本文關鍵詞：基于嵌入式的鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)研究與設計

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【摘要】：隨著不可再生資源的日益減少以及環(huán)境污染的不斷加大,新能源的利用顯得越來越重要。鋰離子電池在日常生活中的使用越來越廣泛,其具有許多的優(yōu)點如環(huán)保,壽命長,自放電率低等,代替了常用的高污染類型電池。鋰離子電池作為混合動力汽車的動力來源,在當今世界各國的研究比較熱門,但是鋰電池的續(xù)航能力比較差,其已作為我國“863”計劃中的一個課題項目研究。電池監(jiān)控系統(tǒng)主要就是用于電池日常維護避免電池故障發(fā)生。電池監(jiān)控系統(tǒng)主要是對電池的電壓,電流,溫度以及剩余容量等進行實時監(jiān)測,防止電池過充過放,溫度過高,發(fā)出警告信息并進行控制等。一個好的電池監(jiān)控系統(tǒng)不僅能實時監(jiān)測采集電池的實時數(shù)據(jù),并且能夠發(fā)揮電池的最優(yōu)性能同時能夠保護電池,防止不安全情況的發(fā)生,延長電池使用壽命從而降低電池的使用成本等。本文首先主要介紹了國內(nèi)外關于電池監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及狀況,敘述了電池監(jiān)控系統(tǒng)的研究意義,分析現(xiàn)有電池監(jiān)控系統(tǒng)的特征特點等,在現(xiàn)有的技術基礎上提出一些創(chuàng)新點。其次重點介紹了本文所提出的電池監(jiān)控系統(tǒng)的整體構架。本文主要采用了Altera公司的CycloneII系列的FPGA作為主控制芯片,采用了SOPC嵌入式系統(tǒng)技術構建了一套可行,可靠的電池監(jiān)控系統(tǒng),介紹了SOPC嵌入式系統(tǒng)的配置所需的器件和接口,分析了AD接口和嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部AVALON總線的時序,給出了使兩者兼容的設計思路。接著介紹SOC估算的意義以及估算的難點和重點,分析了現(xiàn)有的估算策略的優(yōu)勢以及不足之處,并且結合現(xiàn)有的幾種SOC估算策略提出了本文的SOC估算方法,闡述了卡爾曼濾波算法的推導過程以及復合卡爾曼濾波法的思想,SOC估算主要是把開路電壓法,安時積分法以及擴展卡爾曼濾波法相結合進行復合運算結合三種算法的優(yōu)勢彌補不足之處,首先在電池開路靜置狀態(tài)采用開路電壓法估算SOC,這種方法精度比較高,其次采用安時積分法,根據(jù)前一步得到了SOC初始值,通過安時積分法在電池工作狀態(tài)進行SOC估算簡單易行,減少了MCU的運算壓力,在電池工作狀態(tài)SOC受影響的因素比較多安時積分法的估算精確度會隨著使用時間的增加而降低,可以通過卡爾曼濾波法進行SOC修正,從而為安時積分法提供最優(yōu)估算初始值。后面又主要介紹了圍繞FPGA建立的電池監(jiān)控系統(tǒng)的外圍電路設計包括電源,時鐘復位,存儲器控制電路以及數(shù)據(jù)采集和通信電路并且分析了各個電路的設計思路給出電路圖。設計中AD數(shù)據(jù)采集芯片用到的是ADI公司前兩年推出的電池監(jiān)控系統(tǒng)芯片AD7280A,本文分析了這款芯片的優(yōu)勢以及功能使用并設計了一個高精度的電池信息采集系統(tǒng)和電池均衡電路。通過對硬件和系統(tǒng)的功能分析,又著重介紹了嵌入式系統(tǒng)的軟件設計方法和流程,主要是SOC估算子程序流程,AD采樣流程以及通信軟件設計流程。最后通過simulink仿真了復合卡爾曼濾波法SOC的估算效果,分析這種估算方法的優(yōu)勢和不足的地方,并且給出了系統(tǒng)測試結果來驗證該系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。
【關鍵詞】：電池監(jiān)控系統(tǒng) 嵌入式 SOC估算
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912;TP277
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-14
• 1.1 背景知識10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況10-12
• 1.2.1 國外發(fā)展狀況10-11
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究的內(nèi)容12-13
• 1.4 本章小結13-14
• 第2章 鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)構架14-20
• 2.1 系統(tǒng)結構14-15
• 2.2 嵌入式系統(tǒng)設計15-19
• 2.2.1 NIOSII處理器系統(tǒng)構架15-17
• 2.2.2 A/D轉換接口設計17-19
• 2.3 本章小結19-20
• 第3章 SOC估算及電池均衡研究20-32
• 3.1 鋰電池概述20-21
• 3.1.1 鋰電池的工作原理20-21
• 3.2 SOC估算定義21-22
• 3.2.1 SOC估算的意義21-22
• 3.2.2 SOC估算的影響因素和難點22
• 3.3 SOC估算的方法介紹22-24
• 3.3.1 安時計量法22-23
• 3.3.2 開路電壓法23
• 3.3.3 內(nèi)阻法23-24
• 3.3.4 卡爾曼濾波法24
• 3.3.5 神經(jīng)網(wǎng)絡法24
• 3.4 鋰電池SOC復合估算24-28
• 3.4.1 擴展卡爾曼波算法25-27
• 3.4.2 卡爾曼濾波算法推導過程27-28
• 3.4.3 本文提出的復合EKF算法思想28
• 3.5 電池均衡管理28-31
• 3.5.1 現(xiàn)有的電池均衡方法29
• 3.5.2 本文采用的電池均衡方案設計29-31
• 3.6 本章小結31-32
• 第4章 電池監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計32-43
• 4.1 MCU硬件設計32-37
• 4.1.1 電源模塊電路32-33
• 4.1.2 時鐘復位電路33-34
• 4.1.3 FPGA配置電路34-35
• 4.1.4 存儲器與接口電路35-37
• 4.2 數(shù)據(jù)采集模塊設計37-40
• 4.2.1 電壓采集電路37-39
• 4.2.2 溫度采集電路39
• 4.2.3 電流采集電路39-40
• 4.3 通信模塊設計40-42
• 4.3.1 RS232通信電路40-41
• 4.3.2 串.轉USB電路41
• 4.3.3 CAN通信電路41-42
• 4.4 本章小結42-43
• 第5章 系統(tǒng)軟件設計與仿真結果43-51
• 5.1 系統(tǒng)的部分軟件流程圖43-47
• 5.1.1 總軟件設計流程43-44
• 5.1.2 電壓和溫度采集44-45
• 5.1.3 SOC估算任務程序45
• 5.1.4 SCI程序設計45-46
• 5.1.5 CAN通信程序設計46-47
• 5.2 實驗仿真結果與分析47-50
• 5.2.1 最小系統(tǒng)調(diào)試47-48
• 5.2.2 EKF算法SOC估算仿真48-50
• 5.2.3 上位機顯示結果50
• 5.3 本章小結50-51
• 結論51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-56
• 攻讀學位期間取得學術成果56

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳友宇,梁紅;電動汽車動力電池均衡方法研究[J];汽車工程;2004年04期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊福賀;鋰離子電池安全性檢測實驗平臺的設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2013年

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本文編號：1003064