新能源锂离子电池监控管理系统的研究与设计
发布时间：2021-10-12 05:55
当今社会能源枯竭、大气污染、全球温度上升都离不开以石油为主体的化石能源危机问题,锂离子电池作为绿色无污染的新能源能做到反复充电使用,符合我国新能源开发与利用的可持续发展观。基于锂离子电池组内单体电池不一致的特性,需要电池监控管理系统BMS（Battery Management System）对其在充放电时进行有效的监控。相比于国外,国内的BMS技术水平良莠不齐,电池组使用寿命和续航等关键信息的可靠性和精确性方面都存在一定差异,降低电池使用效率、缩短使用时间,不能充分发挥电池最佳性能。本文针对锂离子电池在小型电动车领域中的应用,搭建了以主控制器STM32F103RCT6和电源管理芯片bq76940为主的新能源锂离子电池监控管理系统。论文以4节电池并联为一串,13串串联共52节的标称48V的锂电池为主要管理对象,提出了锂离子电池监控管理系统的整体设计方案与SOC估算方法,完成了锂离子电池监控管理系统软硬件设计。管理平台硬件以主控制器STM32F103RCT6为核心,分别通过InC和串口与电源管理芯片bq76940和PC上位机进行通讯;以电源管理芯片bq76940为主体完成了充放电均衡电路、...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１锂电池监控管理方案框图??
硕士学位论文??该锂离子电池监控管理系统不仅应该具有数据采集易操作的功能，还应该与用户界??面进行通信，通过上位机显示具体参数指标，来进行监控，并进行良好的管理。??２．２电池管理连接设计??图２．１中电池组由４节电池并联为一串，１３串串联共５２节的锂电池构成，标称电压??４８Ｖ。电池管理模块包含了充放电均衡保护电路、温度电流及电压数据采集电路、过流??短路保护电路等功能。电池组管理连接示意图如图２．２所示。????充电????电池４?电池８?电池１２?电池５２??＼?￣￣?＾＾?￣￣??ＩＩＩ?Ｉ??Ｔ?１?丁１?丁１?＿￣１一＿?１?￣Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??电池１?电池５?电池９?电池４９??｜?电池串１?｜?电池串２?｜?电池串３?｜?电池串１３??均衡采样电路???＾???库伦计??????放电????图２．２电池组管理连接示意图??电池单纯并联不能够扩大电池组的最大电压容量，直接将电池串联在充放电时，由??于每节电池的不一致性，使得每节锂离子电池的电压不稳定，在前一节电池满充时，后??节电池电压出现过低或过高的情况，电池充放电循环次数的增加将破坏电池内部结构，??使得电池的不均衡情况越来越严重，直接缩短电池可以使用的时间，而且如果串联的某??节电池出现问题时，则导致电池组的崩溃。因此根据电动车的实际应用采用串并混合方??式，４节锂离子电池并联组成一串，共１３串，每串串联连接，这样构成的锂离子电池组??既能够增加电池电压又能增加其容量，还能够在并联的某节电池出现意外后只要并联的??其它电池没有全部损坏，电池组都是能够正常使用的
问题进行系统硬件设??计。??３．１电池监控系统主控芯片选型??对于锂离子电池监控关系系统来说，一个稳定高效的系统中主控制器是最为关键的??部分，对于系统来说相当于人体的大脑，本文采用的是意法半导体公司非常受欢迎的??ＳＴＭ３２系列的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６这款芯片，具有功耗低、体积孝运算能力强等特点。??此芯片主要有电源电路、电流检测输入、温度检测输入、多路模拟开关控制信号输出、??充放电控制信号输出、复位电路、外部震荡电路等等［３７，３８］。锂离子电池监控系统主控制??图如图３．１所示。??ＶＣＣ３．３??ＢＯＯＴ?????１?２????Ｒｌ＿?Ｒ２??ａ〇ＱＩｆｌ｜?１??３?４??ｆ—｜?ＢＱＱＴｌ??１０Ｋ???Ｓ?６????Ｈｅａｄｅｒ?３Ｘ２??ＶＱ３－３??品６?：ＳＥＴ?了?ｉＣＤＣＳｒ＾????ＵＬＬ?＾ｉ４／ＳＳ２?Ｐ８９／Ｔ．Ｍ．?ＣＨ４／ＳＤ．〇Ｖ？５－＾＿ＰＢ３?．ｔｆＰ?Ｐ９?６??＾???一．十?＾／ｏｓａ２?ＰＢ８＿：＿Ｄ＾：ｌ??＋Ｃ３?＋?宕?ｒＣｚＬ?＾?ＪｏｖＳｒａＯＴ?ＰＢ７／．２Ｃ１?ＳＤＡＡＩＭ４?ＣＨ２?－５２￣￣即．息以?９??＿?２２?ｐｏｉ／＾ｃｏｕｔ?ＰＢ６／ｉ２ｄ：ｓａ／ｒｉＭｎ：ＣＨｉ?＿咖．皿．ＤＳ?１０??＾｜［３（４?￣＾?ＰＣＯ／ＡＤａ〇?ＰＢ５／Ｉ２Ｃ１?ＳＭＢＡ／ＳＰＢ?ＭＣＳＩ／Ｉ２Ｓ３?ＳＤ??Ｐｆｌ５?ＬＬＤ?Ｄ５?—?１１??－?ＰＢ４／ＪＮＴ－ＲＳＷ丨３?闘?４＿ＰＭ＿．Ｕ：Ｄ?Ｄ４?ｍｓｒ?ｕ??Ｔ－”?￣Ｔ￣７？Ｉ?１?￣０
