可实现串/并联连接转换的锂离子电池模组智能管理系统的研究

作     者：任嘉祥 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭守武

授予年度：2020年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电池管理系统 串并联转换 电压采集 电池荷电状态（SOC） 电池均衡 

摘      要：锂离子电池因其使用寿命长、能量与功率密度高和环境友好等特点被广泛用作新能源电动汽车和多种日用电子产品的动力电源。由于锂离子电芯性能之间有一定的差异性,且该差异会随工作环境的影响而逐渐增大,因此在其成组作为电源使用时（包括充放电过程）,必须与合适的电池管理系统（Battery Management System,BMS）配套以保证电池模组的正常运转和整体系统的安全。本文在深入研究和分析了锂离子电池及其管理系统的特性和功能之后,通过硬件电路和软件模块的设计,开发出了一种可以进行串联并联转换的锂离子电池模组智能管理系统,并完成了系统测试。具体来讲,本研究工作采用前端模拟芯片LTC6804实现电池基本参数实时采集被动均衡,通过主控芯片CSU38M20与电池保护IC实现电池状态估算与均衡、电路保护以及对整体电池系统的控制与管理。同时,本文提出一种基于开关控制的电池组连接结构,通过主控芯片的引脚输出高低电压控制不同开关在电路中的闭合与断开,从而实现电池模组串联和并联连接的转换,并结合已有的均衡方法实现了锂离子电池模组智能管理系统更加灵活和快速的均衡功能。通过对实验电池模组在电池参数采集精确度、荷电状态估算精确度和均衡控制功能等方面的测试与验证,成功实现了该锂离子电池模组智能管理系统的各种基础功能和串并联转换功能,系统也体现出较高的可靠性和安全性。本文所设计和开发的锂离子电池模组智能管理系统能有效地提高模组的能量利用率并延长其使用寿命,具有广阔的应用前景。