基于电动汽车充放电特性的控制设计.docx

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1、基于电动汽车充放电特性的控制设计摘要锂离子电池由于其比能量高、比性能好，因此它被广泛应用于电动汽车。但是，由于它的工作特点和对环境的敏感，使得它不能充分地使用电力。本文主要针对锂离子电池进行了研究，并在此基础上进行了大量的试验研究，以改善其可靠性，促进电动汽车的产业化发展。本文通过测试电池在不同应力状态下的充放电情况，对充电系统进行电路设计和仿真。同时针对单片机设计了一款锂离子电池充电器，在设计中选用了简单高效的器件，开发了稳定可靠的软件。器件功能，包括单片机电路、充电控制单元、介绍了电压开关和光耦隔离，详细介绍了MAX1898充电芯片、原装充电器和充电器控制AT89C2051单片机。同时，设

2、计软件管理系统，创建和编写软件。保证系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。该充放电控制设计具有检测锂离子电池状态的能力；自动改变充电模式，满足充电电池的充电需求。这些设计服务在生活中呵护充电电池，让最好的电池用在生活中。关键词：充放电控制；电动汽车；动力电池；电荷速度；安全CONTRO1DESIGNBASEDONCHARGEDISCHARGECHARACTERISTICSOFE1ECTRICVEHIC1EAbstract1ithiumionbatteryhasbecomeanidea1powersupp1yfore1ectricvehic1esbecauseofitshighspecifice

3、nergyandgoodspecificperformance.However,duetoitscomp1exworkingcharacteristicsandsensitivitytoharshenvironment,itisunab1etomakerationa1useofthepowerofthepowerbattery.Thisdesigntakes1ithium-ionbatteryastheresearchobject,combinedwitha1argenumberofexperimenta1data,studiesthechargeanddischargecharacteris

4、ticsofbattery,improvesthere1iabi1ityofpowerbatterysystem,andsupportsthedeve1opmentofe1ectricvehic1eindustria1ization.!thispaper,thechange1awofpo1arizationvo1tageofpowerbatteryisobtainedthroughthechargeanddischargetestofpowerbatteryunderdifferentstress.Thechangesoftheworkingpotentia1ofthethreee1ectro

5、desandthechargingrateofthebatteryareana1yzedthroughtheexperiment.Vo1tageriserateisaneffectiveparametertoeva1uatethestateofchargeofbattery.Accordingtothesing1ebatterycontro1mode,theactioncharacteristicsofpowerbatterysystemunderdifferentconnectionmodesareana1yzedtheoretica11y.Combinedwiththeexperiment

6、a1testdata,theseria1modechargingcontro1parameterscaneffective1ypreventthebatteryoverchargeofthesystemintheseparatecontro1mode.Thecontro1modeofthepara11e1systemismain1ybasedonthegradientofbatterytemperatureriseinthesystem,whichcaneffective1ypreventthephenomenonoftoofast1oadspeedattheendofbatterycharg

7、ing,pro1ongtheservice1ifeofthebatterysystemandimprovethesafetyofthesystem.Keywords：Chargedischargecontro1;E1ectricvehic1e;Powerbattery；Chargerate;security1绪论31.1 课题研究的背景及意义31.2 国内外研究现状41.2 .1国外研究现状41.3 .2国内研究现状51.3 本课题主要设计思路62锂离子电池的充放电特性测试分析72.1 电流-电压测试法72.2 电化学交流阻抗谱测试法72.3 3容量增量微分法83锂电池充放电控制系统的硬件设计

8、103.1 单片机选型和介绍103.2 光耦隔离电路123.3 电源产生电路部分123.4 充放电控制电路设计131.4 .1充放电芯片的选择与介绍131.5 .2充放电控制电路的构建164锂电池充放电器软件设计194. 1程序功能实现简述194.1 程序中的变量说明194.2 主程序软件设计流程图195锂电池充放电控制的电路实验以及仿真215. 1主充放电电路215. 2仿真与分析226结论24参考文献25致谢错误！未定义书签。1绪论1.1 课题研究的背景及意义能源是人类生存的基础，是社会进步的前提，是当今所有国家面临的巨大挑战。随着科技的发展和社会的进步，能源问题日益严重。研究表明，大约5

9、0年后，人类广泛使用的化石能源将面临严重的短缺。从汽车产业对石油能源的依赖性来看，石油能源的消耗量是可以预测的。为了鼓励和促进汽车工业的节能减排，各政府在制定和实施各项政策的同时，为民间做出了不可磨灭的贡献。近年来，电动汽车呈指数级增长，人们对电动汽车的期望越来越高。但考虑到目前的情况，电动汽车和传统汽车之间仍然存在功能差异。特别是，清洁电动汽车用于中小型城市应用，以满足驾驶者的操作要求。随着经济的增长，人们的生活水平不断提高，对电表、电池电量、劳动力的需求也在不断增加。电池也经历三次最为典型的进程。从最早的铅酸蓄电池到今天的主要应用。动力电池的寿命已从传统铅酸电池的数百个周期演变为5000个