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池组充电均衡控制系统分析[J]. 高方绮,赵增辉. 计算技术与自动化. 2018(04)
[2]锂离子电池管理系统的特性仿真研究[J]. 魏丽君. 计算机与数字工程. 2018(11)
[3]锂离子电池组均衡方法的研究进展[J]. 陈正刚,徐立鹏,张其昌,周其鹏,周飞. 电源技术. 2018(11)
[4]一种应用于锂电池组管理系统多路DC/DC电源设计[J]. 李博,李德全. 电源技术. 2018(10)
[5]国外艇载锂离子电池动力发展和应用[J]. 孙桂才,王敏,刘洋. 舰船科学技术. 2018(19)
[6]可充电锂电池剩余电量预测方法[J]. 陈思媛,方正,胡伟锋,余杰,王倩,王涵博,王禹昕. 中南大学学报(自然科学版). 2018(09)
[7]三元锂离子电池SOC估算[J]. 郭斌峰. 内燃机与配件. 2018(17)
[8]一种含温度及寿命修正的矿用电源SOC算法[J]. 孟积渐. 煤矿安全. 2018(08)
[9]12节锂离子电池管理系统设计[J]. 赵耀,秦会斌,刘天昊. 测控技术. 2018(08)
[10]用于锂离子电池镍钴锰三元正极材料的改性研究进展[J]. 董生德,周园,海春喜. 高分子通报. 2018(08)
硕士论文
[1]动力电池SOC估算方法研究与BMS开发[D]. 高文敬.山东理工大学 2018
[2]锂离子电池荷电及健康状态预测方法研究[D]. 韦振汉.广西师范大学 2018
[3]电动汽车锂离子电池管理系统研究[D]. 李林阳.西安科技大学 2018
[4]AGV小车锂离子电池管理系统研究[D]. 叶梦涓.华南理工大学 2018
[5]锂离子电池管理系统设计及能量均衡器的研究[D]. 李园专.昆明理工大学 2018
[6]基于IC曲线特征参数的锂离子电池SOH估计及DSP实现[D]. 张昊.北京交通大学 2018
[7]基于神经网络的锂离子电池SOC估算[D]. 黄磊.湘潭大学 2017
[8]动力锂离子电池SOC估计及均衡技术研究[D]. 罗卫军.西南科技大学 2017
[9]锂离子电池测试系统设计与实现[D]. 刘力舟.西南科技大学 2017
[10]锂动力电池组主动均衡控制系统设计[D]. 姬祥.西安建筑科技大学 2016
本文编号：3432014
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１锂电池监控管理方案框图??
硕士学位论文??该锂离子电池监控管理系统不仅应该具有数据采集易操作的功能，还应该与用户界??面进行通信，通过上位机显示具体参数指标，来进行监控，并进行良好的管理。??２．２电池管理连接设计??图２．１中电池组由４节电池并联为一串，１３串串联共５２节的锂电池构成，标称电压??４８Ｖ。电池管理模块包含了充放电均衡保护电路、温度电流及电压数据采集电路、过流??短路保护电路等功能。电池组管理连接示意图如图２．２所示。????充电????电池４?电池８?电池１２?电池５２??＼?￣￣?＾＾?￣￣??ＩＩＩ?Ｉ??Ｔ?１?丁１?丁１?＿￣１一＿?１?￣Ｉ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??电池１?电池５?电池９?电池４９??｜?电池串１?｜?电池串２?｜?电池串３?｜?电池串１３??均衡采样电路???＾???库伦计??????放电????图２．２电池组管理连接示意图??电池单纯并联不能够扩大电池组的最大电压容量，直接将电池串联在充放电时，由??于每节电池的不一致性，使得每节锂离子电池的电压不稳定，在前一节电池满充时，后??节电池电压出现过低或过高的情况，电池充放电循环次数的增加将破坏电池内部结构，??使得电池的不均衡情况越来越严重，直接缩短电池可以使用的时间，而且如果串联的某??节电池出现问题时，则导致电池组的崩溃。因此根据电动车的实际应用采用串并混合方??式，４节锂离子电池并联组成一串，共１３串，每串串联连接，这样构成的锂离子电池组??既能够增加电池电压又能增加其容量，还能够在并联的某节电池出现意外后只要并联的??其它电池没有全部损坏，电池组都是能够正常使用的
