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基于CAN总线的电池管理系统的设计

作　者: 王保和
导　师: 钟洪声
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 电池管理系统 CAN总线 ARM 嵌入式Linux
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在全社会倡导节能减排和绿色环保的号召下,电动力汽车以其“零排放”的优点满足低碳节能的环保要求而受到广泛关注。在目前的动力蓄电池中,锂电池具有能量密度大、环保等优点,广泛应用于多种电动车中。在电动汽车需要高电压大功率的动力电源的情况下,需要将大量的锂电池串联成电池组,这样造成锂电池组存在安全性不高、一致性差、剩余电量难以准确计算、使用寿命短等问题,这些问题成为阻碍电动汽车广泛应用的瓶颈问题。在此应用背景下,本文针对锂电池组管理系统中的若干问题进行了深入研究,主要的研究内容包括以下几个方面：(1)在研究了CAN总线的原理、特点、网络体系结构的基础上,采用CAN总线实现了电池管理系统中数据的传输。(2)在ARM和嵌入式Linux平台上扩展了CAN总线硬件电路,开发底层驱动程序和上层应用程序,实现了电池组监控终端的设计。(3)针对锂电池的特性,主要研究了电池管理系统中的数据采集、电池组监控保护以及电池组均衡,并设计了硬件电路和软件程序实现了这些功能。(4)在分析了锂电池的放电特性的基础上,比较了几种电池剩余电量计算方法的优缺点,综合内阻和温度因素对阻抗跟踪算法进行了改进。对各模块的功能进行了测试,测试结果表明：监控终端能在要求的时间内通过CAN总线接收各电池管理单元采集的数据；电池管理单元能对电池组的电压和温度进行监控和保护；同时实现了电池组在充电和静态时的均衡,但是均衡电路存在功耗大、效率低、均衡作用时间短的缺点。均衡电路和算法有待改进。最后通过Matlab对改进的电池剩余电量计算算法进行了仿真,验证了算法的可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 目前现状  11-13
  1.3 论文主要工作  13-15
第二章 系统总体结构及关键技术  15-26
  2.1 系统总体结构  15-16
  2.2 关键技术介绍  16-26
    2.2.1 嵌入式技术  16-17
    2.2.2 CAN总线技术  17-23
    2.2.3 电池技术  23-26
第三章 监控终端的硬件设计  26-34
  3.1 监控终端的体系结构  26
  3.2 ARM主控制电路  26-28
  3.3 CAN总线通信电路设计  28-34
    3.3.1 MCP2510的功能介绍  29-32
    3.3.2 MCP2551的功能介绍  32
    3.3.3 CAN总线模块硬件电路设计  32-34
第四章 监控终端的软件设计  34-49
  4.1 CAN控制器的驱动程序设计  34-42
    4.1.1 CAN控制器的设备描述  35-36
    4.1.2 SPI接口的读写  36-37
    4.1.3 发送报文与接收报文的实现  37-39
    4.1.4 CAN控制器控制与配置的实现  39-40
    4.1.5 CAN控制器中断处理的实现  40-41
    4.1.6 CAN控制器驱动程序的注册及加载  41-42
  4.2 LCD驱动程序移植  42-44
    4.2.1 LCD工作时序以及参数的配置  42-43
    4.2.2 LCD驱动程序的编译加载  43-44
  4.3 上层应用程序及图形界面的设计  44-49
    4.3.1 Qt中的信号和槽机制  44-45
    4.3.2 搭建Linux系统下的Qtopia开发平台  45-46
    4.3.3 CAN监控终端用户界面的实现  46-49
第五章 电池管理单元的设计与研究  49-68
  5.1 电池管理单元总体设计  49
  5.2 控制单元电路设计  49-51
  5.3 电池管理硬件电路设计  51-58
    5.3.1 电池保护芯片bq76p1536  51
    5.3.2 硬件接口设计  51-54
    5.3.3 电压和温度的采集  54-55
    5.3.4 电池组保护的实现  55-56
    5.3.5 均衡电路设计  56-58
  5.4 电池管理单元的软件设计  58-60
  5.5 锂电池剩余电量计算的研究  60-68
    5.5.1 剩余电量计算中的参数定义  60-61
    5.5.2 剩余电量计算的方法  61-63
    5.5.3 阻抗跟踪算法的改进研究  63-68
第六章 系统测试  68-77
  6.1 硬件平台调试  68
  6.2 驱动程序的调试  68-69
  6.3 CAN总线通信的测试  69-72
  6.4 电池管理单元电路测试  72-75
    6.4.1 电压和温度的采集  73-75
    6.4.2 均衡电路的测试  75
  6.5 系统达到的指标和原因分析  75-77
第七章 总结  77-79
  7.1 全文总结  77-78
  7.2 下一步工作展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-82
攻硕期间取得的研究成果  82-83
附录：硬件实物图、PCB图  83-84

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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