纯电动汽车锂离子电池管理系统的研究

摘要

传统汽车依靠化石燃料的燃烧作为动力源，不仅造成了全球范围内的资源短缺，更加对环境产生了极大的污染。电动汽车的出现极大地缓解了资源和环境方面所遇到的难题。电池管理系统作为纯电动汽车各项技术中的关键之一，在提高电池性能，延长电池寿命方面都有极大的作用。电池管理系统在电动汽车电池工作的整个过程中监控电池的工作状态，对状态信息数据进行采集，包括电池的电压、电流以及温度数据；另外还能够实现对电池的荷电状态 SOC（State of Charge）进行估算的功能。
　　本文以锂离子电池中的磷酸铁锂电池作为研究对象，进行了电池管理系统的研究和设计。目的是采集电池工作过程中的各项状态信息数据，增强电池运行性能，延长电池循环使用寿命。
　　首先，对锂离子电池的工作原理进行了深入的研究，确定了影响电池SOC、工作性能以及循环使用寿命的因素，并给出了几种不同的SOC的估算方法，最终确定了安时法与开路电压法相结合的SOC估算方法。
　　其次，对电池管理系统的硬件电路进行了设计，根据电池组的性能参数对各器件进行了选择。以 TI公司生产的TMS320F2812作为主控单元，设计了电池组的电压、电流以及温度采集电路，单体电压均衡电路、A/D保护电路、二阶采样滤波电路、安全检测电路以及 CAN通讯电路。在CCS3.3软件开发环境下进行了软件程序的开发，主要包括中央控制单元主程序，系统初始化程序，电池组状态信息采集程序，单体电压均衡程序、A/D转换模块程序， CAN通讯模块程序以及SOC估算程序的编写。
　　最后，搭建电池管理系统实验平台，对电池进行各种条件下的充放电实验，采集其相关数据，绘制 SOC曲线，并对实验结果进行分析。实验结果表明，本文所设计的电池管理系统具有一定的实际性和可靠性，对电池状态信息能够实现准确性较高的采集，CAN通讯模块能够实现与上位机的通讯。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外电动汽车发展情况概述

1.3电动汽车电池管理系统概述

1.4本文研究的内容

第2章 锂离子电池及其SOC估算方法

2.1 锂离子电池

2.2锂离子电池荷电状态及影响因素

2.3常用的SOC估算方法

2.4本章小结

第3章 电池管理系统硬件设计

3.1系统整体结构设计

3.2中央控制单元

3.3电池状态信息采集电路

3.4 A/D保护电路

3.5 CAN通讯接口设计

3.6安全监测模块设计

3.7本章小结

第4章 电池管理系统软件设计

4.1 软件系统开发环境

4.2系统主程序设计

4.3系统子程序设计

4.4本章小结

第5章 实验结果及分析

5.1电池组电压采集实验

5.2电池SOC与开路电压关系实验

5.3不同温度下电池SOC估算实验

5.4不同放电倍率下电池SOC估算实验

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