原文传递
基于巨磁阻效应的电流传感器研制及在电动汽车中的应用
| 论文题名： | 基于巨磁阻效应的电流传感器研制及在电动汽车中的应用 |
| 关键词： | 电动汽车;动力电池;电流传感器;荷电状态估算;巨磁阻效应 |
| 摘要： | 在“碳达峰、碳中和”的社会大背景下，电动汽车行业面临着重要的发展机遇和未知的挑战。动力电池组为电动汽车的核心部件之一。动力电池组的SOC估算不仅对电池系统的安全性和可靠性有着重大意义，且与汽车的剩余行驶里程数直接关联。串联电池组的SOC估算以单体电池的SOC估算为基础，18650三元锂电池是电动汽车和SOC估算领域的研究热点之一。因此本文以18650三元锂电池作为测量对象搭建锂电池SOC估算系统，实现18650三元锂电池的SOC实时估算。 电池的SOC值无法直接测量获得，而必须通过测量待测电池的电压、电流等参数后估算得到。本文对常见的SOC估算方法的优缺点进行对比分析，采用安时积分法与开路电压法相结合的复合估算方法作为本文的SOC估算方法。该方法需要获得电池准确的电流值，并且通过多项式拟合OCV-SOC方程修正SOC的初始值，提高电池SOC估算的精度。 考虑到霍尔元件、分流器等温漂大的问题，本文采用温度稳定性好的巨磁阻芯片制作电流传感器。但巨磁阻芯片由于灵敏度高易受到外界杂散磁场影响而产生零偏电压，为了解决上述问题，本文提出了一种差分式结构的闭环巨磁阻电流传感器。从原理上阐明了差动结构能够有效地改善零偏电压，抑制温度漂移。分析了差分式巨磁阻电流传感器的闭环系统模型，在此基础上给出优化传感器电流测量性能的方法。 对常见的软磁材料进行性能比较，最终选择综合性能优异的非晶纳米晶合金材料1K107作为聚磁环材料。根据安培环路定律计算聚磁环开口气隙处的磁感应强度，通过有限元仿真验证，确定聚磁环开口气隙的尺寸大小。设计了电流传感器的信号处理模块的电路，完成了差分式巨磁阻电流传感器的制作，通过等安匝法对其进行了性能测试。实验结果表明所研制电流传感器在±30A的量程范围内具有优异的线性度性能，灵敏度为107.7mV/A，综合误差为0.202%。 最后简要介绍了CAN通信协议及其工作原理。以STM32为主控制器搭建了锂电池SOC估算系统，对电池的电压、电流进行监测并实时估算其SOC值，通过CAN通信实现数据传输功能。对锂电池SOC估算系统进行性能测试，SOC估算误差通过放电实验法验证。实验结果表明该系统的电压采集误差在±0.2%以内，电流采集平均误差在0.5%左右，SOC估算的平均误差在1.5%以内，满足实际使用需要。 |
| 作者： | 陆霞飞 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 鲍丙豪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
