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基于模型设计的纯电动汽车电池管理系统开发
| 论文题名： | 基于模型设计的纯电动汽车电池管理系统开发 |
| 关键词： | 纯电动汽车;电池管理系统;三元锂离子电池;分布式结构 |
| 摘要： | 电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)作为动力电池的“中枢神经”，是纯电动汽车发展历程中的重点和热点。目前BMS软件开发大多采用手写代码方式,开发周期长、效率低，且复杂算法难以实现。传统基于模型设计(ModelBasedDesign,MBD)开发方式虽能解决手写代码带来的问题，但该开发方式对芯片依赖性较高，生成代码移植性较差，未能广泛推广使用。因此本文针对传统MBD开发方式存在的问题，以三元锂离子电池为研究对象,提出一种新的MBD代码自动生成技术开发BMS。 首先，选取二阶R-C模型作为等效电路模型，针对传统最小二乘法在参数辨识过程中出现的“数据饱和”问题，引入自适应遗忘因子动态修正新旧数据权重，提出自适应遗忘因子递推最小二乘法对电池模型阻容参数进行在线辨识。为解决扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波在电池SOC估算时存在的问题,提出自适应无迹卡尔曼滤波算法,并与自适应遗忘因子递推最小二乘法组成联合算法进行SOC估算，仿真证明电池二阶R-C等效电路模型和在线辨识得到的阻容参数的准确性，同时证明联合算法可以在较大SOC初始差值情况下实现快速收敛，具有更小估计误差。 其次，系统的硬件设计采用分布式结构，分为BMS主板和从板。主板进行绝缘检测、SOC估算、温度管理、电池组总电压和总电流计算等，从板采集单体电池电压、单体电池温度、模组电流。分布式BMS主从板之间以及主板与上位机之间均采用CAN通信。在硬件基础上采用混合编程模式进行软件设计，应用层软件开发采用MBD代码自动生成技术，底层软件配置采用现成HAL库进行开发。 最后，以12节三元锂离子电池串联成的电池组为实验对象，搭建实验平台对开发的BMS进行功能验证和故障测试。为方便测试，基于LabVIEW设计BMS上位机软件实时监测电池信息、SOC状态以及进行故障报警等。测试结果表明，采用的混合编程软件设计方法可实现应用层算法模型到C代码的自动生成，且可以和底层软件进行无缝集成，集成的代码可以下载到设计的硬件平台上实现电池数据的采集和控制功能,达到预期目标。该开发方式同样适用于纯电动汽车其它控制器开发，具有一定实用价值。 |
| 作者： | 周琴 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 沈辉;张后亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 扬州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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