纯电动汽车电池管理系统关键技术研究与设计

【摘要】：自2013年开始,我国出现大面积的雾霾天气,覆盖约1/4的国土面积,6亿人受到影响。造成雾霾天气的主要原因之一就是汽车尾气,其对城市空气中PM2.5的“贡献”率达到60%。当下,节能减排成为国家治理空气污染的首要目标和人民的热切期望。和传统燃油汽车相比,新能源汽车能大大减少尾气排放,成为交通领域节能环保新方向。新能源汽车的能量大多来自动力电池,对其安全、有效的管理是其中的核心技术之一。一套完整的电池管理系统(Battery Management System,BMS)能够实现电池的状态监测、信息交互、安全保护,确保电动车运行过程中能量利用的安全、合理与高效。本文针对BMS两项关键技术——电池剩余电量估算(State of Charge,SOC)和均衡控制进行了研究设计。关于SOC估算,本文在对比传统方法的基础上,利用BP神经网络加以实现。通过设计工况实验,在MATLAB中对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法能够很好的拟合动力电池充放电特性,较传统算法有更好的可靠性与精确度。最后利用代码自动生成技术,成功获得了能在DSP中稳定运行的该算法代码。对于电池间的均衡问题,本文选取了以电感为主的非耗散型电路,旨在实现能量在电池间的无损耗迁移。通过建模仿真,验证了该电路的可实施性与高效性,在对元器件的计算选型后,搭建出具体的硬件电路,再配合相应的控制算法,最终较好地实现了设计初衷。除此之外,本文还完成了BMS主控板的设计,以TMS320F2812为控制核心,集成了AD采集电路、IO隔离输出电路、CAN通讯电路、SPI通讯电路、RTC时钟、外扩64k静态存储等等。利用可编程电阻负载,实现了主控板、采集板、均衡板的联调,同时实现了SOC检测、电池均衡的功能测试,效果良好。 【关键词】：电动汽车 电池管理系统 荷电状态估算 BP 神经网络 均衡控制
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-9
• 第一章 引言9-15
• 1.1 课题研究目的及意义9-10
• 1.2 纯电动汽车电池管理系统概述10-12
• 1.2.1 纯电动汽车电池管理系统功能介绍10-11
• 1.2.2 纯电动汽车电池管理系统整体结构分析11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国外发展现状12-13
• 1.3.2 国内发展现状13
• 1.3.3 存在的主要问题13-14
• 1.4 课题研究的主要内容14-15
• 第二章 电池管理系统荷电状态估算策略研究15-22
• 2.1 电池管理系统SOC定义及估算方法15-18
• 2.1.1 安时计量法15-16
• 2.1.2 开路电压法16
• 2.1.3 负载电压法16-17
• 2.1.4 卡尔曼滤波法17
• 2.1.5 神经网络法17-18
• 2.2 基于BP神经网络的SOC估算18-20
• 2.2.1 BP神经网络原理18-19
• 2.2.2 BP神经网络模型的建立19
• 2.2.3 训练样本及数据处理19-20
• 2.3 基于BP神经网络的SOC估算算法仿真分析20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 电池管理系统均衡控制策略研究22-30
• 3.1 电池管理系统均衡控制方案分析22-24
• 3.1.1 电池管理系统均衡控制概述22
• 3.1.2 均衡控制管理的分类22-24
• 3.2 基于电感的非能耗型均衡控制方案仿真分析24-27
• 3.2.1 电感型均衡控制方案原理分析24-25
• 3.2.2 电感型均衡控制方案仿真研究25-27
• 3.3 基于电感的非能耗均衡控制电路原理实现27-29
• 3.3.1 均衡方案整体结构分析27-28
• 3.3.2 电压采集电路28-29
• 3.3.3 均衡控制电路29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 电池管理系统的软硬件设计30-45
• 4.1 电池管理系统的总体设计方案30-31
• 4.2 电池管理系统的硬件设计31-39
• 4.2.1 主控制板硬件电路设计31-38
• 4.2.2 采集板硬件电路设计38-39
• 4.3 电池管理系统的软件设计39-44
• 4.3.1 电池管理系统主程序40
• 4.3.2 系统初始化子程序40-41
• 4.3.3 电池总电压/总电流采集子程序41
• 4.3.4 电池包单体电池电压采集子程序41-42
• 4.3.5 均衡控制子程序42-43
• 4.3.6 SOC估算子程序43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 电池管理系统软硬件调试45-50
• 5.1 采集板的数据采集与传输46-47
• 5.2 SOC估算子程序运行调试47-48
• 5.3 均衡板电路调试48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 第六章 总结与展望50-52
• 6.1 工作总结50
• 6.2 后期展望50-52
• 参考文献52-55
• 发表论文和科研情况说明55-56
• 致谢56-57

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