铅酸蓄电池管理系统研究

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目前,制约电动车发展和大规模商业化应用的关键是动力蓄电池。由于动力蓄电池价格高、一次充电后的行驶里程短、过充过放、电池老化等因素,直接制约了电动车的产业化发展。为了提高电池的使用寿命,防止电池的过充过放现象的发生,保障电池系统的可靠性,因而有必要设计一种高效的电池管理系统(BatteyManagement System,BMS)来精确地检测电池的参数和对电池进行有效地管理从而使电池发挥出最大的功效。   论文中主要进行铅酸蓄电池电特性的研究、电池荷电状态估算算法的研究、电池监测系统的设计以及电池均衡理论的研究。首先,从铅酸蓄电池的电特性入手,阐述了ADuC7033在铅酸蓄电池管理系统中运用的可行性,设计了电池电压采集模块,电流采集模块,温度采集模块,通信电路模块;其次,全面分析了电池容量与电池开路电压之间的关系,分析了库仑安时法在电池容量估算中的不足以及基于开路电压与电池容量关系的荷电状态计算方法的不足,设计了片上卡尔曼滤波估算算法来修正电池的荷电状态,提高电池荷电状态估算的精度;最后,针对铅酸蓄电池,设计了电池控制单元(Battery Control Unit,BCU)样件。   通过运用微控制器的差分电流通道来精确地测量电池工作时的电流,可以有效地解决库仑安时法中因电流测量不精确而引起的误差,提高了电流检测精度。通过非线性最小二乘法来有效的回归铅酸蓄电池荷电状态与开路电压之间的关系,可以有效地解决开路电压法中因充放电效率而引起的误差,得到更加准确的滤波初始值。通过片上卡尔曼滤波估算算法,可以有效地预测铅酸蓄电池的荷电状态,减少了噪声的干扰。验证试验结果表明,恒流充放电工况时,蓄电池荷电状态平均相对误差为3%左右,荷电状态的估算精度有较大的提高。
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