基于低温下锂电池充电管理系统设计与实现

摘要

随着全球能源危机以及大气污染等问题的日益加剧，纯电动汽车逐渐受到人们的青睐。锂离子电池作为纯电动汽车的动力来源，锂离子的特性受到外界温度的影响很大，进而导致在低温环境下给纯电动汽车充电会使电池的容量急剧衰减，内阻持续增大，严重时析出的锂金属会穿破电池正负极之间的隔膜，导致电池内部出现短路，甚至引起电池的燃烧、爆炸等问题。因此，设计一种基于低温下锂电池充电管理系统，成为发展纯电动汽车急需解决的问题。
　　本课题在参照了国内外各种低温下锂离子电池加热技术的基础上，采用了PTC加热法，同时本课题设计的系统可以分为主机控制器和从机控制器两部分。其中，主机控制器承担采集CC信号、充电环路互锁信号和接收各从机控制器采集到的电池包内每个单体的电压和温度信息，并经过运算处理向车载充电机发送加热或充电请求，车载充电机响应请求，控制PTC板加热电池包或对电池包进行充电，直至充电完成。各从机控制器实时检测电池包内每个单体的电压和温度信息，并通过CAN总线与主机控制器实现实时数据交互和控制。
　　本系统中主机控制器采用摩托罗拉(MC9S12XEP100)微处理器作为控制芯片，从机控制器采用摩托罗拉(MC9S08DZ60)单片机作为控制核心，通过实验验证表明该系统能够通过CAN总线有效地将从机控制器采集到的电压、温度数据传输到主机控制器，主机控制器将这些数据处理后向车载充电机发出控制指令，车载充电机准确地做出应答进入低温加热模式或充电模式，本课题达到了设计的预期目的，其设计是合理可行的。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景分析与研究意义

1．2 国内外锂离子电池加热技术

1．3 课题研究的主要内容

1．4 论文的章节安排

1．5 论文创新

2 PTC加热工作原理

2．1 锂电池工作原理

2．2 PTC加热原理

2．2．1 PTC加热原理分析

2．2．2 PTC加热的具体传热学分析

2．3 PTC特性

2．4 低温条件下PTC工作原理

2．5 本章小结

3 充电管理系统的硬件设计

3．1 充电管理系统安全技术与设计需求

3．2 充电管理系统总体方案设计

3．2．1 系统总体设计

3．2．2 工作原理分析

3．3 主机模块设计

3．3．1 主机控制器芯片选型

3．3．2 电源模块设计

3．3．3 CAN通讯模块设计

3．3．4 CC信号检测模块的设计

3．3．5 充电环路互锁信号检测控制模块的设计

3．3．6 继电器控制模块的设计

3．4 从机模块设计

3．4．1 从机控制器芯片选型

3．4．2 电压采集方案

3．4．3 电压温度采集模块设计

3．5 本章小结

4 充电管理系统的软件设计

4．1 主机软件设计

4．1．1 CC信号检测软件设计

4．1．2 充电环路互锁信号检测控制软件设计

4．1．3 继电器控制软件设计

4．2 从机软件设计

4．2．1 电压采集软件设计

4．2．2 温度采集软件设计

4．3 CAN通信软件设计

4．3．1 MSCAN初始化设计

4．3．2 CAN数据发送软件设计

4．3．3 CAN数据接收软件设计

4．4 本章小结

5 充电管理系统的试验与调试分析

5．1 硬件调试

5．1．1 电源调试

5．1．2 充电环路互锁信号检测控制模块调试

5．1．3 电压采集模块调试

5．1．4 CAN通讯模块调试

5．1．5 低温下锂电池加热及转充电测试

5．1．6 其他模块调试

5．2 软件调试

5．2．1 CC信号检测软件调试

5．2．2 充电环路互锁信号检测控制软件调试

5．2．3 电压采集软件调试

5．2．4 CAN通信软件调试

5．3 本章小结

6．1 课题研究总结

6．2 课题研究展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