磷酸铁锂电池管理系统的研究与设计

摘要

作为保护电池组安全、保证电池组可靠工作的控制单元，电池管理系统对电动汽车的未来推广尤为重要。本课题围绕电池管理系统的关键技术，如电池容量特性、SOC估算、电池组的故障识别方法等展开了研究，并将研究结果应用到了电池管理系统中。
　　研究了电池容量特性，通过实验获得了放电倍率修正因子、电池温度修正因子。基于实验研究了电池老化对OCV与SOC关系的影响，指出电池老化使OCV与SOC关系发生了变化，但是OCV与SOCnew的关系是不变的，利用这一关系，提出了一种新的OCV与SOC关系的描述方法。为了提高SOC估算精度，提出了一种电池组SOH估算方法。根据ηI、ηT、SOCnew0、SOH、OCV等参数对安时积分估算进行了改进。
　　为了修正安时积分过程中的采样误差，进一步提高SOC估算精度，研究了基于模型的UKF滤波算法。为了实现UKF滤波算法，建立了一阶等效电路模型，并对模型参数在线辨识方法进行研究。基于建立的模型和参数辨识方法，利用UKF估算方法，可实现SOC估算。实验结果表明，该算法收敛约需要1800s左右，收敛后的SOC估算误差在3％以内。
　　对电池组故障识别方法进行了研究。从电池应用过程的电压异常、电池连接故障、电池绝缘检测等三方面入手，研究了电池故障的检测、排除方法。
　　开发了电池管理系统，并将研究成果应用于电池管理系统中，该系统已经已经装车试用，使用结果表明电池电压测量误差在±5mV以内，电流测量精度2％FS，荷电状态估算精度5％以内。

目录

声明

摘要

主要符号对照表

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 与课题相关的文献综述

1．2．1 电池管理系统研究现状

1．2．2 SOC估算研究方法

1．2．3 电池故障诊断方法

1．3 电池管理系统存在的问题

1．4 课题主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 改进安时积分法

2．1 电池测试设备

2．2 电池参数定义

2．3 放电倍率修正因子

2．4 电池温度修正因子

2．5 SOCnew0的确定

2．6 SOH估算

2．7 改进安时积分法SOC估算修正

2．8 本章小结

第3章 基于无色卡尔曼滤波算法的SOCnew估算

3．1 电池模型建立

3．2 模型参数辨识

3．3 基于电池模型的UKF算法SOC估算

3．3．1 UKF算法

3．3．2 SOCnew估算的实现

3．4 本章小结

第4章 几种常见的电池组故障识别方法

4．1 单节电池电压异常识别

4．2 电池组连接故障

4．3 电池绝缘检测

4．3．1 国标规定的绝缘检测方法

4．3．2 国标所用检测方法的分析

4．4 本章小结

第5章 电池管理系统应用设计与实现

5．1 硬件设计

5．1．1 电源电路

5．1．2 单节电池电压采集电路

5．1．3 温度采集电路

5．1．4 电流采集电路

5．1．5 通讯电路

5．1．6 时钟电路

5．1．7 绝缘检测电路

5．2 软件设计

5．2．1 监测单元检测流程

5．2．2 控制单元软件流程

5．3 电池管理系统应用

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 课题总结

6．2 课题展望

参考文献

致谢