电动汽车电池管理系统的研究[1]
- 格式:pdf
- 大小:99.18 KB
- 文档页数:26
博士学位论文电动汽车电池管理系统的研究博士研究生:宫学庚指导教师:齐铂金专业:材料加工工程北京航空航天大学2005年4月图书分类号:TG441 密级:UDC:博士学位论文电动汽车电池管理系统的研究宫学庚指导教师:齐铂金,机械工程及自动化学院材料加工及控制系主任,教授,工学博士,北京航空航天大学,北京市海淀区学院路37号申请学位级别:工学博士专业名称:材料加工工程论文提交日期:2005 年 1 月 20 日论文答辩日期:2005 年 4 月 16 日学位授予单位和日期:北京航空航天大学200 年月日答辩委员会主席: 卢世刚评阅人:吴志新陈强张彦华周正干2005 年 4 月 20 日Study on Battery Management System for Electric VehicleDissertation Submitted toBeijing University of Aeronautics and Astronautics in partial fulfillment of the requirementsfor the degree ofDoctor of EngineeringbyGong Xue-geng(Materials Processing Engineering)Dissertation Supervisor: Prof. Qi Bo-jinApril,2005独创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。
尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或证书等而使用过的材料。
若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。
学位论文作者签名:宫学庚日期: 2005 年 4 月 20 日电动汽车电池管理系统的研究摘要电动汽车具有清洁和节能的突出优点,是目前世界上解决城市大气污染和能源危机的重要途径,将成为21世纪取代传统燃油汽车的主要交通工具之一。
电池及其管理系统是电动汽车的重要组成部分,研究先进的电池控制理论与技术,对于电池的安全和合理使用具有重要意义。
论文研究了电池能量在静态和动态条件下的变化规律,建立了电池能量状态的模型,结合电池能量的动态计量、实时修正和静态预估,提出了一种适用于电动汽车的电池能量状态的复合估算策略,为准确估算电池的能量状态提供了理论依据。
对电池能量状态与车辆性能之间的关系进行了研究分析,结合驾驶员的驾驶信息,并根据电池能量与电动汽车性能的关系,提出了一种基于多信息融合的电池能量管理方法,设计了电池能量管理的控制流程。
建立了描述串联电池组不一致性的离散度ε模型,提出了一种基于能量闭环的逆变分压动态充放电均衡控制策略,利用现代电源变换理论,开发了相应的逆变分压自动充放电均衡装置,可高效地实现电动汽车电池组的均衡维护。
在上述研究工作的基础上,基于DSP数字处理、双CAN总线通讯等技术,采用分布式结构,研制了具有数字化、模块化和分布式特点的电池管理系统,并成功地应用于纯电动汽车的试验平台和实车运行中。
关键词:电动汽车,电池,能量状态,能量管理,均衡管理,分布式电池管理系统Study on Battery Management Systemfor Electric VehicleABSTRACTElectric vehicle(EV) is known as cleanliness and energy saving.EV is one of the important solutions to city atmosphere pollution and energy scarcity, and will replace the conventional fuel automotive as one of the main vehicles in the 21th century.Battery and battery management system(BMS) are important parts of EV. It has great significance for ensuring the safety and optimization of battery to study advanced battery control theory and technology.In the dissertation,the state of energy(SOE) model was established based on the characteristics of battery energy under static and dynamic conditions.The means of dynamic cumulation,real time correction and static estimation were integrated with a combining SOE estimated strategy.The SOE model and combining estimated strategy gave theoretic help to the precise estimation of SOE.The connection between the energy of battery and performance of EV was deeply studied.According to the connection and information of driver,a multi-information fusion means was applied to energy management of battery,and the congtrol flow cf energy managemen was designed in detail.A dispersed degree of battery(DDB)model was established to describe the inequality of batteries in qualitative and quantitative analysis. A dynamic inverter charge-discharge control strategy based on energy closed loop was studied,and a kind of automatic charge-discharge equalization device were designed to efficiently equalize the state of batteries on EV.Based on DSP(Digital Signal Process) techenology,double CAN(Controller Area Network) bus and distributed configuration,a kind of BMS with characteristics of digital distributed modularization was successfully developed and applied to the test andemployment of EV.Keywords: Electric vehicle(EV),Battery,State of energy(SOE),Energy management of battery,Equalization management of battery,Distributed battery management system(BMS)目录摘要.............................................................................ⅠAbstract...........................................................................Ⅱ第一章绪论........................................................................11.1 选题背景和意义...............................................................11.2 国内外研究现状...............................................................31.2.1 电池管理系统的介绍.....................................................31.2.2 电池管理系统的发展现状.................................................51.3 论文的主要研究内容..........................................................20 第二章电池能量状态的分析与估算................................................212.1 电池能量状态的定义..........................................................212.1.1 基本概念..............................................................212.1.2 适用于EV的电池能量状态的定义.........................................222.2 