基于PLC的小型纯电动教练车电源管理系统开发研究

摘要

电动汽车以其节能环保的优势越来越受到重视,被视为汽车工业的发展方向。世界各大车企、高校、研究机构都在对电动汽车进行深入研究,并取得很大进展。但电动汽车的动力电池及其应用技术发展缓慢,成为制约电动汽车普及的瓶颈。电源管理系统(BMS,Battery Management System)作为电动汽车的关键技术之一,直接检测及控制动力电池运行的全过程,包括充放电电流、电池电压、电池温度、电量估算、单体电池间的均衡、电池故障诊断等,起到延长电池寿命、提高电池使用效率和保障电池安全运行的作用,对电动汽车产业化具有十分重要的意义。
　　本文依托陕西省交通运输厅“小型纯电动教练车开发研究”项目(09-32K)和西安市科技局“小型纯电动教练车动力系统匹配与优化设计”项目(CX1249-4),开发了一套基于PLC(可编程序控制器)控制的电源管理系统。通过对电源管理系统技术现状的研究,结合现有条件,提出了本研究信息采集及荷电状态估算方案;以FX2N-30MR-4AD可编程序控制器为核心进行电路的硬件设计和搭建:信息采集电路利用“巡检技术”完成6块单只电池电压及电池组总电压、电流、温度的实时精确采集工作,为准确判断电池状况、精确计算荷电状态(SOC,State of Charge)打下良好基础。同时,完成了系统软件设计,并提出以实车实况可利用容量作为计算SOC的初始容量的“双SOC”策略,一个是以初始容量作为基准,单纯反映放(充)电量占初始容量的多少;另一个是经温度、放电电流对初始容量修正后的荷电状态。此后,在条件满足的情况下,初始容量基准值自动更新,最大程度上避免了电池老化、自放电等因素对荷电状态估算的影响;在软硬件设计过程中,坚持模块化、集成化、简单化的原则,并充分考虑抗干扰措施,保证系统能够可靠稳定的工作;最后对软硬件设计进行相关的室内验证试验及实车试验。
　　室内试验结果表明:温度、电压、电流采集值及荷电状态等和预想结果一致;实车试验确定所用蓄电池组初始容量,并对电压、温度、电流信号及荷电状态值进行记录,结果表明:温度、电压信号受电磁干扰误差较大,有待改进;SOC估算误差在10％之内,具有一定的实用价值。充电试验首先确定充电效率,完善充电部分计算程序,能够较为准确地反映电池充电时的荷电状态。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外电动汽车发展概述

1.3电池技术研究现状

1.4本文的研究意义及主要研究内容

第二章 电源管理系统理论基础及方案确立

2.1动力蓄电池理论基础

2.2电源管理系统的功能及组成

2.3电量估算方案

第三章 电源管理系统硬件实现

3.1系统功能及硬件框架

3.2可编程序控制器的选用和简介

3.3 PLC接线端口的分配

3.4数据采集部分电路实现

3.5通讯部分

第四章 电源管理系统软件实现

4.1开发环境简介

4.2主程序

4.3数据采集模块

4.4状态判断及报警模块

4.5容量校正模块

4.6电量计量模块

4.7显示屏设置部分

4.8抗干扰设计

第五章 试验验证

5.1实验条件

5.2室内静态试验

5.3实车试验

结论及展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