混合动力电动汽车电池管理系统的研究与设计Word下载.doc

1、I摘 要 随着能源和环保问题的日益突出，混合动力电动汽车（HEV）以其排放低，噪声低等优点而受到世界各国的高度重视，作为发展电动汽车的关键技术之一的电池能量管理系统（BMS）,是电动车商品化、实用化的关键，且混合动力电动汽车的行驶工况十分复杂，对蓄电池的寿命影响很大，锂电池的使用寿命又是有限的。因此，对混合动力电动汽车电池管理系统的研究与设计是很有必要的。混合动力电动汽车电池管理系统是保证动力电池性能的重要手段，它负责监控电池的各个工作参数，包括电压、电流、温度、电量等。同时还为能量的总成控制提供了必要的参数。本文介绍了电池管理系统国内外研究现状以及混合动力技术对电池的要求，对电池管理系统作了

2、简要概述，并介绍了电池管理系统的基本功用，且对其进行了分析，在此基础上提出了电池管理系统的设计要求。接着以锂离子电池为例，介绍了锂离子电池的工作特性及电池剩余容量（SOC）的估算。最后，对混合动力电动汽车电池管理系统的硬件和软件进行了设计。关键字：混合动力电动汽车；电池管理系统；荷电状态AbstractCountries around the world attach great importance to energy and environmental issues become increasingly prominent, the hybrid electric vehicle （HE

3、V） for its low emissions, noise and low, as one of the key development of electric vehicles, battery energy management system （BMS）, is the commercialization of electric vehicles, the key to the practical, and hybrid electric vehicle driving conditions very complex, a great influence on the life of

4、the battery, lithium battery life is limited. Therefore, the research and design of hybrid electric vehicle battery management system is necessary.Hybrid electric vehicle battery management system is to ensure that an important means of the power cell, which is responsible for monitoring battery par

5、ameters, including voltage, current, temperature, power, etc. Also provides the necessary parameters to the energy of the assembly control.This article describes a battery management system, research status, as well as hybrid technology requirements of the battery, the battery management system gave

6、 a brief overview and introduction to the basics of the battery management system, and its analysis, based on the battery management system design requirements. Followed by lithium-ion battery, for example, the estimate of the operating characteristics of the lithium-ion battery and battery remainin

7、g capacity （SOC）. Finally, the hybrid electric vehicle battery management system hardware and software design.Keywords:Hybrid electric vehicle; battery management system; state of chargeII目录目 录摘 要IAbstractII目 录I第一章 绪论11.1电池管理系统国内外研究现状11.2混合动力技术对电池的要求2第二章 电池管理系统概述42.1什么是电池管理系统42.2电池管理系统工作环境42.3电池管理系统

8、的基本功能42.4电池管理系统的功能分析52.4.1电池参数检测52.4.2电池状态估计与输出52.4.3电池充放电过程优化52.4.4电池组热量管理62.4.5电池故障诊断及安全预警62.5电池管理系统设计要求6第三章 锂离子电池的工作特性与SOC的估算73.1锂离子电池的工作原理73.2锂离子电池基本电特性73.2.1锂离子电池充电特性73.2.2锂离子动力电池放电特性83.3锂离子电池SOC的估算9第四章 电池管理系统硬件电路设计114.1 电源及MCU114.2单体电压测量114.3电池组均衡124.4温度测量134.5总电压测量134.6总电流测量144.7绝缘测量154.8通讯部分

9、164.9高压控制及其他174.10硬件的布局17第五章 电池管理系统软件设计195.1从板程序设计195.2主板程序设计19总结21参考文献22致谢23I绪论第一章 绪论1.1电池管理系统国内外研究现状电动汽车在广义上可以分为三类，纯电动汽车（BEV），混合动力电动汽车（HEV），燃料电池电动汽车（FCEV）。目前，这三种电动汽车都处于不同的发展阶段，面对着不同的困难和挑战。BEV只适用于低速短距离的运输，而HEV既能满足用户的需求，又能实现低油耗、低排放。在目前的技术水平和发展条件下，HEV是比较理想的交通工具，但它必须具备两个动力源，即发动机、蓄电池与电机混合应用提供动力。现今，混合动力

