电动汽车锂离子电池组管理系统研究与实现

西南科技大学硕士研究生学位论文第III页

1 绪论 (1)

1.1新能源汽车发展概述 (1)

1.2电池管理系统研究现状 (2)

1.2.1 电池管理系统概述 (2)

1.2.2 动力电池发展概述 (3)

1.2.3 电池组SOC估计现状 (3)

1.2.4 电池组均衡技术现状 (5)

1.2.5 电池管理系统国内外研究现状 (5)

1.3本文主要研究内容和章节安排 (6)

1.3.1 本文主要研究内容 (6)

1.3.2 本文章节安排 (6)

2 磷酸铁锂电池特性及SOC估计研究 (8)

2.1锂离子电池的工作原理 (8)

2.2锂离子电池的性能参数 (9)

2.3影响锂离子电池性能的主要因素 (11)

2.4SOC的定义 (12)

2.5影响电池SOC估计的主要因素 (12)

2.5.1 放电倍率的因素 (12)

2.5.2 电池工作环境温度 (14)

2.5.3 电池的老化 (17)

2.5.4 自放电的影响 (18)

2.6本文采用的SOC估算方法 (18)

2.7本章小结 (19)

3 锂离子电池组均衡技术研究 (20)

3.1动力电池组串联使用的不一致问题 (20)

3.1.1 动力电池组串联使用出现不一致的原因 (20)

3.1.2 动力电池组串联不一致的危害 (21)

3.1.3 减小动力电池组串联不一致的方法 (21)

3.2动力电池组串联均衡主要技术要求 (22)

3.2.1 电池组均衡度主要判断方式 (22)

3.2.2 电池组均衡度情况分析 (23)

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西南科技大学硕士研究生学位论文第IV页

3.2.3 均衡主要技术指标 (23)

3.3主流电池均衡技术分析 (23)

3.3.1 均衡方式分类简介 (23)

3.3.2 主流均衡技术介绍 (24)

3.4本文采用的均衡技术方案 (27)

3.4.1 双向均衡模块原理 (27)

3.4.2 均衡模块的电路设计 (28)

3.5本文采用的均衡控制策略 (31)

3.5.1 影响均衡效率因素 (31)

3.5.2 均衡控制策略 (32)

3.6本章小结 (32)

4 电池管理系统总体设计及硬件实现 (33)

4.1电池组相关参数 (33)

4.1.1 与电池管理系统相关的整车指标 (33)

4.1.2 电池组的结构设计 (33)

4.2电池管理系统总体结构设计 (34)

4.2.1 电池管理系统功能需求 (34)

4.2.2 电池管理系统指标需求 (34)

4.2.3 电池管理系统总体结构设计 (35)

4.3主控模块硬件实现 (36)

4.3.1 主控模块硬件总体框图 (36)

4.3.2 主控板电源设计 (37)

4.3.3 电池组母线电流检测电路的设计 (38)

4.3.4 电池组母线电压检测电路的设计 (40)

4.3.5 电池组安全检测保护电路的设计 (41)

4.3.6 母线控制电路设计 (42)

4.3.7 隔离式CAN的设计 (43)

4.4单元模块硬件实现 (44)

4.4.1 单元模块硬件总体框图 (44)

4.4.2 单体电压采集模块的设计 (45)

4.4.3 单体温度采集模块的设计 (47)

4.5硬件抗干扰处理 (47)

4.6本章小结 (48)

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西南科技大学硕士研究生学位论文第V页

5 电池管理系统软件设计 (49)

5.1系统软件需求分析 (49)

5.2主控控制模块程序设计 (51)

5.2.1 A/D采样模块程序设计 (52)

5.2.2 SOC估计程序 (53)

5.3单元控制模块程序设计 (53)

5.3.1 电池包模块参量检测模块程序 (55)

5.3.2 均衡模块程序设计 (56)

5.4系统多参数监测管理中的预警策略 (57)

5.5软件抗干扰设计 (57)

5.6本章小结 (58)

6 系统实验和结果 (60)

6.1相关参数测量精度实验 (60)

6.1.1 单体电压测试实验 (60)

6.1.2 母线电流测试实验 (63)

6.2均衡实验 (63)

6.3SOC估计精度实验 (65)

6.4系统保护装置可靠性实验 (66)

6.5本章小结 (68)

结论 (69)

致谢 (71)

参考文献 (72)

攻读硕士期间发表论文和承担的科研任务 (76)

附录 (77)

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西南科技大学硕士研究生学位论文第1页

1绪论

伴随中国经济的高速发展，人类对资源的依赖越来越大，对环境的污染也变得越来越严重，特别是最近几年的雾霾袭击了全国很多地区，特别是京津地区,汽车尾气的排放是雾霾形成的一个重要因素。传统的燃油汽车在造成环境污染的同时，还依赖于石油这种不可再生能源。据相关统计数据表明，全球已探明石油储量按照现在的市场需求将在40年后枯竭]1[。

1.1新能源汽车发展概述

新能源汽车包括混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、纯电动汽车（Electric Vehicle，EV）以及燃料电池汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）等]2[。我国政府采取的新能源汽车发展战略是三纵战略，也就是混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车三头并进的发展战略。

纯电动汽车（EV）完全依靠车载动力电池提供能源，车载电机作为驱动装置]3[。纯电动汽车在运行过程中不排放任何尾气，真正实现了尾气零排放。由于纯电动汽车使用电池作为能量源，而电池需要的电能属于二次能源，二次能源可以从众多的一次能源获得，如风能、水能、热能、太阳能、煤等。由于二次能源来源更广泛，因此可以消除对不可再生能源的过度依赖。目前制约其发展的主要问题是电池技术,造成纯电动汽车的安全性得不到保障、价格相对传统燃油汽车也偏高、续驶里程短、充电时间长等问题]4[。所以尽管政府在纯电动汽车上给与了极大的补贴，但是消费者还是更倾向于传统燃油汽车。

混合动力汽车（HEV）是采用油电混合驱动，也就是在传统燃油汽车的基础上再加装电机驱动，它是燃油汽车向纯电动汽车过渡的产物]5[。目前主流的汽车厂商都有自己的混合动力汽车品牌，如奥迪A8混动、宝马7系混动、比亚迪“秦”、本田思域混合动力等。混合动力汽车的主要优点是既具有内燃机可持续工作的特性，又具有电动汽车能耗低的特性。其特点是遵守现有用户的汽车使用习惯，在原有燃油汽车的基础上加入电动汽车元素。成本相对纯电动汽车要低很多。易于实现产业化和被消费者接受。所以目前混合动力汽车是目前市场上主流的新能源汽车]6[。

燃料电池汽车（FCEV）是依赖燃料电池的汽车。氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，将化学能转换成电能，这就是燃料电池的基本原理]7[。例如以氢为燃料，氢燃烧后转化为水，对环境没有任何污染。可以实现真正意义上______________________________________________________________________________________________