AGV电池能量管理系统设计与实现

摘要

自动导引车（Automated Guided Vehicle, AGV）是一种以电池为动力源，具有自动导引系统的无人驾驶运输车。AGV以安全、灵活、高效、可靠等特点，广泛应用于柔性加工系统、柔性装配系统、自动化立体仓库以及邮局、港口码头、食品、化工、烟草行业的物流系统和其他危险场所。电池管理系统 BMS（Battery Management System, BMS）是 AGV的关键系统之一，对 AGV安全、可靠、稳定地工作起着至关的作用。
　　锂电池凭借其优良的性能，逐渐取代传统的铅酸蓄电池和镍氢电池，被广泛应用于 AGV中，虽然电池能量管理系统在电动汽车、笔记本、相机等其他系统上已有大量的研究和应用，但是电池技术和材料的优化不可能解决锂电池使用过程中的所有问题，同时，由于 AGV自身工作特点，电池管理系统中电池的充放电管理、电池荷电状态（State of Charge, SOC）估算、热管理、均衡控制策略等有其自生的特点，需要进行专门研究，以保证 AGV系统安全高效的运行。本文即是根据 AGV的特点，对AGV电池能量管理系统展开了研究与设计，其主要研究内容包括：
　　（1）对 AGV电池能量管理系统的功能需求与技术方案进行了分析论证。通过对常用锂电池的特性分析，确定电池组中锂电池的类型；对串联使用的单体电池电压的多种检测方法进行对比，确定了 AGV电池能量管理系统中单体电压的检测方法；通过对常规电池均衡方法的梳理、比较，选择了合适的均衡方法；分析了常见的 SOC估算方法，并比较其优缺点，为后续电池组SOC估算提供借鉴。
　　（2）对电池组配置进行了研究。分析了电池不同连接方式对电池组性能的影响，确定先并联后串联的可靠性高于先串联后并联的可靠性；运用 SPSS中的因子分析和系统聚类功能，对单体电池进行了主因子分选和总因子分选，并与传统分选方法进行对比分析，结果表明因子分选法在提高电池组一致性方面具有较好的效果。
　　（3）对电池组的 SOC估算进行了研究。建立基于开路电压法和安时积分法的SOC估算模型，并引入温度、放电倍率和循环寿命的修正参数，通过实验方法标定得到 SOC估算模型中的各参数具体值。借助 MATLAB/Simulink平台开展了模型仿真并进行了实验验证，结果表明SOC估算误差在±5%以内。
　　（4）对 AGV电池能量管理系统的硬件和软件进行了设计。采用模块化设计，将整个硬件系统划分为主控模块、电源模块、数据采集模块、通信模块、保护模块、均衡模块和存储模块，并对各模块进行了详细的设计。引入 UCOSII操作系统，对下位机软件进行设计开发，满足了系统实时性的要求。采用Microsoft Visual Basic6.0开发了上位机软件，实现了用户验证、数据显示、参数设置等功能。
　　（5）对 AGV电池能量管理系统进行了性能测试和现场运行试验，结果表明该系统工作稳定可靠，能够较为精确地采集电池组电流、电压和温度数据，估测 SOC值较为准确，系统的各项性能指标都达到预期值。

目录

声明

第1章文献综述

1.1 AGV发展概述

1.2电池管理系统的功能

1.3电池管理系统研究现状

第2章绪论

2.1研究背景及意义

2.2项目来源及主要研究内容

2.3系统功能及技术指标

第3章AGV电池能量管理系统技术方案分析

3.1锂电池类型的选择

3.2单体电压采集方式选用

3.3均衡方法选用

3.4 SOC估算方法选择

3.5系统整体构造

第4章电池组配置研究

4.1电池连接方式分析

4.2单体电池的分选

第5章电池组SOC估算研究

5.1 SOC估算方法数学建模

5.2模型参数标定

5.3 SOC估算仿真分析

5.4 SOC估算实验及结果分析

第6章AGV电池能量管理系统硬件电路设计

6.1硬件总体结构

6.2主控模块设计

6.3电源模块设计

6.4数据采集模块设计

6.5通信模块设计

6.6保护模块设计

6.7电池均衡模块设计

6.8数据存储模块设计

第7章AGV电池能量管理系统软件设计

7.1软件总体设计

7.2下位机软件设计

7.3上位机软件设计

第8章AGV电池能量管理系统试验及结果分析

8.1性能试验

8.2现场运行试验

第9章结论与建议

9.1结论

9.2建议

参考文献

致谢

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