10、电动汽车已实现了商业化。优越的混合动力电动汽车结合了发动机和电机的优点，成功改善了尾气的排放，提高了燃油消耗率，降低了油耗。并且不需要充电站等纯电动车所需的配套设施。这种优点完全适应了燃油紧张的今天，是一种准绿色汽车。然而，混合动力电动汽车的关键技术之一，即电池管理系统（BMS），还不完善，需要进一了解研究和设计。因而，很有必要先了解国内外电池管理系统的发展状况。电池管理系统是电动汽车中越来越重要的关键部分，我国在这方面的研究刚刚起步，即使在美国等汽车工业发达国家，其研制工作也不完善。从有关资料来看，美国一直站在世界汽车技术领域的最前列，在混合动力电动汽车的电池管理系统的研究方面也走在世界各国

11、的前列。通用汽车公司的BMS 采用了一个微电脑，对电池组进行管理。监测和控制蓄电池组的充放电工作状态，提高电池的充放电性能，预测蓄电池组的荷电状态和剩余能量。在欧洲，法国是电动汽车发展较快的国家。法国电动车电池能量管理系统的主要功能为：电池寿命的记录、充电监测、行驶过程中电池的管理、辅助电池的维护、剩余电量显示。它防止对电池的有害使用，收集电池信息从而确定如何恰当使用和更换电池，最大限度地提高电池的能量使用效率。在德国，西门子公司开发的电池管理系统，其充电控制可以使系统跟踪电池充电特性曲线。进行充电，提高充电效率，节约电能。电池管理系统对电池组的工作状况进行监控，检测电池组的电量消耗和剩余能量

12、等，将有关信息反馈到仪表板的仪表和信号装置上。通过 DC-DC 变换器保证电器系统的能源供应和器件正常运行。在亚洲，日本本田公司开发的车用电池能量管理系统包括：管理控制模块、车载充电器、惯性控制开关、高压系统安全检测装置、DC-DC 变换器等。如果电动汽车发生碰撞时，会立即切断电源，从而保证用电安全。在韩国，有人研究光伏系统中的蓄电池状态的监测。铅酸蓄电池作为独立光伏系统的能量的储存设备，可防止过度放电和过度充电，对延长整个系统的服务寿命非常重要。蓄电池组的监测内容有：单电池电压、电池组电压、通过电池组的电流及电解液的比重等。每一个被选择的单电池电压使用一个便携式数据采集系统监测。- 23 -

13、这个系统中有一个 20 个通道的扫描器、一个数字多路选择器及一个笔记本电脑。电解液的比重是通过数字比重计测量。研究的监测系统不仅要监测以上这些内容，而且采用了一种“电流中断技术”，以测量电池组充电时电池的内部电阻。根据单电压和电流的关系，通过连续测量内部电阻以监测电池的老化趋势。国外有人研究 VMS（VRLABattery Management System）阀控密封铅酸蓄电池管理系统。这个管理系统不是简单的监测蓄电池，而是设计成具有管理和控制蓄电池的功能。此系统的目的是改变蓄电池“恒压充电”的方法。因为恒压充电的方法不能满足不同蓄电池所需的不同充电电流。系统监测的内容包括：单电池电压、电池内

14、部温度、放电电流及放电过程中测量电池组总电压。VMS 中包含了 BMS。它是在监测的基础上对蓄电池进行分析，并进行管理和控制。这样更有利于对蓄电池的维护，延长蓄电池使用寿命。 国外蓄电池监测系统的技术比较成熟，并且研究发展了蓄电池管理系统。在蓄电池管理系统中，监测的电池参数有所不同，研究的方法更复杂。国外先进技术及研究成果对我国进一步进行有关蓄电池管理方面的研究，可以起到借鉴作用。 我国从 70 年代开始研制电动汽车，曾经制造出一些样车进行试验，但由于资金、人力有限，未取得什么进展。1992 年，电动汽车第一次被列入国家科技攻关项目，由国家科委、国家计委、国防科工委、国家经贸委等资助研制微型电

15、动汽车、电动大客车及与之配套的电池、电机、充电器等，使我国电动汽车水平有了明显的进步。1996 年，国家科委把电动汽车列入“九五”国家重大产业工程项目，所列的 4 个课题全部启动，即电动概念车的研制、电动改装车的研制、电动汽车应用示范区的建立和有关电动汽车的政策、法规、标准、运行机制和关键技术的研究。至此，我国全面拉开了电动汽车研究与开发的序幕。 我国对电动车的发展十分重视，在“十一五”规划中被列为国家高科技攻关项目，同时被列为国家“863”科技攻关项目，该专项确定了以燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车三种车型为“三纵”，以多能源动力总成、电动汽车驱动电机、电动汽车动力电池三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局。尽管国内的起步较晚，由于国家政策的推动，以及国内各汽车公司、高校和研究机构的共同努力，混合动力汽车电池