锂电池组充电器与BMS的研究与设计

摘要

大量新能源汽车及各种便携式电动工具中广泛使用的可充电电池，为满足容量和耐压方面的要求，一般均需要多个单体电池进行串并联。由于单体电池参数的分散性会导致充电及放电过程中的均流均压问题，进而影响电池组的使用效率和寿命。如何通过电池组充电器的设计与电池管理系统（Battery Management System, BMS）来解决上述问题就成了业界普遍关注的研究热点。
　　首先论文以锂电池组为研究对象，分析锂电池的电化学原理、充放电特性和电池极化现象。在分析锂电池的充电方法上，本文选用三段式的充电方法，搭建以DC/DC芯片的外围硬件电路来设计锂电池组充电器。
　　然后对电池管理系统进行研究。由于高精度的电压监测和分辨率对电池系统的采集环节尤为重要，基于此本文选用先进的LTC6804采集芯片。该系统可对单体电压、电池组温度与电流进行采样，并对其进行软硬件的调试。
　　最后对均衡系统进行研究。针对电阻式放电均衡速度慢、效率低、发热大等问题，采用基于反激式变压器的双向主动均衡电路。该均衡电路可对任意两块单体电池进行均衡，采用了安时积分法和开路电压法相结合的均衡方法。在LTspice上进行均衡系统的仿真实验，实验结果表明，该主动均衡有良好的性能。
　　论文完成了充电器的硬件与软件的设计、制作与调试，给出了完整的测试结果。并且在上位机上进行电压、剩余电量显示。实验结果验证了本文硬件电路设计以及均衡控制方法的可靠性。

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第一章 绪论

1.1课题的研究意义

1.2电池管理系统国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本章小结

第二章 锂电池的充放电原理与特性

2.1二次电池的性能比较

2.2锂电池工作原理

2.3锂离子电池充放电特性

2.4充电方法分析

2.5电池的极化现象

2.6马斯定律

2.7本章小结

第三章 充电器系统方案设计

3.1充电模块的设计

3.2锂电池充电器硬件设计

3.3充电器参数设计

3.4本章小结

第四章 锂电池主动均衡的研究

4.1电池组单体电池不一致性分析

4.2均衡管理的意义

4.3几种均衡的方法

4.4主动均衡结构设计

4.5均衡仿真

4.6 SOC估算方法

4.7本章小结

第五章 软件流程及系统测试

5.1系统软件的设计

5.2测试的实验平台

5.3本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