电动汽车电池管理系统(BMS)及其验证系统的开发

分类号学号M201371036学校代码10487密级硕士学位论文电动汽车电池管理系统（BMS）及其验证系统的开发学位申请人：谢绍伟学科专业：动力工程指导教师：李顶根副教授答辩日期：2015年5月20日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringDesignandImplementofBatteryManagementSystemandBMSTestingSystemforanelectricvehicleCandidate:XieShaoweiMajor:PowerEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.LIDinggenHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本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和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文I摘要近年来地球的环境恶化问题使得新能源汽车受到人们的重视。动力电池是决定着纯电动汽车的各方面性能的核心部件。电池管理系统(BMS)与整车控制器和充电机进行通讯，对动力电池组的充放电过程进行控制和保护，对各单体进行均衡控制，并根据一定的算法来估计动力电池组的电量状态(SOC)，为驾驶员提供续航信息。整车企业及电池厂商需要针对电池管理系统的测试设备来验证考核BMS系统，以选配合适的BMS应用于动力电池组的管理。然而，电池管理系统作为一个技术尚未完全成熟的部件，其测试验证还没有统一的行业规范。本文首先对BMS的必要性和主要功能作了详细的分析，BMS的主要功能有对动力电池状态数据的采集、对动力电池进行充放电保护和热管理、估算动力电池的SOC、对动力电池中各单体电池进行均衡及与整车和充电机通讯。本文研究了锂电池Thevenin模型的参数识别方法并将开路电压法、安时积分法和扩展卡尔曼滤波法结合起来用于SOC估计。在这些工作的基础上，为某混合动力公交车的动力电池开发了一款BMS。该BMS采用主从式结构，主控制模块主要对负责总电压总电流的信号采集、动力电池的SOC进行估计、绝缘检测、与整车通讯等功能，从控模块实现单体电压、电池组温度采集和单体均衡等功能。为了检测该BMS的功能和精度，为电池组选配合适的BMS系统，创新性地设计了BMS测试验证系统。本文详细说明了该系统的总体方案和设计原理，并对BMS验证系统的输出精度作了详细的测试，数据表明其输出信号具有良好的精度，可以用于BMS产品的测试试验。关键词：动力电池电池管理系统SOC估算BMS测试系统华中科技大学硕士学位论文IIAbstractWiththeenergyandenvironmentalissuesbecomemoreandmoreserious,newenergyvehiclesareholdingmorepeople'sattentions.Powerbatteryisthecorecomponentthatdeterminestheperformanceoftheelectricvehicle.Batterymanagementsystemcommunicatewiththevehiclecontrollerandcharger,protectchargeanddischargeprocessofthepowerbattery,balancethecellbatteries,estimatethestateofchargeaccordingtosomealgorithmandprovidemileageinformationforthedriver.VehiclemanufacturersandbatterymanufacturersneedBMStestingdevicestoverifyandaccesstheBMSproduct.ButtheBMStechnologyisnotyetfullymatureandthereisnotaindustrystandardfortheBMStestingandverification.Thispaperfirstanalyzesthemainfunctionsofthebatterymanagementsystem.ThemainfunctionsoftheBMSaretomeasurethestateparametersofthebatteries,protectthechargeanddischargeprocess,providethermalmanagementforthebatteries,estimatethestateofchargeofthebattery,balancethecellsandcommunicatewithvehiclecontrollerandcharger.Inthispaper,theparameteridentificationmethodofTheveninmodelforlithiumbatteryisstudiedandtheopencircuitvoltagemethod,currentintegralmethodandtheextendedCalmanFilterareconbinedtoestimatetheSOCoflithiumbattery.Onthesebasises,aBMSproductisdesignedandimplementedforahybridbus.ThisBMSproductadoptthemaster-slavestructure.Themastermoduleimplementthefunctionsofpackvoltagemeasurement,packcurrentmeasurement,SOCestimation,insulationdetectionandcommunication.Theslavemoduleimplementthefunctionsofcellvoltagemeasurement,batterytemperaturemeasurementandbalanceetc.InordertodetectthefunctionandprecisionofBMSproductandselectsuitableBMSforbatterypack,aninnovativedesignofBMStestingandverificationsystemiscarriedout.Theoverallschemeanddesignprincipleofthesystemareexplainedinthispaper.Theoutputprecisionofthissystemistestindetailandtheresultsshowsthatthe华中科技大学硕士学位论文IIIsystemhasgoodaccuracyanditcanbeappliedtothetestingandverificationofBMSproduct.Keywords:PowerBatteryBatteryManagementSystemSOCEstimationBMSTestingSystem华中科技大学硕士学位论文IV目录摘要...................................................................................................................IAbstract............................................................................................................II1绪论...............................................................................................................11.1本论文的背景............................................................................................11.2新能源汽车概述........................................................................................21.3BMS及其发展现状...................................................................................61.4本文的研究内容和主要工作....................................................................82电池管理系统及其SOC估计算法的研究.................................................92.1BMS功能分析...........................................................................................92.2SOC定义及影响因素..............................................................................112.3SOC常用估计方法..................................................................................132.4卡尔曼滤波算法......................................................................................172.5本文采用的SOC估计方案....................................................................192.6本章小结..................................................................................................233针对某混动公交车的BMS设计..............................................................243.1某混合动力公交车简介.........................................................................