混合動(dòng)力汽車電池管理系統(tǒng)分析

【摘要】：蓄電池由于自身的物理化學(xué)特性的限制,以及應(yīng)用于實(shí)際工況下的具體要求,在混合動(dòng)力汽車中作為動(dòng)力電池組串聯(lián)使用的時(shí)需要配以電池管理系統(tǒng)(BMS),以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的監(jiān)測(cè)、管理、報(bào)警和保護(hù)等功能。在電池管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的各種功能中,荷電狀態(tài)(SOC)的估算是十分關(guān)鍵的問題。精確估算SOC有利于動(dòng)力電池的合理使用,避免動(dòng)力電池過充過放,最大程度地利用動(dòng)力電池的儲(chǔ)能能力,延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的使用壽命。 長(zhǎng)期以來,雖然研究人員付出了大量艱辛的努力,但是SOC估算的準(zhǔn)確性并不理想,這主要是因?yàn)殡姵貎?nèi)部影響SOC各種因素的高度非線性。各種各樣的估算方法都存在著某種缺點(diǎn)：比如負(fù)載電壓法不適合在電流頻繁波動(dòng)的工況下使用；安時(shí)法的估算誤差會(huì)一直累積；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法依賴于適當(dāng)?shù)臉颖具x擇；模糊控制法依賴于豐富工程經(jīng)驗(yàn)；卡爾曼濾波依賴準(zhǔn)確的電池模型,并且計(jì)算較為復(fù)雜；線性模型法只適用于小電流的場(chǎng)合；電化學(xué)阻抗譜法需要額外電化學(xué)阻抗設(shè)備,增加了估算的復(fù)雜性等等。目前一般的做法是將以上不同的算法相結(jié)合用于SOC的估算,因此還需要科研人員繼續(xù)進(jìn)行研究實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的SOC估算算法。 本文設(shè)計(jì)了BMS的硬件部分和軟件部分,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的監(jiān)測(cè)和管理。BMS控制器采用高集成高性能的PIC18單片機(jī),設(shè)計(jì)了電流采集電路,電壓采集電路,二階濾波及采樣保持電路,溫度采集電路,均衡電路,CAN總線通信電路等共同構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件電路；另外還進(jìn)行了電池溫度采集子程序,電池電壓、電流采集子程序,均衡電路子程序,SOC估算子程序,電池狀態(tài)判斷及電池保護(hù)子程序和CAN收發(fā)子程序的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了電壓、溫度、電流等信息的采集,SOC的估算,電池的均衡和保護(hù)等功能。其中,SOC的算法是BMS軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 對(duì)于SOC的估算,本文首先通過電化學(xué)阻抗譜分析了電池SOC與電池內(nèi)阻之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)電池總內(nèi)阻、歐姆電阻和陰極極化電阻均有隨著SOC的增加而逐漸減小的趨勢(shì)。隨后,本文使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),根據(jù)電池的工作電壓、電流、溫度、內(nèi)阻和前一時(shí)刻的SOC估算電池實(shí)時(shí)的SOC數(shù)值。為了提高估算精度,文中還通過遺傳算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閩值進(jìn)行優(yōu)化,測(cè)試結(jié)果顯示優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算誤差顯著減小。 【關(guān)鍵詞】：電池管理系統(tǒng) SOC 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 電化學(xué)阻抗譜
【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U469.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 混合動(dòng)力汽車簡(jiǎn)介11-12
• 1.2 燃料電池—鋰電池混合動(dòng)力汽車概述12-15
• 1.2.1 燃料電池系統(tǒng)工作原理及性能指標(biāo)12-13
• 1.2.2 鋰離子電池工作原理13-14
• 1.2.3 燃料電池—鋰電池混合動(dòng)力汽車14-15
• 1.3 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 電池管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介15-17
• 1.3.2 電池管理系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要內(nèi)容及研究意義18-21
• 1.4.1 本文主要內(nèi)容18-19
• 1.4.2 電池管理系統(tǒng)研究的意義19-21
• 第二章 電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21-33
• 2.1 電池管理系統(tǒng)總體布置方案21-22
• 2.2 各采集子模塊的設(shè)計(jì)22-30
• 2.2.1 電流采集電路的設(shè)計(jì)22-23
• 2.2.2 電壓采集電路的設(shè)計(jì)23-24
• 2.2.3 二階濾波及采樣保持電路的設(shè)計(jì)24-25
• 2.2.4 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25-27
• 2.2.5 均衡電路設(shè)計(jì)27-29
• 2.2.6 CAN通信電路設(shè)計(jì)29-30
• 2.3 人機(jī)接口電路30-31
• 2.3.1 鍵盤電路30
• 2.3.2 串行通信電路30-31
• 2.3.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)31
• 2.4 硬件抗干擾設(shè)計(jì)31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第三章 電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)33-45
• 3.1 電池管理系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)33-34
• 3.1.1 開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介33
• 3.1.2 單片機(jī)資源介紹33
• 3.1.3 主程序流程33-34
• 3.2 電池管理系統(tǒng)的子程序設(shè)34-43
• 3.2.1 電池溫度管理子程序設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.2 電池電壓、電流采集子程序設(shè)計(jì)35-36
• 3.2.3 均衡電路子程序36-38
• 3.2.4 SOC估算子程序38-39
• 3.2.5 電池狀態(tài)判斷及電池保護(hù)子程序39-40
• 3.2.6 CAN收發(fā)子程序40-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 電池SOC算法的研究45-61
• 4.1 電池內(nèi)阻與SOC之間的關(guān)系分析45-50
• 4.1.1 電化學(xué)阻抗譜簡(jiǎn)介45-46
• 4.1.2 電化學(xué)阻抗譜的應(yīng)用步驟46-47
• 4.1.3 使用電化學(xué)阻抗譜分析電池內(nèi)阻與SOC之間的關(guān)系47-50
• 4.2 電池工作條件對(duì)SOC的影響50-51
• 4.3 電池SOC估算方法簡(jiǎn)介51-53
• 4.4 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法估算SOC53-60
• 4.4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介53
• 4.4.2 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之前要考慮的問題53-54
• 4.4.3 分析與仿真工具簡(jiǎn)介54-55
• 4.4.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化與電池SOC的估算55-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 結(jié)論61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 作者簡(jiǎn)介67
• 作者在攻讀研究生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-69
• 致謝69

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