电动汽车电池管理系统设计及均衡充电方案研究

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毕业论文范文题目： 电动汽车电池管理系统设计及均衡充电方案研究，论文范文关键词： 电动汽车电池管理系统设计及均衡充电方案研究
电动汽车电池管理系统设计及均衡充电方案研究毕业论文范文介绍开始：
　　（全文共20121字）
　　前言
　　随着世界能源形势的日益紧张，人们的节能意识也日渐增强。与此同时电动汽车因其环保、高效等低碳特点而受到国家和民众的广泛关注。电动汽车是指全部或者部分由电能驱动电机作为动力源的行使交通工具，也正因为如此，电池系统作为电动汽车的动力系统在整个电动汽车的研发过程中一直是一个重点的研究项目，对电动汽车而言具有举足轻重的作用。
　　电池系统一般分为电池和电池管理系统两个部分。就电池而言，铅酸、镍氢、锂离子或锂聚合物电池在电动汽车的研究中都有应用。锂离子电池由于其比能量大、放电电压高、循环寿命长、无记忆效应、具有快速充电能力、自放电速率小、具有多种安全保护措施、密封良好，无泄漏现象、环保等众多优点，使得其在未来电动汽车中的应用前景非常广阔。就电池管理系统而言，在锂离子电池被广泛关注之前，已经有学者针对铅酸和镍氢电池开展了电池管理系统的研究，这些研究包括数据采集、SOC 估算、实时通信、均衡、绝缘监测等。由于锂离子物理特性相当活跃，过充、过放更容易对锂离子电池带来损坏，这就对电池保护系统的性能提出了更高的要求。一个好的电池管理系统可以确保车辆的行驶安全、增加电池使用寿命、提供给驾驶员有用的信息、减少能源消耗等，是电动汽车的一个重要组成部分。
　　国外对电池管理系统的研究已经有几十年了，并取得了一定的成果。我国对电动汽车电池管理系统的研究还处于起步阶段，目前清华大学、北京理工大学、同济大学、北京航天航空大学在电动汽车的电池管理系统上取得了一定的研究成果，并且开发的使用国产电池管理系统的电动大巴已经用于2008北京奥运会的运动员接送过程。
　　电池管理系统能够增加电动汽车蓄电池使用寿命，同时提高其利用效率，但是电池内部化学反应的过程也会影响着其工作效果。由于电动汽车蓄电池大都是由若干电池单元串联而成的蓄电池组，这样不但可以增大电动汽车蓄电池容量，而且能够达到我们理想的工作电压。但电池串联使用时，电池单元的电压和容量均不能达到标称值，其性能如充电效率和放电能力也受到影响[1]。研究表明，这主要是由于串联电池组内的单体电池间的不一致性造成的[2]。产生这种不一致的原因有：每个电池单元在制造过程中，由于工艺和材质的不均匀等原因，即使是同一家工厂生产的同一批次的电池的性能也可能不完全一致；此外，在电池组装车时，车体内的环境如温度、内阻、自放电率等方面也不尽相同，从而导致电池的不平衡；电池组充放电过程引起的电池单元间的差异加剧。这种差异还会随着电池使用时间的增加而逐渐增加，是某些电池单元处于过放电状态，不但影响蓄电池的使用寿命，严重时甚至会引起燃烧或爆炸。因此，电池间的不均衡是影响电池组的一个相当不利的因素，采取适当的方法，研究出一套行之有效的均衡充电方案是非常必要的。
　　本设计共分为八章，第一章为设计说明，向读者简单阐述了选择本课题的目的和原因；第二章对电池管理系统的硬件结构进行介绍和分析；第三章则从该系统软件部分进行解析和讨论，较为系统地介绍了软件系统结构，通信方式，SOC算法及运行策略；第四章对算法分析进行了简单地阐述；在第五章中，本设计结合数据的采集与分析介绍了电池管理系统在实际中的应用；第六章是本设计的重点部分之一，详尽介绍了该系统均衡充电方案的思想，方法和具体实施步骤；第七章作为整个课题的总结，对本设计进行客观的自我分析与阐述。
　　此外，本设计另设置第八章，不作为本设计的重点。其中介绍了电动汽车电池领域和电池管理系统领域的一些最新进展和成果，并对未来电动汽车的发展进行展望，开拓了读者思维。
　　目录
　　前言
　　摘要 I
　　ABSTRACT II
