鋰離子電池能量管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、日益枯竭的石油資源和環(huán)境污染的大背景下使得電動(dòng)汽車進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，鋰離子電池以它在能量、體積、壽命、環(huán)保等各方面都具有無可比擬的優(yōu)勢成為電動(dòng)汽車能源的寵兒。但是鋰離子電池的成本、循環(huán)壽命、使用安全等問題制約著鋰離子電池的廣泛使用。本文針對這一問題設(shè)計(jì)了鋰離子電池能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)視電池組工作狀態(tài)，并且能實(shí)時(shí)顯示電池工作中的部分參數(shù)（電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)），方便操作人員隨時(shí)了解電池工作狀態(tài)并且做出最佳的電池使用方案，保

2、證鋰離子電池組工作安全可靠，最大限度的延長電池的循環(huán)壽命。
　　本文首先介紹鋰離子電池的電化學(xué)特性及其性能參數(shù)，并且通過開路電壓特性試驗(yàn)、負(fù)載電壓特性試驗(yàn)、電池效率特性試驗(yàn)對電池的部分特性進(jìn)行試驗(yàn)測試分析，得到鋰離子電池開路電壓特性、負(fù)載電壓特性以及充放電效率特性。在掌握鋰離子電池電化學(xué)特性的前提下，為了更為準(zhǔn)確且便于在線實(shí)時(shí)估算鋰離子電池荷電狀態(tài)(State of Charge，SOC)，結(jié)合傳統(tǒng)安時(shí)積分法、開路電壓法及負(fù)載電壓

3、法，綜合考慮充放電效率和溫度的補(bǔ)償因素，提出一種新型SOC安時(shí)積分實(shí)時(shí)估算方法，建立SOC實(shí)時(shí)估算仿真模型，并搭建鋰離子電池充放電實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行SOC實(shí)時(shí)估算方法驗(yàn)證。仿真與試驗(yàn)對比分析結(jié)果表明:在恒定電流工況以及循環(huán)電流工況條件下，SOC誤差值基本在3％以內(nèi);另外在兩個(gè)工況中SOC估算方法均能實(shí)時(shí)反映出當(dāng)前電池荷電狀態(tài)，從而說明新型安時(shí)積分實(shí)時(shí)估算法具有理論上的可行性以及估算方法的精確性，可為電池SOC實(shí)時(shí)估算和檢測提供重要的參考價(jià)值，

4、并為后續(xù)的電池能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　鋰離子電池能量管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)必須有硬件和軟件的支撐，本文以MC9S12XS128為主控芯片進(jìn)行鋰離子電池能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)上，進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)（電壓采集電路、電流采集電路、溫度采集電路設(shè)計(jì)）、均衡控制電路設(shè)計(jì)、通訊電路設(shè)計(jì)（CAN通訊電路、串口通訊電路設(shè)計(jì)）、以及顯示電路設(shè)計(jì)等，并制作出電池管理系統(tǒng)硬件實(shí)物。軟件設(shè)計(jì)上，采用C語言編程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，基

5、于Freescale CodeWarrior軟件完成程序編寫、調(diào)試、編譯和鏈接，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集子程序、SOC計(jì)算子程序、均衡控制子程序以及CAN通訊模塊子程序。根據(jù)硬件和軟件設(shè)計(jì)，完成鋰離子電池能量管理系統(tǒng)電控單元BMS設(shè)計(jì)與制作。
　　搭建鋰離子電池能量管理系統(tǒng)性能測試實(shí)驗(yàn)臺，包括供電用蓄電池、放電外在負(fù)載用電爐、充電機(jī)、動(dòng)力鋰離子電池組、本文研制的BMS以及分析用計(jì)算機(jī)等，并進(jìn)行15A電流工況下充放電試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:該鋰離子