纯电动汽车电池管理系统的研究

北京交通大学硕士学位论文纯电动汽车电池管理系统的研究姓名：张巍申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：王艳20080601中文摘要摘要：随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统（ＢＭＳ），是电动车产业纯的关键。本课题配合“基于开关磁阻电机的电动汽车的研制”，研制适用于纯电动汽车的电池管理系统。电池管理系统直接检测及管嚣电动汽车的储熊电邀运行的全过程，包括电洼基本信息测量、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断几个方面。本论文主要工作是研制适用于纯电动汽车的蓄电池管理系统。研究铅酸蓄电池二阶模型的建立与剩余容量的卡尔曼滤波估冀方法。分析铅酸蓄电池的基本工作原理和影响蓄电池缌剩余容量ＳＯＣ（ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）的主要因素。介绍了基于ＤＳＰ２４０７的蓄电池组控制器的硬件平台，完成ＤＳＰ小系统、电池数据采集电路、信号调理电路、ＣＡＮ总线相关电路等硬件电路设计、调试、完善。独立完成系统所有软件设计，包括：主程穿设计，电池基本信息检测子程序设计，电池剩余电量卡尔曼滤波估算程序设计，电池状态检测子程序设计，ＣＡＮ收发子程序设计，ＥＥＰＲＯＭ读写子程序设计。最籍，在电动汽车上搭建实验平台，将铅酸蓄电池组与设计的软硬件系统联合进行调试、试验。测得了相关数据。试验结果表明，本文介缓的电池管理系统硬件电路可靠、经济、抗干扰能力强。可以实现：电池电压、电流、温度的模拟量采集；剩余电量的计算和电池状态的判断；实时显示，故障时报警等ＢＭＳ相关功能。关键词：电池管理系统；ＳＯＣ：卡尔曼滤波；ＤＳＰ；ＣＡＮ分类号：ＴＭ９１２．９ｌ匕塞銮道太堂亟±堂位ｉ佥塞△旦墨至＆△￡至

ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｗｉｔｈｔｈｅｓｏｃｉａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙＰｒｏｍｉｎｅｎｔ

ｅｎｅｒｇｙｉｓｓｕｅｓａｎｄ

ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉＳＳＵｂ鼯，Ｐｕｒｅｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｗｉｔｈ

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Ｂａｔｔｅｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｄｉｒｅｃｔｄｅｔｅｃｔｓａｎｄｍａｎａｇｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ’ｂａｔｔｅｒｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ

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ｂａｔｔｅｒｙｆａｉｌｕｒｅｄｉａｇｎｏｓｉｓ．Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｓｄｅｖｏｔｅｄｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐｕｒｅｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ’ｓｔｏｒａｇｅｂａｔｔｅｒｙ

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ｂａｓｅｄｏｎＫａｌｍａｎａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ｔｈｅ

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ｉｍｐａｃｔｏｎＳＯＣ（ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ）ｏｆｂａＲｅｒｙａｒｅａｎａｌｙｓｉｓｅｄ．

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ｏｎｔｈｅＤＳＰ２４０７，

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ｓｙｓｔｅｍ，ｂａｔｔｅｒｙ

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ｐｅｒｆｅｃｔ，ｆｉｎｉｓｈｅｓａｌｌｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｇｒａｍ，ｂａｓｉｃ

ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂａｔｔｅｒｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｏｕｔｉｎｅｓ，ｔｈｅｂａｔｔｅｒｙＳＯＣｅｓｔｉｍａｔｅｓｂａｓｅｄ

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ｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅｄｅｓｉｇｎ，

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ｓｙｓｔｅｍ

ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅ

ｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｉｓＢＭＳｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｓ

ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃ，ａｎｄｈａｓｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ

ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄ

ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｉｇｎａｌｓｓａｍｐｌｅ，ＳＯＣｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｐｌａｙ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＢＭＳ，ＳＯＣ，Ｋａｌｍａｎ，ＤＳＰ，ＣＡＮＣＬＡＳＳＮＯ：ＴＭ９１２．９学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学经论文麴全部或部分内容编入有关数据痒进行检索，并采用影印、缩印或捆描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密豹学位论文在解密瑟适瘸本授权说明＞

学位论文作者签名：导师签名：签字目期：年月翻签字Ｒ期：年月Ｒ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注翻致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成票，也不包含为获褥ｊ艺京交通大学或其他教育枫构的学位藏证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贾献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签铝：签字日期；年月网

７０致谢本论文的工作是在我的导师王艳教授的悉心指导下完成的，王艳教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来王艳老师对我的关心和指导。在此还要感谢这两年中曾经给与过我指导的电气学院的各位师长，你们渊博的学识、高尚的人品和对电气事业的贡献使我深深感到作为一个电气学子的骄傲与肩负的重担。感谢你们对我的教诲。在实验室工作及撰写论文期间，王贵刚、董亮、张静娴等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。１引言１．１电动汽车电池管理系统概述随着社会的飞速发展，汽车在整个社会进步和经济发展中扮演着非常重要的角色。汽车工业的迅速发展推动了机械、能源、橡胶、钢铁等支柱产业的发展。然而，随着全球汽车总有量的增加，汽车尾气的排放已经成为大气污染的主要原因，同时世界石油资源的Ｆ１趋紧张，石油价格始终居高不下，这些都迫使人类需要研制出无污染和节能汽车。由于电动能源具有突出的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各国开发绿色汽车的主流。电动汽车具有无排放污染、噪声低、易于操纵、维修以及运行成本低等优点，在环保和节能上具有不可比拟的优势，它是解决人类巨大能源和环境压力的有效途径。因此，电动汽车是２ｌ世纪汽车的发展方向【Ｉ】。在电动汽车的研究和发展上，车载电池及其管理系统的研究与制造占据着重要的位置。如何有效地利用电池的能量，延长电池的寿命是电池管理系统研究的关键部分。

１．１．１．电池管理系统的国外研究状况【２】【３】随着近年来电动汽车研究和使用的不断升温，国外一些大的汽车生产商和电池供应商针对各种电池作了大量研究及试验，总结出电池的数学模型，并成功开发出许多电池管理系统装在车上试用。比较有代表性的有：德国ＭｅｎｔｚｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｅ

ＧｍｂＨ和ＷｅｍｅｒＲｅｔｚｌａｆｆ为首设计的ＢＡＤＩＣＨＥＱ系统及ＢＡＤＩＣＯＡＣＨ系统；德

国的Ｂ．Ｈａｕｃｋ设计的ＢＡＴＴＭＡＮ系统；美国通用汽车公司生产的电动汽车ＥＶＩ上的电池管理系统；美国Ａｅｒｏｖｉｒｏｎｍｅｎｔ公司开发的ＳｍａｒｔＧｕａｄｒ系统（Ｌｏｎｇ．Ｌｉｆｅ

ＢａｔｔｅｒｙＵｓｉｎｇＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ

ＭｏｄｕｌａｒＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）；美国ＡＣＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎ公司开发的

名为ＢａｔＯＰｔ的高性能电池管理系统；日本丰田的混合车用系统。（１）ＢＡＤＩＣＨＥＱ系统及ＢＡＤＩＣＯＡＣＨ系统ＢＡＤＩＣＨＥＱ系统是在１９９１年开始设计的，并于１９９１年１２月首次装车实验，经过不断的实验和修改，于１９９２年４月达到如下功能：●能同时对２０个电池单元进行电压测量；●能进行电流和温度测量；●能根据电池单元对主充电机的充电电流进行控制；·能用一个小的充电机对单个电池进行均衡充电；·能储存历史数据和与ＰＣ机进行数据通信；·在仪表盘上显示最差电池单元的剩余电量、电池电流、实际电池电量