问题,人们着力于研究各种新能源汽车,其中,电动汽车作为重点研究对象受到了广泛关注。而对动力电池及电池管理系统(BMS)的研究则是电动汽车发展的关键。论文主要围绕在线电池状态检测及反馈的电池管理系统的设计与实现,针对传统电池管理系统较为封闭的问题,提出更为开放的系统平台,完成从电池制备、硬件管理、软件管理到可视化展示整个流程的工作。首先,利用新型石墨烯材料制备石墨烯电池,分析其相较于传统电池的优劣,这对动力电池的发展有一定的探索意义。设计并进行充放电实验考察各类锂电池在各种温度状态下的性能表现,为后续BMS设计提供数据依据。其次,针对电池各项特性设计管理系统,搭建系统整体框架,基本完成了BMS基础硬件平台的多项研究工作,包括:设计完成电池各项参数的采集电路;通过对比实验为热管理模块选用合适的散热器件;完成单体电池间的电压均衡电路搭建。最后,使用WPF构建BMS可视化平台,设计创建BMS各模块的可视化效果,结合实时数据平台的使用,实现了系统的实时在线。在实时数据的基础上,提出多个模块的设计方案,包括:基于误差反馈的荷电状态(SOC)估算优化方案;基于环境及电池温度监控的带有温度预测且用户可控的热管理系统设计方案;基于各项数据实时监控且带有噪点过滤的错误检测系统设计方案;基于数据支持的电池寿命估算方法;基于SOC估算的电量均衡处理方案。可视化平台的构建对传统的BMS有一定的补充意义,为以后BMS发展提供了更为优化的发展思路。
【图文】：

测试曲线,电池性能,测试曲线,石墨

（c）（d）图 2.3 石墨烯电池性能测试曲线图 2.3（a）显示了 Co3O4/GNS 电池在 0.01~3.00V 下进行前两次循环的充放电曲线，相较于单纯 GNS 电池第一次放电平台电压在 0.84V 左右，Co3O4的第一次放电平台电压约 0.64V。使用 Co3O4/GNS 电极的电池，第一次放电电压先快速下降到约 0.84V，然后是 0.84 和 0.6V 之间的长电压平台。这个电压平台由两个反应产生，，其中之一来自 Co3O4的常规反应[30]： (2.2)图 2.3（b）显示了各种电流密度下 Co3O4/GNS 电池的典型充电和放电曲线。随着电流密度的增加，Co3O4/GNS 的充电平台上升，放电平台降低，可充电电量下降。由图 2.3（c）可见，电池首先在 100mA g-1的低电流密度下循环 10 次，在此期间获得约900mAh g-1的稳定比容量。在电流密度增加四倍后，容量约为 800mAh g-1，仍然是石墨理论容量（372 mAh g-1）的两倍。即使在 1000mA g-1的高电流密度下，其容量依旧维持在 70% 以上在各种电流密度下进行 50次充电-放电循环后，电池依旧保持 900mAh g-1以上的容量，这表明其拥有良好的循环和稳定性。图 2.3（d）显示了在 25℃ 下充电/放电电流密度为 100mA g-1时，Co3O4/GNS 电池与

高低温试验箱,电池测试,系统实验

（a）（b）图 2.4 蓝电电池测试系统实验箱及高低温试验箱考虑到实验箱最大充电电流的限制，实验购买了多种种不同型号的电池，其型号参数分别如下所示，此外实验使用了制备的石墨烯电池作为比较实验。1) VSAI3.6 型：额定电压 3.6V 容量 65MAH，下记为 A 型2) ML2032 型：额定电压 3V 容量 120MAH，下记为 B 型3) Co3O4/ GNS 石墨烯电池实验使用高低温试验箱进行温度控制，如图 2.4（b）所示，根据安全及实验要求考虑，实验测量使用的温度范围为-20 C~80 C。实验采用恒流充放电，商用电池充放电电流取 10ma 及 5ma，石墨烯电池根据不同种类采用 0.02~0.2ma 充放电。实验分别测量了由室温降温至-20 C，再逐渐增温到 80 C，后降回室温的多组实验数据。其中 A 型电池充放电电压范围定为 2.8~4.2V；B 型电池电压范围为 2.0~3.4V；石墨烯电池充放电电压范围为 0.01~3.0V。2.2.3 温度实验数据及温度对电池性能影响分析
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52;U469.72

【参考文献】