【摘 要】
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电力一体化电源系统将传统的电力系统电源设备整合来统一进行控制,并共用一套后备蓄电池组。后备蓄电池组多使用阀控铅酸蓄电池（Valve Regulated Lead-Acid Battery,VRLA）,该电池的能量密度低且环境污染较为严重。锂电池由于能量密度高且环境友好,正在逐步替代电力一体化电源系统中的阀控铅酸电池。锂电池发生的燃烧事故主要是由热失控引起,目前蓄电池组管理系统（Battery Ma
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电力一体化电源系统将传统的电力系统电源设备整合来统一进行控制,并共用一套后备蓄电池组。后备蓄电池组多使用阀控铅酸蓄电池（Valve Regulated Lead-Acid Battery,VRLA）,该电池的能量密度低且环境污染较为严重。锂电池由于能量密度高且环境友好,正在逐步替代电力一体化电源系统中的阀控铅酸电池。锂电池发生的燃烧事故主要是由热失控引起,目前蓄电池组管理系统（Battery Management System,BMS）缺乏热失控预警功能,锂电池在使用中存在较高的安全隐患。本文根据电力一体化电源系统后备蓄电池组的运行工况,设计一款高性能、高安全性的电力一体化电源系统蓄电池组管理系统。本文首先分析锂电池的特性、工作原理、热失控机理。通过对比不同的电池等效模型,该设计选用二阶RC等效模型作为锂电池的等效模型并辨识该模型参数。该设计对无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）算法进行改进并加入平方根算法,形成了改进平方根无迹卡尔曼（Improved Suqare-root Unscented Kalman Filter,ISRUKF）滤波算法来对电池荷电状态（State of Charge,SOC）进行估算。在MATLAB的仿真环境下,对等效模型和SOC算法的精度进行了验证。其次根据主从式拓扑结构将蓄电池组管理系统分为主控模块和从控模块。选用S32K144作为主控模块的控制芯片,并设计了主控模块的供电、数据存储、USB通信和实时时钟的硬件电路。在主控模块中设计了无线通信芯片ESP8266的硬件电路,实现了连接无线局域网与服务器通信的功能。从控单元的控制芯片选用S9KZEAZ128,电池监控芯片选用MC33771,并设计了单体电池电压采集、温度检测、电池均衡和CAN通信的电路。编写功能模块的软件程序,在主控模块中设计BOOTLOADER程序来实现程序的快速可靠更新功能,并针对热失控问题设计了热失控预警程序。最后完成了蓄电池组管理系统装置设计,并搭建测试平台进行功能测试。测试结果表明:蓄电池组管理系统的电流采集误差≤+1%;温度误差≤±1℃;单体电池电压的采集误差≤±3mV;SOC估算误差小于4%;电池均衡功能可以实现将最大压差控制在50mV以内;热失控预警功能可以快速发现热失控问题并区分类型;故障诊断功能可以及时发现异常状态;BOOTLOADER功能可以实现主控程序的快速可靠更新;无线通信模块可以稳定的将蓄电池组管理系统的数据发送至服务器。该蓄电池组管理系统可以实现电力一体化电源系统蓄电池组的监控功能,满足设计要求。
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