电动汽车锂离子电池管理系统研究与设计-电工理论与新技术专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 RESEARCH AND DESIGN OF MANAGEMENT SYSTEM OF EV LITHIUM-ION BATTERIES A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Electronics and Communications Engineering Author: LiWen Chen Advisor: Hui Li School: School of Astronautics and Aeronautic 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘要 摘要 在能源紧缺和环境污染等问题日益严重的今天，世界各国都在积极的加强对 电动汽车的研究。其中，电池管理系统(BMS)作为电动汽车关键部分，主要负责 实时管理和维护电池组正常工作。电池管理系统主要实现的功能包括充放电状态 安全监测和保护、SOC (State of Charge，荷电状态)估计、电池组充放电均衡、工 作故障报告与诊断等多个方面。BMS 保障电池组能够安全、可靠的工作，降低和 避免不合理的使用对电池组造成能量的浪费和电池损害，从而提高电池组的工作 效率和延长电池组的循环工作寿命。因此，对 BMS 的深入研究对于加大电动车推 广和使用具有重要的现实意义。 本文在分析了现有 BMS 研究水平的基础上，结合锂离子电池组本身的特点， 研究、设计并实现了 BMS。本文工作的主要研究内容如下：首先，在分析锂离子 电池工作特性的基础上，介绍了现有电池模型的特点，利用二阶 RC 等效电路对锂 离子电池进行建模，提出了在采用电流脉冲响应实验曲线离线辨识得到模型参数 的基础上 ， 应 用 最 小 二 乘 法 实 现 等 效 电 路 模 型 的 参 数 在 线 辨 识 ， 并 在 MATLAB/SIMULINK 环境下对电池二阶 RC 等效电路模型进行仿真试验，试验结 果验证二阶等效电路模型能够准确地描述电池工作特性。其次，分析当前常用的 SOC 估算算法的优缺点，讨论将扩展卡尔曼滤波技术应用在 SOC 估算算法中可行 性，提出了依据开路电压法、修正安时法和 EKF(扩展卡尔曼滤波)混合估算 SOC 算法，并通过采用 MATLAB/SIMULINK 对 SOC 估算算法进行建模仿真，结果验 证了基于 EKF 的混合 SOC 估算算法的有效性。然后，分析电池组工作时出现一致 性恶化原因和危害，对当前常用的均衡控制策略的优缺点进行详细比较，并设计 了一种主动均衡控制模型和策略，并采用循环充放电实验验证了主动均衡方案的 有效性。最后，提出了总体功能的设计方案，将总体功能分成管理功能、保护功 能、通信功能三大功能，介绍了系统硬件设计实现，并对系统硬件中最小系统、 存储、电源、保护、采集和通信等多个模块进行具体描述，论述了系统软件设计 实现，并分别介绍了主程序、A/D 采样子程序、电池状态监测子程序、数据读写 子程序的设计。 本文研制出 BMS 原理样机，并通过仿真和实验验证 BMS 的 SOC 估算精度、 I 摘要 均衡效果、功耗等技术指标的达到预期要求。 关键词：锂离子电池，SOC，最小二乘法，扩展卡尔曼滤波，主动均衡控制 ABSTRACT ABSTRACT With the energy shortage and environment pollution becoming increasingly serious, many countries around the word strengthen the research on electric automobile. As an important part of electric automobile, battery