为解决能源危机和环境污染这两个世界各国所面临的共同难题,人们在寻求新能源以及减少资源浪费方面做出了巨大的努力。伴随着人类社会的不断发展,电池也经历了自己独特的发展轨迹,从最初的铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池再到现在的锂电池,每一次电池的不断发展都伴随着人类社会的不断进步。虽然电池陪伴人类这么多年,但是它也拥有自身所无法克服的不足之处即单体电池电压和容量根本无法满足人们对于电池工作性能的需求,因此需要将其串联为电池组从而可以提供更多能量供给人们使用。但在其使用过程中,工作环境不同以及电压不均衡的累积毫无疑问会加剧整个电池组单体电池参数的不一致。因此在实际应用中必须对电池组采取均衡措施。首先研究了锂电池充放电原理以及主要工作特性,介绍了几种有代表性的均衡方法,釆用双向Buck-Boost电路与飞渡电容相结合的方法来实现单体电池电压的动态均衡。本论文采用12个单体锂电池串联为电池组进行实验验证,并研究设计了以单片机GD32F103C8T6为控制芯片的电池管理系统,实时完成整个电池组单体电压和总电压、电池组温度、电池充放电电流检测等信息。本文所设计电池管理系统分为硬件系统和软件系统,均采用模块化设计思想。硬件设计包括控制模块、均衡模块、电压检测模块、温度检测模块、电流检测模块、故障报警模块、通信模块等;软件设计包括均衡系统主程序、电压检测子程序、温度检测子程序、电流检测子程序、初始修正子程序、故障报警子程序和接收子程序等。系统在硬件设计上还采用了抗干扰措施,从而很好保证了BMS在工作过程中的可靠性和稳定性。为改善锂电池组单体电池间电压不匹配而导致的放电能力减弱和使用寿命缩短的固有缺陷,本文设计了一种基于功率电感的双向无损控制电路的均衡方案,该方案采用双向Buck-Boost电路以及飞渡电容均衡电路将电池组进行模块化均衡。通过仿真结果表明,其容量效率ηC和能量效率ηE分别从均衡前的53.356%、58.692%提升到了59.582%、67.463%,从而可以有效起到均衡电池组间能量的目的,延长锂电池组使用寿命的目的。本文立足锂电池在新能源领域的广阔前景和实际应用,选用锂电池作为本文的实验电池,该电池管理系统能实现对锂电池状态的实时监测,对锂电池的保护较为完善。
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