锂电池管理系统设计

分类号__________学号______________学校代码__________密级______________硕士学位论文锂电池管理系统设计学位申请人：康跃腾学科专业：控制理论与控制工程指导教师：胡晓娅副教授答辩日期：2013年1月21日10487M201071839AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceDesignofLithiumbatterymanagementsystemCandidate:KangYuetengMajor:ControlTheoryandEngineeringSupervisor:AssociateProf.HuXiaoyaHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2013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I华中科技大学硕士学位论文摘要动力电池系统作为电动汽车的电能来源，其性能的优劣对电动汽车的性能有着决定性的影响。由于电池管理系统在保障电池组的安全性、提高电池组的使用寿命等方面的重要作用，因此对其进行研究具有非常现实的意义。本文结合锂电池的工作原理和性能参数，分析了外界环境对锂电池性能的影响。其中着重论述了在滥用的情况下，锂电池内部化学机理发生的变化以及由此造成的后果。接着重点研究了荷电状态估计、健康状态估计以及均衡管理策略等方面的关键技术。荷电状态估计方面，分析了传统的荷电状态定义存在的问题并提出了基于最大可用容量和最大可放电容量的荷电状态定义。基于这个定义，同时结合库伦积分法、开路电压法以及直流阻法等方法，设计了新的荷电状态估计方法。在均衡管理策略方面，分析了传统电池组一致性评价方法的缺点并论述了基于容量利用率的一致性评价方法的优点。在此基础上，提出了基于容量的均衡方案。在理论研究的基础上，本文进行了实际锂电池管理系统的软硬件设计。在硬件方面，设计了电压温度检测模块、均衡模块、电流检测模块和主控模块的硬件电路。在软件方面，设计了各个硬件模块的软件并且设计了PC端的监控软件。本文对锂电池管理系统的研究立足于锂电池的电化学机理，提出的方案重视其实用性，并且均衡电路实现了比较大的均衡电流。本文设计的系统达到了课题的预定要求。关键词：电池管理系统荷电状态均衡管理电动汽车II华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTAsthepowersourcesofelectricvehicle,thequalityofperformanceofpowerbatterysystemhasadecisiveinfluenceontheperformanceoftheelectricvehicle.Duetothebatterymanagementsystemplaysanimportantroleintheareaofensuringthesafetyofbatteryandimprovingthebatterylife,theresearchtoithasveryrealisticsignificance.Combiningwiththeprincipleandtheperformanceparametersoflithiumbattery,thisthesisanalyzedtheinfluenceoftheexternalenvironmenttotheperformanceoflithiumbattery.Andduringthis,thisthesisisfocusontheintroductionofchangesoflithiumbatteryinternalchemicalmechanismcausedbyabuseandtheconsequenceofwhich.Thenthisthesismainlystudiedthekeytechnologiesofthechargeofstateestimation,thestateofhealthyestimationandthestrategyofbalancemanagement,etc.Inthepartofthestateofchargeestimation,thisthesisanalyzedtheproblemsofthetraditionaldefinitionofthestateofchargeandproposedanewdefinitionbasedonthemaximumavailablecapacityandthemaximumdischargeablecapacity.Basedonthedefinition,incombinationwiththeCoulombcountingmethod,theopencircuitvoltagemethodandthedcresistancemethod,thisthesisdesignedanewmethodforthestateofchargeestimation.Inthepartofbalancemanagementstrategy,thisthesisanalyzedtheproblemsofthetraditionalbatteryconsistencyevaluationmethodanddiscussedtheadvantageoftheconsistencyevaluationmethodbasedonthecapacityutilizationratio.Onthisbasis,thisthesisproposedabalancesolutionbasedonthecapacityutilizationratio.Onthebasisoftheoreticalanalysis,thisthesisdesignedthesoftwareandhardwareofanactuallithiumbatterymanagementsystem.Inhardware,thisthesisdesignedthehardwarecircuitsofthevoltageandtemperaturedetectionmodule,balancemodule,currentdetectionmoduleandmastermodule.Insoftware,thisthesisdesignedthesoftwareforthevarioushardwaremodulesandthePC-sidemonitoringsoftware.Inthisthesis,theresearchoflithiumbatterymanagementsystemisbasedonelectrochemicalmechanismoflithiumbattery,andtheproposedschemespaymoreattentiontotheirpracticality.thedesignedsystemachievedtheintendedtargetoftheproject.Keywords:BatteryManagementSystem;StateOfCharge;BalanceManagement;ElectricVehicleIII华中科技大学硕士学位论文目录1绪论.....................................................11.1论文背景和意义..........................................11.2国内外现状和发展趋势....................................31.3论文研究内容和研究目标..................................71.4论文内容安排............................................82锂电池的工作原理与特性....................................92.1锂电池的结构与工作原理..................................92.2锂电池的主要性能参数...................................102.3滥用对锂电池的影响.....................................123锂电池管理系统的关键技术研究.............................143.1荷电状态估计..........................................143.2健康状态估计..........................................203.3电池组均衡管理........................................204系统硬件设计............................................244.1系统总体设计..........................................244.2电压温度检测模块.......................................254.3均衡模块..............................................314.4电流检测模块..........................................344.5主控模块..............................................375系统软件设计............................................395.1软件组成..............................................395.2各硬件模块的软件设计...................................395.3PC端监控软件的设计....................................425.4通信协议的设计........................................446总结与展望..............................................486.1总结..................................................486.2展望..................................................49致谢......................................................50参考文献..................................................51附录1硕士期