问题进行系统硬件设??计。??３．１电池监控系统主控芯片选型??对于锂离子电池监控关系系统来说，一个稳定高效的系统中主控制器是最为关键的??部分，对于系统来说相当于人体的大脑，本文采用的是意法半导体公司非常受欢迎的??ＳＴＭ３２系列的ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６这款芯片，具有功耗低、体积孝运算能力强等特点。??此芯片主要有电源电路、电流检测输入、温度检测输入、多路模拟开关控制信号输出、??充放电控制信号输出、复位电路、外部震荡电路等等［３７，３８］。锂离子电池监控系统主控制??图如图３．１所示。??ＶＣＣ３．３??ＢＯＯＴ?????１?２????Ｒｌ＿?Ｒ２??ａ〇ＱＩｆｌ｜?１??３?４??ｆ—｜?ＢＱＱＴｌ??１０Ｋ???Ｓ?６????Ｈｅａｄｅｒ?３Ｘ２??ＶＱ３－３??品６?：ＳＥＴ?了?ｉＣＤＣＳｒ＾????ＵＬＬ?＾ｉ４／ＳＳ２?Ｐ８９／Ｔ．Ｍ．?ＣＨ４／ＳＤ．〇Ｖ？５－＾＿ＰＢ３?．ｔｆＰ?Ｐ９?６??＾???一．十?＾／ｏｓａ２?ＰＢ８＿：＿Ｄ＾：ｌ??＋Ｃ３?＋?宕?ｒＣｚＬ?＾?ＪｏｖＳｒａＯＴ?ＰＢ７／．２Ｃ１?ＳＤＡＡＩＭ４?ＣＨ２?－５２￣￣即．息以?９??＿?２２?ｐｏｉ／＾ｃｏｕｔ?ＰＢ６／ｉ２ｄ：ｓａ／ｒｉＭｎ：ＣＨｉ?＿咖．皿．ＤＳ?１０??＾｜［３（４?￣＾?ＰＣＯ／ＡＤａ〇?ＰＢ５／Ｉ２Ｃ１?ＳＭＢＡ／ＳＰＢ?ＭＣＳＩ／Ｉ２Ｓ３?ＳＤ??Ｐｆｌ５?ＬＬＤ?Ｄ５?—?１１??－?ＰＢ４／ＪＮＴ－ＲＳＷ丨３?闘?４＿ＰＭ＿．Ｕ：Ｄ?Ｄ４?ｍｓｒ?ｕ??Ｔ－”?￣Ｔ￣７？Ｉ?１?￣０
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池组充电均衡控制系统分析[J]. 高方绮,赵增辉. 计算技术与自动化. 2018(04)
[2]锂离子电池管理系统的特性仿真研究[J]. 魏丽君. 计算机与数字工程. 2018(11)
[3]锂离子电池组均衡方法的研究进展[J]. 陈正刚,徐立鹏,张其昌,周其鹏,周飞. 电源技术. 2018(11)
[4]一种应用于锂电池组管理系统多路DC/DC电源设计[J]. 李博,李德全. 电源技术. 2018(10)
[5]国外艇载锂离子电池动力发展和应用[J]. 孙桂才,王敏,刘洋. 舰船科学技术. 2018(19)
[6]可充电锂电池剩余电量预测方法[J]. 陈思媛,方正,胡伟锋,余杰,王倩,王涵博,王禹昕. 中南大学学报(自然科学版). 2018(09)
[7]三元锂离子电池SOC估算[J]. 郭斌峰. 内燃机与配件. 2018(17)
[8]一种含温度及寿命修正的矿用电源SOC算法[J]. 孟积渐. 煤矿安全. 2018(08)
[9]12节锂离子电池管理系统设计[J]. 赵耀,秦会斌,刘天昊. 测控技术. 2018(08)
[10]用于锂离子电池镍钴锰三元正极材料的改性研究进展[J]. 董生德,周园,海春喜. 高分子通报. 2018(08)
硕士论文
[1]动力电池SOC估算方法研究与BMS开发[D]. 高文敬.山东理工大学 2018
[2]锂离子电池荷电及健康状态预测方法研究[D]. 韦振汉.广西师范大学 2018
[3]电动汽车锂离子电池管理系统研究[D]. 李林阳.西安科技大学 2018
[4]AGV小车锂离子电池管理系统研究[D]. 叶梦涓.华南理工大学 2018
[5]锂离子电池管理系统设计及能量均衡器的研究[D]. 李园专.昆明理工大学 2018
[6]基于IC曲线特征参数的锂离子电池SOH估计及DSP实现[D]. 张昊.北京交通大学 2018
[7]基于神经网络的锂离子电池SOC估算[D]. 黄磊.湘潭大学 2017
[8]动力锂离子电池SOC估计及均衡技术研究[D]. 罗卫军.西南科技大学 2017
[9]锂离子电池测试系统设计与实现[D]. 刘力舟.西南科技大学 2017
[10]锂动力电池组主动均衡控制系统设计[D]. 姬祥.西安建筑科技大学 2016
本文编号：3432014
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