微型纯电动汽车电池管理系统的设计与研究

【摘要】：2011年我国汽车产销量超过1850万辆,随着越来越多的燃油汽车投放使用,汽车排放所造成的空气质量恶化和石油资源紧缺现象日渐突出,社会经济的可持续发展迫切需要一种低排放和低油耗的新型汽车来取代燃油机汽车。以零排放、零污染和不消耗石油资源为主要特点的纯电动汽车越来越受到人们的青睐和推崇。蓄电池是纯电动汽车的动力源,纯电动汽车的性能取决于对蓄电池的管理是否有效合理,电池管理系统(Battery Management System, BMS)的设计与研究已经成为制约纯电动汽车发展的关键技术。由此可见电池管理系统的研究具有很大的理论价值和现实意义。 本课题结合长安纯电动汽车的总体要求和设计理念,选用了由8个铅酸蓄电池单体组成的串联电池组作为长安纯电动汽车的动力电池；课题设计研究了以PIC18F4580单片机为主控芯片的电池管理系统；该系统能实现实时检测铅酸电池组的单体电压和总电压、电池组的温度、电池充放电电流和绝缘电阻大小等信息；当检测发现某个参数信息不在规定范围时,电池管理系统就会给出报警提示,将提示信息通过CAN总线通信告知整车控制器,整车控制器就会针对故障问题进行改善,完成电池管理系统的功能。 电池管理系统的设计与研究分为硬件设计和软件设计,均采用模块化的设计思想。硬件设计包括电压检测模块、温度检测模块、电流检测模块、故障报警模块、绝缘电阻检测模块和CAN通信模块等；系统软件设计包括系统主程序、电压检测子程序、温度检测子程序、电流检测子程序、初始SOC修正子程序、SOC估算子程序、绝缘电阻检测子程序和CAN接收与发送子程序等。系统在硬件设计上还采用了抗干扰措施,很好地保证了电池管理系统在工作过程中的稳定性和可靠性。 在系统试验中,通过电池管理系统采集的数据与CA综合试验台得到的数据进行比较分析,验证了电池管理系统工作的可靠性和稳定性,并且证明了电池管理系统采样实时性好,采样精度高,基本完成了系统设计的功能,达到了设计的目的和要求。 【关键词】：纯电动汽车 铅酸电池 电池管理系统 绝缘电阻
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.722
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-9
• 第1章 文献综述9-19
• 1.1 纯电动汽车概述9-14
• 1.1.1 国外纯电动汽车的研究现状10-12
• 1.1.2 国内纯电动汽车的研究现状12-13
• 1.1.3 纯电动汽车研究的价值和意义13-14
• 1.2 电池管理系统概述14-19
• 1.2.1 国外电池管理系统的研究现状14-16
• 1.2.2 国内电池管理系统的研究现状16-17
• 1.2.3 电池管理系统的功能17-19
• 第2章 绪论19-22
• 2.1 课题的研究背景及意义19-20
• 2.2 课题的研究范围及内容20-22
• 第3章 纯电动汽车用蓄电池的特性及SOC估算研究22-34
• 3.1 纯电动汽车动力蓄电池概述22-25
• 3.1.1 铅酸蓄电池22-23
• 3.1.2 镍氢蓄电池23-24
• 3.1.3 镍镉蓄电池24
• 3.1.4 锂离子蓄电池24-25
• 3.2 纯电动汽车动力蓄电池的选择25-26
• 3.3 铅酸电池的基本特性26-29
• 3.3.1 铅酸电池的充放电工作原理26-27
• 3.3.2 铅酸电池主要性能指标27-29
• 3.4 铅酸电池SOC估算方法的分析与研究29-34
• 3.4.1 铅酸电池SOC的概念29-30
• 3.4.2 铅酸电池SOC估算方法的分析与比较30-32
• 3.4.3 铅酸电池SOC估算方法的研究与确定32-34
• 第4章 微型纯电动汽车电池管理系统的总体设计34-41
• 4.1 纯电动汽车电池管理系统设计方案34
• 4.2 系统总体设计方案的确定34-35
• 4.3 主控芯片的选择35-38
• 4.3.1 PIC18F4580单片机的特点35-37
• 4.3.2 PIC18F4580单片机的内部框图37-38
• 4.4 绝缘电阻检测模块控制芯片的选择38-41
• 4.4.1 PIC12F675单片机引脚图39
• 4.4.2 PIC12F675单片机的特点39
• 4.4.3 PIC12F675单片机的内部框图39-41
• 第5章 纯电动汽车电池管理系统硬件电路的设计与实现41-53
• 5.1 电池管理系统的基本外围电路41-43
• 5.1.1 电池管理系统的电源电路设计41-42
• 5.1.2 电池管理系统的复位电路设计42
• 5.1.3 电池管理系统的晶振电路设计42-43
• 5.2 电压检测电路设计43-47
• 5.2.1 A/D模块芯片简介43-44
• 5.2.2 精密基准源芯片简介44-45
• 5.2.3 CD74HC4514芯片简介45-47
• 5.3 温度检测电路设计47
• 5.4 电池电流检测电路设计47-48
• 5.5 绝缘电阻检测电路设计48-50
• 5.5.1 绝缘电阻检测的原理48-49
• 5.5.2 铅酸电池组绝缘电阻检测电路49-50
• 5.6 CAN通信模块50-51
• 5.6.1 CAN总线50
• 5.6.2 CAN通信模块电路设计50-51
• 5.7 故障报警模块电路设计51-52
• 5.8 硬件PCB抗干扰设计52-53
• 第6章 纯电动汽车电池管理系统软件部分的设计与实现53-63
• 6.1 电池管理系统的软件设计53
• 6.2 软件开发环境简介53-54
• 6.3 电池管理系统主程序设计54
• 6.4 电压检测模块子程序设计54-55
• 6.5 温度检测模块子程序设计55-56
• 6.6 充放电电流检测模块子程序56
• 6.7 电池SOC估算子程序设计56-58
• 6.7.1 电池初始SOC修正子程序57
• 6.7.2 电池SOC估算子程序57-58
• 6.8 绝缘电阻检测模块子程序设计58-61
• 6.8.1 绝缘电阻的计算58-60
• 6.8.2 绝缘电阻检测模块子程序60-61
• 6.9 CAN模块子程序61-63
• 6.9.1 CAN信息接收子程序设计61-62
• 6.9.2 CAN信息发送子程序设计62-63
• 第7章 电池管理系统试验调试与结果分析63-72
• 7.1 试验的设备和条件63
• 7.2 电池管理系统电压检测模块试验63-66
• 7.2.1 铅酸电池静态电压检测试验63-65
• 7.2.2 铅酸电池工况电压检测试验65-66
• 7.3 电池管理系统电流检测工况试验66-67
• 7.4 电池管理系统温度检测工况试验67-69
• 7.5 电池SOC里程测试试验69-70
• 7.6 系统绝缘电阻检测试验70-72
• 第8章 结论与建议72-74
• 8.1 结论72
• 8.2 建议72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-77
• 发表论文及参加课题一览表77-78
• 作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利78

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