纯电动汽车动力电池组剩余电量估算研究及整车建模仿真

【摘要】：环境污染和能源短缺是制约传统汽车发展的主要因素，在使用过程中纯电动汽车具有零排放、能源可再生、制动能量可回收再利用等优势受到社会的日益重视。动力电池组是纯电动汽车的能量源，电动汽车的发展离不开动力电池可靠的性能支持，电池管理系统主要任务就是保证动力电池组尽量工作于最佳状态。电池荷电状态(SOC)体现了电池组的剩余电量，SOC的估算是电池管理系统的核心任务。鉴于SOC的估算值对整个电池管理系统（BMS）的重要性，所以提高SOC估算结果的精度很有必要。 在进行整个BMS系统设计时，利用CAN网络的拓扑结构，将12个从控模块与1个主控模块连接起来进行通信。从控模块主要负责数据采集，将采集结果通过CAN总线发送给主控模块。在“PACK”技术的基础上，提出了一种用来实现电池的“纵向过流、横向保护”这一功能的电路设计方案。在对电池组的单体电压采集时，采用了分时逐一采集方法，然后将采集的电压值与真实值进行对比，将真实值与测量值之间的差值采用标定的方法再次对测量值进行修正，使得测量值逐渐逼近真实值，形成闭环计算方法，提高单体电压的测量精度。 在进行SOC估算时，通过对比常用的几种SOC估算方法，取长补短并结合实际情况，本文提出了一种将开路电压法和安时计量法相结合，并添加一项容量修正因子对估算结果进行修正的估算方法。在进行容量修正因子的计算时，引入了“评优算法”，有助于提升SOC估算精度。实验室试验结果表明，该方法在满足一定条件时估算误差能控制在5%以内，而且对模型精确度和控制器的运算能力要求不高。最后结合整车参数及路况信息给出了续驶里程的估算策略，并通过Cruise对整车性能进行了仿真分析。 【关键词】：电动汽车 电池管理系统 SOC 续驶里程
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 论文研究背景与意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 电池管理系统的主要功能12-13
• 1.3 电池管理系统的国内外发展现状13-15
• 1.3.1 国外电池管理系统的发展状况13-14
• 1.3.2 国内电池管理系统的发展状况14-15
• 1.4 课题的主要研究内容15-17
• 2 磷酸铁锂离子动力电池特性与电池管理系统总体方案设计17-28
• 2.1 实验车型动力电池的选用17-20
• 2.2 磷酸铁锂动力电池的结构与性能指标20-22
• 2.2.1 磷酸铁锂动力电池的结构20-22
• 2.2.2 磷酸铁锂动力电池组的性能指标22
• 2.3 磷酸铁锂离子动力电池特性分析22-26
• 2.3.1 放电特性22-24
• 2.3.2 充电特性24-25
• 2.3.3 磷酸铁锂电池的寿命25-26
• 2.4 电池管理系统方案设计26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 剩余电量估算方法的确定及策略研究28-39
• 3.1 影响剩余电量估算精度的因素[30][31]28-29
• 3.2 常用的几种 SOC 估算方法及估计策略29-32
• 3.2.1 常用 SOC 估算方法介绍29-32
• 3.2.2 本研究选用的估算方法32
• 3.3 SOC估算实现过程32-38
• 3.3.1 动力电池模型的建立32-35
• 3.3.2 开路电压法对起始SOC 0的估算35-37
• 3.3.3 Ah 计量法在充放电过程中对SOC的估算37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 电池管理系统硬件电路的设计39-51
• 4.1 电子元器件的选型39-43
• 4.1.1 主、从模块 MCU 的选择39-40
• 4.1.2 稳压芯片的选择40
• 4.1.3 CAN 收发器的选择40-41
• 4.1.4 数据存储芯片的选择41-42
• 4.1.5 A/D 转换芯片选择42
• 4.1.6 DC/DC 模块的选择42-43
• 4.2 单片机最小系统的设计43
• 4.3 电源模块的设计43-45
• 4.4 采集模块的设计45-48
• 4.4.1 单体电压采集模块设计45-47
• 4.4.2 电流采集模块设计47-48
• 4.5 CAN 通信模块的设计48-49
• 4.6 数据存储模块的设计49-50
• 4.7 本章小结50-51
• 5 电池管理系统底层软件的设计51-68
• 5.1 软件设计思想及其结构51-53
• 5.1.1 软件设计思想51
• 5.1.2 软件结构设计51-53
• 5.2 主控模块程序设计53-62
• 5.2.1 初始化子程序设计53-54
• 5.2.2 CAN 通讯底层驱动程序设计54-56
• 5.2.3 总电流检测子程序设计56-58
• 5.2.4 SOC 估算子程序设计58-60
• 5.2.5 故障诊断和报警60-62
• 5.3 从控模块程序设计62-67
• 5.3.1 初始化程序设计62-63
• 5.3.2 CAN 通讯底层驱动程序设计63
• 5.3.3 单体电压检测子程序设计63-65
• 5.3.4 电池包温度测量子程序设计65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 基于 LabVIEW 标定程序的单体电池电压测量实验68-76
• 6.1 LabVIEW 标定程序各功能模块68-71
• 6.1.1 LabVIEW 简介68
• 6.1.2 功能模块设计68-71
• 6.2 实验设备及连线方式71-72
• 6.3 单体电压采集数据的标定72-74
• 6.4 实验结果分析74-75
• 6.5 本章小结75-76
• 7 剩余里程预测及整车建模仿真76-87
• 7.1 汽车行驶功率需求及动力电池能量计算76-77
• 7.1.1 汽车行驶功率需求76-77
• 7.1.2 动力电池能量计算77
• 7.2 单位里程能耗计算和仿真工况的选择77-80
• 7.2.1 单位里程能耗计算77-79
• 7.2.2 仿真工况的选择79-80
• 7.3 基于 Cruise 整车模型仿真与分析80-86
• 7.3.1 Cruise 仿真软件介绍80
• 7.3.2 整车模型建立及主要参数设置80-82
• 7.3.3 仿真结果分析82-86
• 7.4 本章小结86-87
• 8 总结与展望87-89
• 8.1 全文总结87-88
• 8.2 论文创新点88
• 8.3 展望88-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果93-94
• 致谢94-95

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