磷酸铁锂动力电池监控系统开发与研究

摘要

在21世纪中期，为解决燃油汽车所带来的能源危机和环境污染问题，电动汽车逐渐被大众所熟知，其作为一种新型的交通工具，必将逐步成为未来汽车行业的发展方向。电动汽车相较传统的燃油汽车具有能源利用率高、噪声小、无污染、能源利用多样化等优势，具有很大的市场竞争力。但是，电动汽车的不断发展仍需要在电池技术和电池管理技术方面取得重大突破，就目前的发展来看，动力电池技术及动力电池的管理技术已经成为决定电动汽车能否顺利推广的关键因素。
　　电池管理系统直接管理和监控动力电池运行的全过程，其基本功能包括实时采集各单体电池的电压、电流和温度，并根据采集到的数据，估算电池组的剩余电量。一旦电池发生故障，能够及时报警并处理，将电池基本信息、剩余电量和故障信息通过数据通信模块传输到整车仪表控制系统。
　　课题首先概述了电动汽车所用动力电池的性能和参数，通过比较电动汽车常用的几种动力电池，选用了在各个性能方面都相对比较优越的磷酸铁锂动力电池作为本课题的研究对象。详细分析了影响磷酸铁锂动力电池SOC的因素，通过结合扩展卡尔曼滤波算法、安时法和开路电压法，提出了一种基于Sage-Husa自适应算法对过程噪声和测量噪声进行预测和修正的复合SOC预测法。
　　软件方面，建立了新的复合SOC预测法，并根据模块化设计原则，对各个功能模块的流程进行了说明。
　　最后，课题将改进的磷酸铁锂动力电池SOC估计算法进行仿真实验，实验结果表明，改进的算法具有较好地跟踪效果、较快的收敛速度及较高的估算精度;并对磷酸铁锂动力电池监控系统的软件部分进行在线调试，基本可以实现电池电压、电流和温度等模拟量的检测、剩余电量的估算、重要数据的存储、状态信息的显示以及故障报警等相关功能。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电动汽车的国内外发展现状

1．2．2 电池监控系统研究现状

1．3 电池监控系统

1．3．1 电池监控系统概述

1．3．2 电池监控系统研究热点

1．4 论文研究主要内容

第二章 磷酸铁锂动力电池

2．1 磷酸铁锂动力电池工作原理和特性分析

2．1．1 磷酸铁锂动力电池工作原理

2．1．2 磷酸铁锂动力电池特点

2．1．3 磷酸铁锂动力电池的优势

2．2 磷酸铁锂动力电池工作特性

2．2．1 电压特性

2．2．2 温度特性

2．2．3 内阻特性

2．2．4 循环特性

2．3 磷酸铁锂动力电池性能研究

2．3．1 磷酸铁锂动力电池温度性能研究

2．3．2 磷酸铁锂动力的电池寿命的研究

2．3．3 磷酸铁锂动力电池充放电性能研究

2．4 影响磷酸铁锂动力电池SOC的因素及修正方法

2．4．1 温度因素

2．4．2 放电倍率因素

2．4．3 电池寿命因素

2．4．4 自放电因素

2．4．5 充放电截止电压因素

2．5 磷酸铁锂动力电池监控系统基本功能

2．6 本章小结

第三章 电池监控系统SOC估算策略

3．1 电池剩余电量和荷电状态估计的基本理论

3．2 几种常见SOC估算方法

3．3 本文采用的SOC估算方案

3．3．1 扩展卡尔曼滤波原理

3．3．2 电池模型的状态空间表达式

3．3．3 系统的稳定性分析

3．3．4 基于EKF的SOC估算过程

3．3．5 未改进的SOC估算结果仿真

3．3．6 对SOC估算算法的改进

3．3．7 改进后的仿真与分析

3．4 本章小结

第四章 磷酸铁锂动力电池监控系统软件设计

4．1 系统软件功能概述

4．2 主控单元的程序设计

4．2．1 软件开发环境的介绍

4．2．2 主控单元主程序

4．2．3 SOC估算程序

4．2．4 故障诊断与处理程序

4．3 采集单元程序设计

4．3．1 采集单元主程序

4．3．2 电压采集程序

4．3．3 温度采集程序

4．4 CAN通信程序

4．5 软件系统抗干扰设计

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