發(fā)布時(shí)間：2020-07-07 20:18

【摘要】：為了滿足新能源有軌電車運(yùn)行的能量和功率要求,鋰電池需要通過(guò)串并聯(lián)組成車載儲(chǔ)能系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)作為完成檢測(cè)電池參數(shù),控制電池組充放電并準(zhǔn)確估計(jì)電池狀態(tài)等任務(wù)的關(guān)鍵部件,是動(dòng)力電池系統(tǒng)不可或缺的組成部分。本文旨在設(shè)計(jì)一套適用于雙源制地鐵工程車的電池管理系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)其基本功能的基礎(chǔ)上,圍繞電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)變量估計(jì)進(jìn)行深度研究。首先,本文以雙源制地鐵工程車為研究對(duì)象,從整車能量管理系統(tǒng)的角度出發(fā)分析了雙源制地鐵工程車電池系統(tǒng)的能量和功率需求,以此為依據(jù)確定電池選型并配置了電池及其管理系統(tǒng)的主要參數(shù)。在此基礎(chǔ)上本文根據(jù)相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)完成了電池性能測(cè)試,為后續(xù)電池管理系統(tǒng)研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。接著,本文結(jié)合軌道交通電壓等級(jí)高、電磁環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn),對(duì)電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)方法展開敘述。包括硬件選型和電路原理說(shuō)明,系統(tǒng)主要功能的程序?qū)崿F(xiàn),以BMS為中心的通信方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容,本文均作出完整闡述。同時(shí)本文裝載電池箱完成了 BMS主要功能測(cè)試。之后,本文著重研究了不同工況條件下電池管理系統(tǒng)狀態(tài)變量的精確估算,提出一種基于模型驅(qū)動(dòng)的電池管理系統(tǒng)剩余可用能量估計(jì)的方法。在此過(guò)程中,本文根據(jù)地鐵工程車的運(yùn)行環(huán)境和工況特點(diǎn),考慮溫度和倍率對(duì)模型參數(shù)的影響,建立了一種全倍率-溫度范圍內(nèi)適用的磷酸鐵鋰電池模型。本文引入電池剩余最大可用容量和剩余最大可用能量的概念,通過(guò)分析二者之間的潛在聯(lián)系,在所建立的模型基礎(chǔ)上,類比SOC估計(jì)方法,分別用卡爾曼濾波(KF)技術(shù)的線性化形式(EKF)和噪聲修正形式(AEKF)進(jìn)行電池剩余可用能量估計(jì)并完成了仿真驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U482.1;TM912
【圖文】：

ｎｍｒｒ｜ｒｆ邐ｎｍｒＨｈ逡逑集中式ＢＭＳ逡逑圖１－］集中式ＢＭＳ拓?fù)鋱D逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑此外，還有一種ＢＭＳ采用檢測(cè)－控制回路分離的設(shè)計(jì)，即分布式管理系統(tǒng)。逡逑分布式管理系統(tǒng)根據(jù)板件通信方式可以分為兩類。文獻(xiàn)［１６］設(shè)計(jì)的分布式ＢＭＳ采用逡逑總線型結(jié)構(gòu)通信。每個(gè)檢測(cè)板和控制板都是總線通信的一部分［１７］。這種設(shè)計(jì)節(jié)省逡逑線束，便于擴(kuò)展。但同時(shí)帶來(lái)了邋“一損俱損”的問(wèn)題。一個(gè)監(jiān)測(cè)板故障，后面的逡逑檢測(cè)板通信都將中斷。另一種分布式ＢＭＳ檢測(cè)－控制回路呈星型通信。構(gòu)成一主逡逑控制多從的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［１８］。分布式ＢＭＳ易于線束管理，某個(gè)監(jiān)測(cè)板的故障退出不會(huì)逡逑影響其他監(jiān)測(cè)板運(yùn)行，便于進(jìn)行介質(zhì)訪問(wèn)控制。但這種結(jié)構(gòu)需要很長(zhǎng)的線束，受逡逑限于控制板接口的數(shù)量，不能隨意增加檢測(cè)板。邐邋邐邋邐逡逑—十４：邐４邋一ｆ邐ｆ邋￣邋ｈ邋ｎ邐「「ｊ邋－邋４邐ｒ－￣＾＼邐ｊ￣ｌ邋７邋ｎ逡逑Ｓｌａｖｅｌ邐Ｓｌａ／ｅ２邋邐邋Ｓｌａ／ｅ邋ｎ逡逑Ｉ邋Ｓｌａ／ｅｌ邐Ｓｌａ／ｅ２邋邐邋Ｓｌａ／ｅ邋ｎ邋．邐１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｌ＿＿Ｊ邐Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑，，邋丨Ｉ，邋１邐Ｉ邐Ｉ逡逑Ｉ邋＼邐Ｉ邋Ｌ邐Ｊ邋｜邐｜邋邐邐邐邐逡逑Ｉ邐ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ邐ｍａｓｔｅｒ邐Ｉ逡逑邐Ｌｋ邐Ｌ逡逑圖１－２分布式ＢＭＳ拓?fù)鋱D逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑從功能上來(lái)看，ＢＭＳ起著檢測(cè)單體電壓、溫度，采集電池組電壓電流，數(shù)據(jù)逡逑傳輸