10、周期的三个材料充电测试周期。止匕外，锂空气、锂水和锂硫电池等新一代电池也引起了国内外研究人员的关注。世界各国政府都采取了一些优惠措施来推动新能源汽车的引进，但在能源电池的应用方面仍然存在许多问题，它们是电动汽车的主要组成部分，特别是在两个方面。首先，对蓄电池充电过程中放电行为的影响是十分复杂的。环境条件、作用方式和作用强度都会影响到电池自身的复杂性。止匕外，它还会影响内部电子，如活性物质的粒径值、光电流和电子密度。止匕外，内部和外部组件相互影响并在电池上相互作用，并且测量的外部参数变化。其次，由于电池的某些参数无法直接测量，因此难以准确测量电池状况。目前，电池管理系统一般会测量最终电压、电流、

11、温度等指标，但这些指标很难直接与电池内的导电率水平相关联显示，就像测量电一样。电池电压变化是由电池供电的电子设备之间的差异引起的。然而在应用中，耗尽的电池很难知道任何电压变化的具体值，也无法比较强锂离子向内移动时的值。目前的锂离子电池已经确定了评估这些特性的最佳电量。根据现有的实验手段，它可以反映电池反应的内部化学状态，满足人们对整体性能和距离的要求蓄电池使用期间的车辆移动。人们的寿命越来越快，对电池充电模式的要求是高速低损耗。1.2 国内外研究现状1 .2.1国外研究现状在世界大力发展新能源电动汽车的趋势下，国外率先实现了电动汽车的研发突破。宝马i3-倍增版、雪佛兰伏特、马自达两倍增版的代表

12、性车型大量涌现。宝马i3-增订版在业界得到普遍认可，宝马公司在电动汽车开发方面处于领先地位。宝马i3搭载20kWh的锂离子电池组，马达采用宝马eDrive技术。具有集成电力电子装置的混合动力、充电器、动力回收发电机功能，最大功率125kW,最大扭矩250Nm。增补板上装有06471的直列两缸汽油机，最大功率为28kW5000rpm,峰值扭矩为56Nm44500rpmo传输类型为自动传输，具有单级固定传动比。正式公布的普通型车型为O-Iookm/h加速7.2秒,i3赠送型车型为7.9秒。最高行驶速度被电子限制在150kmho总航程为285公里，与接近价格的雪佛兰相比，宝马i3的航程稍短一些。宝马

13、在i3上搭载了3种运行模式，车辆启动后的基本状态是COMFORT舒适模式,包括ECOPRO节能和ECOPR0+超节能模式。COMFORT和ECOPRO模型的区别在于动力响应的积极性。踩油门踏板时，电子的动力输出更加积极，不留余力。ECOPRO模式下的动力输出相对较慢，但两种模式相差不大。无论是什么样的模式，加速度都很强。另一方面，在ECoPRO和ECoPRO+模式下，电动机的动力输出相同。图11宝马雪佛兰伏特装有17千瓦时的锂离子电池包，最大输出功率In千瓦，最大扭矩126Nmo这款车（VO1t）采用了独立的波尔特克电力驱动技术，利用家用电网充电变得容易,最大功率为63kW5000rpm,峰值

14、扭矩为126Nm4500rpmo该车型O至IOO公里/h加速9秒，最高行驶速度限制在160公里/h。以增量模式行驶距离约490公里。2 图1.2雪佛兰3 .2.2国内研究现状赛力斯SF5的倍增板非常优秀，今年年初赛力斯品牌发布了新的“驼峰”智能倍增系统，赛力斯SF5的活跃令人惊讶。公开资料显示，智能升级系统是由赛力斯和华为共同开发的。融合了赛力斯领先的三流技术和华为驱动器一的三流驱动器。该系统前后搭载双马达，总功率405kW,扭矩820Nm,速度4.9秒，IOO公里，与豪华跑车的性能相当。作为电动汽车，搭载智能倍增器系统的SE1ISSF5由15T4汽缸涡轮发动机和最大90kW的发电机组成。该电

15、桥采用自行研制的SEP200高性能交流异步电动机，最大输出功率255kW,最大扭矩520Nm,后桥采用华为驱动器一树型集成电机驱动系统，最大输出功率150kW,最大扭矩300Nmo另外，在节能方面，如果扩展器全时间运行，赛力斯SF5的综合能耗将比同等汽油车和插电式混合动力车减少30%到35%o在满油中搭载智能倍增器系统的SerriASF5表情综合航速突破了IOOO公里，完全可以比较肩上汽油车的航速性能。另外，赛力斯SF5兼具充电和加油两种补充功能，可以灵活选择以满足不同消费者的需求16。图13赛力斯SF54 .3本课题主要设计思路我们不断消耗世界自然资源，大量开采煤炭、石油不仅矿产资源越来越少

16、，而且我们的环境越来越差。由于资源短缺、环境污染等问题，使用清洁型能源迫在眉睫。电动汽车作为一名环保、节能的交通工人，有着巨大的发展前景，加快能源型汽车的信息化发展必然需要设计这一课题。本文主要通过以下几个方面进行设计。1）通过查阅资料，了解国内外研究现状；2）对锂离子电池的充电特性测试分析，介绍分析了容量增量微分法、电化学交流阻抗谱测试法、电流-电压测试法等几种方法；3）进行锂电池充放电控制系统的硬件设计，选择合适的单片机，设计了充电控制电路模型；4）进行锂电池充放电软件设计，进行了主程序设计和参数设计；5）对锂电池充放电控制的电路实验以及仿真搭建模型，针对锂电池控制实现充放电进行了设计，并对两种主要充放电模式进行了仿真；6）总结。