基于无损微分-安时积分法的微型消防车电池管理系统研究.pdfVIP

摘要

为应对日益频发的消防事故以及不断增加的消防救援难度，基于智能化、无人

化的发展理念，微型消防车应运而生并逐渐替代消防员进入救援现场。微型消防车

以锂离子电池为动力来源，通过电池管理系统（BMS）对电池组进行控制管理。电

池荷电状态（SOC）作为BMS的核心参数直接影响电池组的使用性能，其估算精

度影响因素较多，准确估算难度较大。本文重点进行SOC估算研究，基于安时积

分算法以及相关修正实验提出一种基于无损微分的安时积分算法，并完成微型消

防车电池管理系统的设计与功能验证。

本文以三元锂离子电池为研究对象开展特性测试研究，根据特性测试结果进

行安时积分算法修正研究。通过混合动力脉冲测试分析总结开路电压与SOC对应

关系的影响因素，通过温度特性测试、倍率特性测试、老化特性测试分析总结电池

放电容量的影响因素，通过无损充放电测试分析总结差分电压和容量增量曲线的

影响因素，为算法的修正提供依据。

本文提出的无损微分-安时积分算法主要包括三个部分的修正内容：基于不同

环境温度、电池老化程度和放电倍率下开路电压与SOC的对应关系建立初始SOC

值修正模块；基于电池容量的温度修正因子、倍率修正因子和老化修正因子建立电

池实际容量修正模块；基于经过Savitzky-Golay（SG）平滑滤波处理的差分电压

曲线第一峰值点和容量增量曲线第二峰值点与SOC的对应关系，考虑环境温度和

电池老化程度的影响，建立累积误差修正模块。

通过-10℃、25℃和45℃环境下的动态应力工况测试（DST）对比分析无损

微分-安时积分算法和传统开路电压-安时积分算法（OCV-CC）的SOC估算精度，

结果表明无损微分-安时积分算法的估算精度更高，在-10℃、25℃和45℃的环境

温度下最大估算误差分别为3.33%、3.12%和3.08%。

根据微型消防车电池管理系统的功能需求以CC2541主控芯片和BQ76940采

样芯片为核心进行电池管理系统软硬件设计，实现参数采集、均衡控制、充放电保

护、SOC估算等功能。设计完成后对电池管理系统的相关功能进行验证，结果表

明电池管理系统各功能符合相关性能指标，提出的无损微分-安时积分算法在电池

管理系统中的SOC估算精度满足实际使用需求。

关键词：SOC估算，电池管理系统，锂离子电池，无损微分，安时积分

Abstract

Inordertocopewiththeincreasinglycommonfireaccidentsandtheincreasing

difficultyoffirerescue,basedonthedevelopmentconceptofintelligenceandunmanned,

minifiretruckscomeintoexistenceandgraduallyreplacefirefightersinrescuework.

Theminifiretruckispoweredbylithium-ionbatteries,andthebatterypackiscontrolled

throughthebatterymanagementsystem(BMS).AsthecoreparameterofBMS,stateof

charge(SOC)directlyaffectstheperformanceofbatterypacks.Moreover,itisdifficult

toaccuratelyestimatetheSOCduetomanyfactorsthataffecttheaccuracyofestimation.

ThisdissertationfocusesontheresearchofSOCestimation,proposesanlossless

differential-coulombcountingmethodbasedoncoulombcountingmethodandrelated

modi