锂离子电池组管理系统的设计与实现

发布时间：2017-09-13 00:20

  本文关键词：锂离子电池组管理系统的设计与实现

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【摘要】：自20世纪末以来,锂离子电池越来越受到人们的青睐,并被广泛应用到各种电气设备中,如备用电源、手机、笔记本电脑、电动汽车以及航空设备等。由于单节锂离子电池电压低,一般在实际使用过程中都采用多节电池串联构成电池组。然而串联锂离子电池组在过热、过压以及欠压等条件下会导致电池组使用寿命缩短,甚至会引发起火、爆炸等安全问题,这就需要配置锂离子电池组管理系统对电池组进行管理。因此,锂离子电池组管理系统成为了解决电池组使用寿命与安全问题的关键设备,对保证电池组的安全使用和延长电池组的使用寿命起着至关重要的作用。首先,本文分析了锂离子电池组的工作特性及其管理技术,在此基础上总结了锂离子电池组管理系统的实际功能需求,包括均衡管理、充电管理、温度管理、电池组容量估算以及串口通信等方面。采用能量耗散型均衡策略解决锂离子电池组充放电不一致性问题；采用间歇式电流充电模式对锂离子电池组充电；采用开路电压法与安时积分法相结合的方式估算电池组剩余容量；运用RS-485串口通信与其他系统进行数据交换。其次,论文系统地论述了锂离子电池组管理系统的硬件设计和软件设计。按照锂离子电池组管理系统的总体设计方案,着重设计了系统的硬件电路,包括数据采集单元、均衡控制单元、温度控制单元、串口通信单元以及故障检测单元等；详细分析了锂离子电池组管理系统的软件功能需求,结合模块化软件设计思路,详细阐述了数据采集、充电控制、均衡控制、温度控制、容量计算以及串口通信等功能模块的软件设计流程,并对各功能模块进行了软件编码。最后,结合上位机监控界面对锂离子电池组管理系统软硬件进行了调试,调试结果表明锂离子电池组管理系统能够安全可靠运行,并且满足电池组管理要求。
【关键词】：MC9S12XS128微处理器 锂离子电池组 均衡管理 充电管理 温度管理
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 选题背景与意义10
• 1.2 电池组管理系统国内外研究现状与发展趋势10-13
• 1.2.1 电池组管理系统国内研究现状10-11
• 1.2.2 电池组管理系统国外研究现状11-12
• 1.2.3 电池组管理系统发展趋势12-13
• 1.3 研究内容论文组织形式13-14
• 第二章 电池组管理系统概述14-22
• 2.1 电池组管理概述14
• 2.1.1 电池组结构14
• 2.1.2 电池组管理需求14
• 2.2 电池组充电管理14-16
• 2.3 电池组均衡管理16-19
• 2.3.1 非能耗型均衡策略16-18
• 2.3.2 能耗型均衡策略18-19
• 2.4 电池组温度管理19
• 2.5 电池组剩余容量计算19-20
• 2.6 系统可靠性措施20-21
• 本章小结21-22
• 第三章 电池组管理系统硬件设计22-37
• 3.1 系统的功能要求与总体设计22-23
• 3.1.1 系统的功能要求22
• 3.1.2 系统总体设计22-23
• 3.2 主控制器23-25
• 3.2.1 主控制器的选择23
• 3.2.2 MC9S12XS128微处理器概述23-24
• 3.2.3 MC9S12XS128微处理器最小系统24-25
• 3.3 电源电路25-26
• 3.4 数据采集电路26-28
• 3.4.1 温度采集电路26-27
• 3.4.2 电流采集电路27
• 3.4.3 电压采集电路27-28
• 3.5 均衡控制电路28-30
• 3.6 温度控制电路30
• 3.7 串口通信电路与BDM接口电路30-32
• 3.7.1 串行通信电路31
• 3.7.2 BDM接口电路31-32
• 3.8 故障检测电路32-35
• 3.9 数据存储电路35-36
• 3.10 状态指示电路36
• 本章小结36-37
• 第四章 电池组管理系统软件设计37-62
• 4.1 软件开发环境37-38
• 4.2 软件总体设计38-41
• 4.2.1 软件工作状态38-40
• 4.2.2 系统主程序40-41
• 4.3 系统初始化41
• 4.4 数据采集功能41-44
• 4.5 综合处理功能44-46
• 4.5.1 故障处理44-45
• 4.5.2 温度处理45-46
• 4.6 充电控制功能46-48
• 4.7 均衡控制功能48-53
• 4.8 温度控制功能53-54
• 4.9 参数计算功能54-57
• 4.9.1 初始容量计算54-55
• 4.9.2 实时容量计算55-57
• 4.10 串口通信功能57-59
• 4.11 状态指示功能59-60
• 4.12 数据存储程序60-61
• 本章小结61-62
• 第五章 系统调试与测试62-68
• 5.1 系统调试62
• 5.2 硬件调试62-64
• 5.2.1 硬件静态测试62-63
• 5.2.2 数据采集通道测试63-64
• 5.3 功能测试64-67
• 本章小结67-68
• 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录73-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文77

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本文编号：840395