　　第1章　电池管理系统在电动汽车中的应用 1
　　1.1 前端数据采集 1
　　1.1.1 电压的测量 2
　　1.1.2 电流的测量 2
　　1.1.3 电池温度的测量 2
　　1.2 电池绝缘监测技术 3
　　1.3 数据的显示 3
　　第2章　均衡充电方案研究 4
　　2.1 均衡电路工作分析 5
　　2.2 均衡控制策略 9
　　2.2.1 SOC预测 9
　　2.2.2 均衡控制与占空比计算 10
　　2.2.3 实验与结果 12
　　2.3 结论 13
　　第3章　算法验证及实验分析 14
　　3.1 SOC算法验证 14
　　3.2 系统试验内容 15
　　第4章　系统硬件设计 17
　　4.1 电池管理系统结构 17
　　4.2 电池管理系统硬件方案 17
　　4.3 数据通信 18
　　4.4 硬件抗干扰设计 18
　　4.4.1 干扰因素分析 19
　　4.4.2 抗干扰措施 19
　　第5章　软件设计 21
　　5.1 软件设计总体结构 21
　　5.1.1 温度测量软件设计 23
　　5.1.2 电流、电压测量软件设计 24
　　5.2 RF通信与CAN通信 25
　　5.2.1 通信协议的制定 27
　　5.2.2 CAN模块子程序流程图 27
　　5.3 电池SOC的估算和运行控制策略 30
　　第6章　纳米电池概述及其电池管理系统分析* 32
　　6.1 普渡大学开发的纳米电池介绍 32
　　6.2 美国伦斯勒理工学院开发得纳米电池 32
　　6.3 麻省理工学院为军方进行的纳米电池研究 33
　　6.4 结论 34
　　第7章　总结与体会 35
　　致谢 36
　　参考文献 37
　　摘要
　　　　本次设计的主要内容是设计一套针对电动汽车的电池管理系统，并就其中的均衡充电内容进行研究。
　　首先对当下电动汽车电池管理系统的一些不足和电动汽车技术推广中遇到的问题进行了分析。从硬件着手，本设计不仅探索出了采用美国Microchip公司的16位数字控制器dsPIC30f4012作为中央控制芯片，8位单片机PIC16F726作为单节电池监控单元芯片同时基于RF无线通信技术的电动汽车电池管理系统的硬件系统，同时，介绍了一种成本低且易操作的抗干扰方案；在电池管理系统软件部分，本设计就使用的RF通信即CAN通信方式进行了讨论，并就SOC估算方法和运行策略进行了介绍；在第六章中对均衡充电方案的工作电路及其策略进行了进行了重点介绍。此外，本设计还就电动汽车电池管理系统的应用进行了阐述。
　　关键词：电池管理，算法验证，均衡充电
　　第1章　电池管理系统在电动汽车中的应用
　　电动汽车产业化发展的关键在于其动力电池及应用技术产业化发展与革新。磷酸铁锂动力电池作为新型的锂离子二次电池,以其容量大、安全性佳、体积轻巧、耐高温及循环寿命长等优点，将成为未来动力电池市场的主力。
　　一个有效的电池管理系统（BMS：Battery Management System）[3]能对动力电池进行保护、延长其使用寿命及提高行驶里程，是电动汽车产业发展和推广应用的一项非常关键的系统工程。BMS能够对动力电池的参数信息进行实时监测，估算电池的荷电状态（SOC），从而有效地对电池组容量进行管理和分配，具备完善的故障检测、报警、数据处理及传输功能等。
　　为了实现上述功能，本文提出一种基于无线射频（RF）传输技术[4]，并以DSP为主控ECU，实施对电池组监测及管理的设计方案。
　　　　本文设计开发了一种针对磷酸铁锂电池使用的管理系统，引入了无线网络技术和分布式管理方法，实现了电池实时监测、保护、SOC估算、均衡管理和无线传输等功能。该系统结构简单、测量精度较高、能有效地保护电池组，用无线网路代替有线网路，为电动汽车的电池管理系统开发提供应用价值。

以上为本篇毕业论文范文 电动汽车电池管理系统设计及均衡充电方案研究的介绍部分。

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