混合动力客车电源管理系统研究与设计

摘要

随着人类社会进入工业化时代,汽车工业文明孕育而生并承载着人类历史的车轮滚滚向前,传统燃油汽车所带来的石油资源与环境污染问题日益凸显,促使人们开发新能源汽车用以减轻环境承载之重,新能源汽车中混合动力客车就是在这样的时代背景下产生。混合动力客车的发展瓶颈是动力型磷酸铁锂电池的电源管理系统(BMS),其剩余容量(SOC)估计又是BMS的核心技术之一,精确、高效与节能型电源管理系统是整个混合动力客车实现商业化的关键。对于混合动力客车发动机与电动机共同作用下其功率分配会根据整车在实际运行状态实的状况分析出并发送实际的功率分配比例,这其中SOC便是整车控制策略关键参数之一,本文研究的是基于磷酸铁锂动力电池的基础上对混合动力客车的电源管理系统的研究与设计,并设计出了一种磷酸铁锂电池的SOC估算方法。
　　本文首先介绍了混合动力客车的发展历史及方向,确立了混合动力客车的具体方案,同时对其总体机构设计是根据实际应用需求而建立总体BMS模块及电压测量、电流测量、绝缘电阻检测和温度检测等各个功能模块的设计。然后对该BMS所用到的磷酸铁锂(LiFePO4)动力电池的性能进行了详细地实验及分析,其中包括了LiFePO4电池的充放电特性、容量特性、温度特性、充放电精度测评实验、绘制LiFePO4电池精确电压特性曲线、开路电压实验和利用电池的放电量来判断电池容量等实验并得到实验所需的结论,然后对基于安时积分法和开路电压法相结合的Kalman滤波法对磷酸铁锂电池SOC的估算,最后设计软件实现剩余容量的估算算法。
　　本实验平台对电压、电流、绝缘电阻和温度等参数进行实时精确采集,对核心控制电路设计并实现各个功能模块与整车之间CAN通讯同时实现电压参数、电流参数、绝缘电阻参数和温度参数等精确采样而后完成整个系统的软件设计任务,达到了该系统设定的精度要求,对混合动力客车BMS的LiFePO4电池的SOC估计值较精确。

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第1章 绪 论

1.1 混合动力客车产生的背景

1.2 电动汽车的分类及其特点

1.3 混合动力客车的结构原理及工作特点

1.4 混合动力客车的电源管理系统发展与研究现状

1.5 课题研究的目的意义、来源及主要研究工作内容

第2章 混合动力客车电源管理系统总体设计

2.1 混合动力客车电源管理系统的功能需求模块

2.2 动力电池组系统的基本性能参数设计

2.3 混合动力客车电源管理系统总体框图

2.4 动力电池组电压测量

2.5 动力电池组电流检测采样

2.6 绝缘电阻检测电路设计

2.7 温度测量电路

2.8 本章小结

第3章 磷酸铁锂动力电池性能研究及分析

3.1 引言

3.2 磷酸铁锂电池的工作原理和性能指标

3.3磷酸铁锂电池的性能特性

3.4 磷酸铁锂电池的实验

3.5 本章小结

第4章 混合动力客车电源管理系统SOC算法估算

4.1 开路电压法

4.2 安时（AH）积分法

4.3 基于各种模型的SOC估算方法

第5章 混合动力客车电源管理系统的软件实现

5.1 混合动力客车电源管理系统软件总体结构设计

5.2 混合动力客车电源管理系统主要功能模块软件设计

5.3 KALMAN滤波的SOC估算算法

5.4 CAN通讯协议

5.5 本章小结

结论

参考文献

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