电池能量状态的分析..........................................................242.2.1 电池静态能量状态的分析................................................242.2.1.1开路电压与能量状态的关系.........................................252.2.1.2开路电压的变化规律及自恢复现象的分析.............................282.2.1.3老化程度与能量状态的关系.........................................322.2.1.4电池能量状态的静态模型...........................................332.2.2 电池动态能量状态的分析................................................342.2.2.1 影响电池动态能量状态的特征量....................................342.2.2.2 电流和温度对效率的影响..........................................362.2.2.3 电池能量状态的动态模型..........................................452.2.3 电池能量状态的模型和估算策略..........................................462.2.3.1 电池能量状态的模型..............................................462.2.3.2 电池能量状态的估算策略..........................................472.3 电池能量状态的估算系统、估算精度及车辆试验...................................482.3.1 电池能量状态估算系统的设计............................................482.3.2 电池能量状态的估算精度及车辆试验......................................50本章小结........................................................................50 第三章电池的能量管理............................................................513.1 电池放电特性的分析..........................................................513.2 电池的能量与EV基本性能的关系.........,.....................................543.3 电池能量状态与EV性能关系的建模与仿真.......................................573.3.1 匀速行驶条件下电池的工作模式..........................................57U(能量状态—最高车速)模型的建立...................583.3.1.1 SOE—amaxU—S(能量状态—车速—续驶里程)模型的建立..............603.3.1.2 SOE—a3.3.2 加速行驶条件下电池的工作模式..........................................633.4 电池能量的控制模型和控制策略................................................673.4.1 电池能量的控制模型....................................................673.4.2 电池能量的控制策略....................................................683.4.3 驾驶要求的评估........................................................693.4.4 电池能量的多信息融合控制..............................................70本章小结........................................................................75 第四章电池的均衡管理............................................................764.1 串联电池组不一致性的科学评价................................................764.1.1 科学评价不一致性的重要性..............................................764.1.2 不一致性的离散度建模与分析............................................774.2 自动均衡的控制模型..........................................................824.2.1 EV电池均衡的要求......................................................834.2.1 自动均衡控制的建模....................................................844.3 自动均衡的控制策略..........................................................874.4 自动均衡控制的实现..........................................................914.4.1 自动均衡控制器的设计..................................................914.4.2 自动均衡控制的效果....................................................95本章小结........................................................................96 第五章电池管理系统的设计.......................................................975.1 EV电池管理系统的特点........................................................975.2 分布式电池管理系统的控制结构................................................985.3 分布式电池管理系统的设计...................................................1025.3.1 系统主控节点的设计...................................................1025.3.2 数据采集节点的设计...................................................1045.3.3 CAN总线的设计........................................................1065.3.3.1 CAN总线通讯协议的设计..........................................1065.3.3.2 CAN总线硬件的设计..............................................1075.3.3.3 CAN总线软件的设计..............................................1095.3.4 显示与查询节点的设计.................................................1115.3.5 上位机电池信息监视界面的设计.........................................1115.4 基于CAN总线的分布式电池管理系统的应用.....................................112本章小结.......................................................................114 结论............................................................................115附件............................................................................117参考文献..........................................................................122致谢............................................................................130攻读博士期间所发表的论文及研究成果............................................131封底............................................................................132第一章绪论1.1选题背景和意义电动汽车是以电池为动力的汽车[1]。