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动力锂离子电池组能量管理系统研究

作　者: 王静
导　师: 吴建强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 动力锂离子电池组 能量管理系统 保护电路 荷电状态
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 267次
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内容摘要


动力锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池,相对于镍氢、铅酸以及镍镉电池,在能量、体积、寿命、环保等各方面都具有无可比拟的优势,而且应用领域也日趋扩大,但电池组的成本、安全性能、循环寿命等方面的因素仍然制约着动力锂离子电池的广泛应用。针对这一现状,本文设计了一种动力锂离子电池组的能量管理系统,用于保证电池组工作的安全性和可靠性,实时显示运行状态数据,并最大限度地延长电池组的使用寿命。本文首先对锂离子电池的剩余电量和荷电状态(SOC)进行研究,分析影响电池剩余容量的因素,比较几种估算电池荷电状态的方法,并得出在本系统中采用的SOC估算方法,即以安时计量法结合开路电压法为主,综合考虑对充放电效率、循环寿命、温度等因素的补偿措施的SOC估算方法。结合实际应用需求,确定系统各部分功能的实现方案,提出以PIC18F452为控制核心的系统总体结构。在硬件方面,设计单片机管理系统,包括电池电压、电流、温度的采样,LED显示及功能按键等。在保护电路的设计上,采用精工的单节锂离子电池保护芯片S-8261设计一种低成本、可靠、扩展性好的锂离子电池组保护系统。在均衡管理系统上,采用简单的能耗式均衡方法有效地实现了电池组的充电均衡。在软件方面,采用模块化的程序设计,实现各模块的功能算法,并给出其程序流程图。最后,按照硬件设计完成了电路板制作,并进行了系统软硬件调试。实验结果表明:该管理系统能够保证电池组实际应用中的安全性和可靠性,实现电池组的充电均衡功能,并验证了SOC估算方法的准确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 动力电池的概述  9-11
    1.2.1 动力电池的发展现状  9-10
    1.2.2 动力锂离子电池的特点  10-11
  1.3 动力锂离子电池的能量管理系统概述  11-13
    1.3.1 动力锂离子电池管理系统的研究现状  11-12
    1.3.2 动力锂离子电池能量管理系统的功能  12-13
  1.4 本文主要研究内容  13-15
第2章 动力锂离子电池剩余电量的SOC估算方法  15-22
  2.1 引言  15
  2.2 动力锂离子电池剩余电量与SOC的定义  15-16
  2.3 影响锂离子电池剩余电量的因素  16-17
  2.4 SOC估算的常用方法  17-18
  2.5 SOC估算方法  18-21
    2.5.1 SOC估算方法的确定  18-20
    2.5.2 SOC计算  20-21
  2.6 本章小结  21-22
第3章 能量管理系统硬件设计  22-46
  3.1 引言  22
  3.2 系统硬件总体结构  22-23
  3.3 微控制器的选择  23-25
    3.3.1 PIC18F452 简介  23-24
    3.3.2 单片机的外围电路  24-25
  3.4 系统电源  25
  3.5 电压采集电路  25-27
    3.5.1 总电压的测量  25-26
    3.5.2 单体电池电压的测量  26-27
  3.6 电流采集电路  27-28
  3.7 温度检测电路  28-30
  3.8 显示器电路  30-33
    3.8.1 LED数码管显示电路  30-32
    3.8.2 LED电量显示电路  32-33
  3.9 键盘电路  33-35
  3.10 锂电池保护电路设计  35-39
    3.10.1 锂电池保护研究  35-36
    3.10.2 保护电路设计  36-38
    3.10.3 保护电路工作原理  38-39
  3.11 锂电池均衡电路设计  39-45
    3.11.1 能耗型均衡电路  40-42
    3.11.2 非能耗型均衡电路  42-43
    3.11.3 本系统充电均衡电路设计  43-45
  3.12 本章小结  45-46
第4章 能量管理系统软件设计  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 系统总体结构  46-47
  4.3 系统初始化模块  47-48
  4.4 数据采集模块  48-50
    4.4.1 电压和电流采集模块  48-49
    4.4.2 温度采集模块  49-50
  4.5 电量管理程序设计  50-51
  4.6 按键和显示模块  51-53
    4.6.1 按键处理子程序  51-52
    4.6.2 显示模块子程序  52-53
  4.7 本章小结  53-54
第5章 实验结果及分析  54-60
  5.1 实验装置  54-55
  5.2 实验主要内容  55-59
    5.2.1 开路电压与SOC关系  55
    5.2.2 充电曲线  55-57
    5.2.3 电池恒流放电曲线  57-58
    5.2.4 电池变流放电曲线  58-59
  5.3 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-66
致谢  66

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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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