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基于FPGA的可重构动力电池管理系统研究与设计
| 论文题名： | 基于FPGA的可重构动力电池管理系统研究与设计 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池;管理系统;硬件设计;软件开发 |
| 摘要： | 电动汽车具有节能、环保等优点，是未来汽车发展的必然方向。电池管理系统连接着动力电池与电动汽车，不仅可以实时采集、监控和显示电池单体的电压、温度、电流等参数，还可以利用所采集的数据预测电池的健康状态，并根据电池的状态针对电路故障进行保护以及针对电池不一致性进行电荷均衡，从而提高电池组的安全性与使用效率。 论文主要对可重构动力电池管理系统进行了研究，具体工作如下： （1）可重构动力电池管理系统总体结构设计。首先分析了钴酸锂电池的电压特性以及电池的不一致性，介绍了可重构动力电池管理系统管理对象与重构原理，对可重构动力电池管理系统的容错技术进行了研究。针对短路、断路、热失控三种故障，设计了实验并提出了故障判断与隔离方法。分析了可重构动力电池管理系统的电荷均衡技术，设计了充放电电荷均衡策略。最后，完成了可重构动力电池管理系统总体方案设计。 （2）可重构动力电池管理系统硬件设计。根据可重构动力电池管理系统总体方案和具体功能，对电池管理系统的各个硬件模块进行了详细设计，包括MCU主控制器模块、电压与电流采集模块、温度采集模块、电池组主电路模块、控制电路模块和通信电路等模块。其中MCU主控制器模块选用EP4CE10F17C8N FPGA芯片作为主控芯片，电压与电流采集模块选用BQ76940芯片作为电池监控芯片。 （3）可重构动力电池管理系统软件设计。基于Verilog HDL语言和QuartusⅡ开发环境，对系统进行模块化的软件设计。其中主要针对于系统主程序、电池信息采集程序、故障隔离程序、均衡控制程序和上位机进行设计，实现硬件平台的可编程管理。 （4）测试与实验。利用设计的硬件平台，对可重构动力电池管理系统进行了容错实验和均衡控制实验。容错实验验证了可重构动力电池管理系统对常见的三种故障（短路、断路、热失控）具有故障隔离的能力；均衡控制实验验证了可重构动力电池管理系统配合均衡控制策略能够明显提升电池组的充放电效率，提高了电池组的一致性。 |
| 作者： | 郭阳光 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 贾建芳;范文龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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