邐Ｌｋ邐Ｌ逡逑圖１－２分布式ＢＭＳ拓?fù)鋱D逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ邋ＢＭＳ邋Ｔｏｐｏｌｏｇｙ逡逑從功能上來(lái)看，ＢＭＳ起著檢測(cè)單體電壓、溫度，采集電池組電壓電流，數(shù)據(jù)逡逑傳輸，數(shù)據(jù)處理，上下電控制，故障診斷等作用。文獻(xiàn)［１９＿２Ｇ］通過(guò)為每一節(jié)單體配逡逑置單總線器件ＤＳ２４３８的方式采集單體電壓、溫度信息。文獻(xiàn)提出通過(guò)精密電阻逡逑分壓的方式實(shí)現(xiàn)多串電池共用一個(gè)ＤＳ２４３８電路板采樣的目的。這種方式降低了設(shè)逡逑計(jì)成本，但分壓電阻阻值不同帶來(lái)串聯(lián)單體電壓采集精度不一致，單體不均衡等逡逑問(wèn)題。隨著ＢＭＳ的研宄越來(lái)越受重視，許多半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家，如Ｌｉｎｅａｒ、ＴＩ等均逡逑面向ＢＭＳ開發(fā)出專用的采集芯片。其中最具代表性的是Ｌｉｎｅａｒ公司生產(chǎn)的ＬＴＣ逡逑系列采樣芯片。其中ＬＴＣ６８０４內(nèi)置兩個(gè)１６位ＡＤＣ，增加ｉｓｏＳＰＩＴＭ接口，抗復(fù)逡逑４逡逑

（１）要求工程車在大同市以下可能的環(huán)境條件下，全天候安全可靠運(yùn)行：逡逑海拔高度邐彡１２００邋ｍ；逡逑環(huán)境溫度邐－２０°Ｃ？４５°Ｃ；逡逑相對(duì)濕度邐６０％；逡逑電氣設(shè)備適用溫度邐－２０°Ｃ？４５°Ｃ。逡逑（２）大同市城市軌道交通接觸網(wǎng)供電電壓采用ＤＣ１５００Ｖ制式。工程車運(yùn)行滿逡逑下供電條件：逡逑接觸網(wǎng)供電電壓（額定）邐ＤＣ１５００Ｖ逡逑蓄電池供電電壓（額定）邐ＤＣ８００Ｖ逡逑網(wǎng)壓波動(dòng)范圍邐ＤＣ１０００Ｖ－２０００Ｖ逡逑本文研究的雙源制地鐵工程車采用接觸網(wǎng)－鋰電池雙動(dòng)力源供電模式［Ｍ］。在有逡逑網(wǎng)的區(qū)域由接觸網(wǎng)直流母線為列車運(yùn)行提供電能？，沒有接觸網(wǎng)的區(qū)域則由鋰逡逑供電以滿足地鐵工程車的廠內(nèi)調(diào)車、救援牽引等任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)有軌電車雙逡逑源的“綠色節(jié)能”運(yùn)行。動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、牽引逆變器、電機(jī)及機(jī)逡逑動(dòng)等部分組成。如圖２－１為工程車主電路拓?fù)鋱D。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 陳豐宇;譚本旭;;上海軌道交通蓄電池電力工程車牽引性能參數(shù)探討[J];電力機(jī)車與城軌車輛;2013年05期

2 趙陽(yáng);黃英;王秋芬;王瀟雅;宗蒙;何倩;;石墨烯及其復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];材料開發(fā)與應(yīng)用;2012年06期

3 李哲;韓雪冰;盧蘭光;歐陽(yáng)明高;;動(dòng)力型磷酸鐵鋰電池的溫度特性[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2011年18期

4 姜久春;文鋒;溫家鵬;郭宏榆;時(shí)瑋;;純電動(dòng)汽車用鋰離子電池的建模和模型參數(shù)識(shí)別[J];電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2010年01期

5 石建珍;吳鋒;陳實(shí);;HEV用動(dòng)力電池的模型特征分析[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版);2007年04期

6 朱華;發(fā)展中的電動(dòng)汽車用蓄電池[J];汽車電器;2005年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 劉思佳;軌道交通用鈦酸鋰電池建模與狀態(tài)估計(jì)研究[D];北京交通大學(xué);2018年

2 李哲;純電動(dòng)汽車磷酸鐵鋰電池性能研究[D];清華大學(xué);2011年

3 武國(guó)良;電動(dòng)汽車用鎳氫電池剩余電量估計(jì)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 曹健;電動(dòng)汽車電源管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2018年

2 梁彥;鋰硫電池建模及電池統(tǒng)一模型相關(guān)研究[D];北京交通大學(xué);2017年

3 胡澤徽;電動(dòng)汽車用鋰離子電池健康特征參數(shù)提取方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

4 于廣;電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];山東大學(xué);2016年

5 祁華銘;純電動(dòng)汽車能量均衡技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2745561