BMS中SOC估算与主动均衡控制策略的研究

摘要

随着资源枯竭、全球变暖、空气污染等环境问题变得日益严重，电动汽车作为一种绿色环保的交通工具，成为各国技术研究的重点。电动汽车由电池提供动力，因此，电池管理系统是电动汽车技术中非常重要的一部分。电池管理系统具备检测电池状态信息，均衡管理，电池SOC(State of Charge)估算等功能，可以延长电池寿命，提高电池利用率，保证电池安全稳定运行。
　　本文首先设计了电池SOC估算的方法，在对比了不同的电池SOC估算方法的基础上，采用基于修正系数的安时积分法估算电池电量。基于修正系数的安时积分法具有简单、易实现的优点。通过分析多种对电池SOC估算产生影响的因素，本文将温度、电池自放电率和电池放电倍率等因素考虑进算法中，对安时积分法进行修正，提高了SOC估算的精度。通过在Matlab/Simulink中搭建模型并进行仿真验证，基于修正系数的安时积分法可以准确地估算电池SOC。
　　其次，本文设计了电池主动均衡控制策略。电池在生产过程中会产生个体差异，工作环境的不同会导致电池的不一致性增大，进而缩短电池寿命，降低了电池的利用率。为了保证电池的一致性，在对比多种电池均衡方法之后，本文采用恒流源充电的主动均衡方式。在Matlab/Simulink中搭建了电池仿真模型及均衡仿真模型，通过仿真验证了均衡策略的高效性，并通过实验验证了本文的均衡策略可以在实际中可靠、稳定的运行。
　　最后，本文优化了电池管理系统的硬件平台和软件功能。改进了单体电池电压采集电路，明显提高了采集精度。设计了继电器粘连检测电路及采集单元检测电路，保证均衡、采集等功能的稳定运行。通过软硬件联合调试及上车实验，验证本文的电池管理系统可以在电动汽车上稳定运行。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题的背景及意义

1．2 电池管理系统的研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本课题的研究内容

2 磷酸铁锂电池SOC估算及仿真

2．1 磷酸铁锂电池工作原理及模型

2．1．1 磷酸铁锂电池工作原理

2．1．2 磷酸铁锂电池常见等效模型

2．2 SOC估算的常见方法及影响因素

2．2．1 SOC估算的常见方法

2．2．2 影响SOC估算的因素

2．3 基于修正系数安时积分法设计

2．4 仿真及结果分析

2．4．1 仿真模型搭建

2．4．2 仿真结果分析

2．5 本章小结

3 主动均衡控制策略及仿真

3．1 电池均衡概述

3．2 电池均衡方法分析

3．2．1 磷酸铁锂电池组不一致性分析

3．2．2 被动均衡

3．2．3 主动均衡

3．3 均衡控制策略设计

3．3．1 恒流源设计

3．3．2 主动均衡结构

3．4 仿真及结果分析

3．4．1 电池仿真模型搭建

3．4．2 恒流源仿真模型搭建

3．4．3 电池选择模块仿真模型搭建

3．4．4 均衡仿真模型整体搭建

3．4．5 仿真结果分析

3．5 本章小结

4 电池管理系统硬件结构

4．1 电池管理系统的硬件概述

4．1．1 电池管理系统的硬件结构框图

4．2 主控单元与采集单元

4．2．1 总电压检测电路

4．2．2 总电流检测电路

4．2．3 单体电池电压采集电路

4．3 主动均衡电路

4．3．1 恒流源电路

4．3．2 继电器电路

4．3．3 继电器粘连检测电路

4．4 辅助功能电路

4．4．1 电池电压标定电路

4．4．2 温度采集电路

4．4．3 采集单元检测电路

4．5 本章小结

5．1 软件功能概述

5．2 软件的开发环境

5．3 主控单元相关程序

5．3．1 主控单元主程序

5．3．2 电池状态采集程序

5．3．3 主控单元均衡控制程序

5．4．1 采集单元程序

5．4．2 单体电池采集程序

5．4．3 采集单元均衡控制程序

5．4．4 标定程序

5．5 本章小结

6．1 实验平台

6．2 调试及实验分析

6．2．1 单体电池电压采集调试

6．2．2 温度采集调试

6．2．3 SOC估算调试

6．2．4 主动均衡调试

6．3 上车调试及显示

6．4 本章小结

7 总结与展望

参考文献

作者简历