磷酸铁锂储能电池管理系统设计

摘要

风力和太阳能等新能源发电是当今研究的热点，新能源取之不尽和无污染等优点使其成为未来发电技术的发展方向。电池储能是新能源发电技术领域的关键技术之一，而储能电池管理系统是电池储能应用的基础和保证。储能电池管理系统通过对电池状态参数的实时测量和控制，有效保证电池使用的安全性，高效性和寿命。
　　 本文选取大容量磷酸铁锂电池作为储能电池，完成对电池特性的测试，并绘制相关的特性曲线。在对国内外现有的电池管理系统调研基础上结合储能电池的特点，设计了一套以飞思卡尔MC9S12单片机为子系统和PC104为总系统的电池管理系统。一个电池管理子系统管理4-192个电池单体，系统传输数据采用CAN总线和RS232。系统设计遵循现有的标准，实现系统的标准化，提高系统的可扩展性。
　　 单片机的硬件设计采用模块化设计方法，包括串口通信设计、CAN通信设计、SPI通信设计和数模转换模块设计，提高了系统的灵活性和稳定性。对电池的电压、温度和电流的采集方案进行对比和分析，完成采集方案设计，并介绍了PC104的硬件结构。
　　 软件设计也遵循模块化和层次化设计方法，单片机的软件设计主要完成电池的电压、电流和温度采集，CAN通信和串口通信，SOC估算等模块子程序的设计。上位机软件采用MFC开发监控界面，实现传输数据、显示数据，接收报警、处理报警、记录和查询历史参数等功能。在上位机软件设计的基础上完成了监控人机界面设计和PC104的软件设计。
　　 本文最后介绍系统实际验证与调试。验证了各个设计环节的可行性，并给出具体设备的实物图。按照一致性测试和电池成组技术选取并连接电池，完成管理系统的硬件连接和软件调试，并解决调试中遇到的问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 国内外大容量锂电池储能系统发展现状

1．2．2 电池管理系统的研究现状

1．3 课题的主要工作内容

第二章 电池管理系统总体设计方案

2．1 储能电池的选择

2．2 总体设计功能分析

2．3 系统硬件总体结构的设计

2．3．1 总体硬件设计方案

2．3．2 硬件部件的选择

2．4 系统软件总体设计

2．4．1 单片机程序设计

2．4．2 上位机程序设计

2．5 本章小结

第三章 储能电池的特性测试

3．1 测试项目及目的

3．2 实际容量和充放电效率测试

3．3 充放电平衡电势曲线测试

3．4 本章小结

第四章 系统硬件设计及实现

4．1 MC9S12XS128单片机及外围电路设计

4．1．1 MC9S12XS128单片机介绍

4．1．2 单片机电源电路设计

4．1．3 单片机串口电路设计

4．2 电池电压采集电路设计

4．3 电池电流采集

4．4 温度采集电路设计

4．5 CAN总线通信及电路设计

4．5．1 CAN总线介绍

4．5．2 主板CAN硬件电路设计

4．6 PC104硬件结构

4．7 本章小结

第五章 系统软件设计及实现

5．1 单片机软件设计

5．1．1 MCU配置程序

5．1．2 CAN通信和串口通信软件设计

5．1．3 电压监控部分软件设计

5．1．4 分布式温度采集

5．1．5 AD转换模块程序

5．2 上位机软件设计

5．2．1 MFC简介和设计步骤

5．2．2 上位机软件设计

5．2．3 监控人机界面设计

5．2．4 PC104软件设计

5．3 系统安全保护设计

5．4 电池SOC估算

5．4．1 SOC的定义和估算方法

5．4．2 SOC估算存在的困难

5．4．3 SOC估算方法的实现和结果分析

5．5 本章小结

第六章 系统实际验证与调试

6．1 系统实际验证

6．2 电池成组技术和一致性测试

6．2．1 电池成组技术

6．2．2 电池一致性测试

6．3 系统调试

6．3．1 系统调试目的和步骤

6．3．2 单片机在线调试

6．3．3 各个传感器模块的调试

6．4 系统调试存在的问题及解决方法

6．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况