摘 要

磷酸铁锂电池组常用作电动汽车的动力电源。由于电池本身物理性质的差异以及使用过程中产生的差异，会使得电池组各个单体之间的不一致。如果不采取有效的措施来控制这些不一致，会使得电池组使用时个别电池单体出现过充或者过放，影响电池组的寿命，甚至会引发安全事故。所以要建立均衡系统来保障电池组使用的时候的均衡。

目前的均衡系统有主动均衡和被动均衡两种。主动均衡具有绿色、快速、高效等特点，是研究的大趋势。在阅读了国内外相关的资料和文献以后，经过深入研究，本文选定了以电压作为均衡变量，提出了一种基于双向DCDC变换电路和超级电容的主动均衡系统。并且以PIC系列的单片机PIC18F458为主控芯片，完成了相关的硬件设计，选择了以电池平均值和极差为指标制定了控制策略，完成了相关的软件设计。最后也对硬件和软件进行集成，完成了主动均衡系统的调试。

关键词：电动汽车;磷酸铁锂电池组;主动均衡;双向DCDC

Abstract

Lithium iron phosphate battery pack is used as power source for electric vehicle. Due to differences in physical properties of the battery itself and the differences in the use of the process, each battery will appear inconsistent between the monomers. There will be over charge or over discharge with batteries unless taking some measures to control the difference, which will have bad affect on the life of battery and even lead safety accident. So it's necessary to establish a balanced system to protect the balance of the battery when operating.

At present, there are two kinds of balance system, which are active and passive. Active balance system has the characteristics of green, fast and high efficiency, and it is the trend of the research. After reading the relevant information and literature at home and abroad and in-depth study, this paper selected the voltage as a balanced variable, and proposed a active balance system basing on Bi- DCDC converter and super capacitor. And with the PIC series of single-chip PIC18F458 as the main control chip, completed the relevant hardware design, selection of the battery average and range for the indicators to develop a control strategy, completed the relevant software design. At last, the hardware and software are integrated, and the debugging of the active balancing system is finished

key words: Electric Vehicle; Lithium Iron Phosphate Battery Group; Active Balance; Bi-directional DCDC Converter

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的及意义 2

1.3国内外研究现状与分析 2

1.3.1主要的锂电池均衡电路 2

1.3.2几种主要均衡系统的原理和拓扑结构 3

1.4本文主要研究内容 6

第2章 锂电池组均衡系统原理分析 7

2.1磷酸铁锂电池的原理和特性分析 7

2.1.1磷酸铁锂电池的工作原理 7

2.1.2磷酸铁锂电池的特性 8

2.1.3 均衡变量的选定 9

2.2均衡方式选择与分析 9

2.2.1 被动均衡方式 9

2.2.2 主动均衡方式 10

2.3 测试电池组建立 11

2.4本章小结 11

第3章 主动均衡系统硬件设计 12

3.1主动均衡系统总体方案设计 12

3.2 主控制芯片选型与最小电路设计 13

3.2.1 主芯片选型 13

3.2.2 电源电路设计 14

3.2.3 时钟电路设计 16

3.2.4 复位电路设计 16

3.3 开关阵列切换电路设计 17

3.4 双向DCDC拓扑电路设计 20

3.5本章小结 23

第4章 主动均衡系统软件设计 24

4.1主动均衡策略研究 24

4.2 均衡系统总体软件架构设计 24

4.3 均衡系统软件流程设计 25

4.3.1 主程序循环流程设计 25

4.3.3开关阵列切换流程设计 27

4.3.4基于双向DCDC的均衡策略软件设计 29

4.4 均衡系统软硬件集成与测试分析 30

4.5本章小结 32

第5章 总结与展望 33

参考文献 34

致 谢 35

附录A 36

附录B 37

附录C 38

第1章 绪论

1.1研究背景

随着工业社会的不断持续发展，能源危机与环境污染的问题日益严重，已经引起了广大的关注。近年的世界能源报告显示表明，目前所使用的主要能源石油、天然气、煤等化石燃料不仅日益枯竭，而且燃烧后大量的碳也引起了大量的环境问题、温室效应、全球气温升高等，这些问题严重危害生物多样性，破坏着地球的生态平衡。提高能源的利用效率，推动新能源领域的发展成为了一个与时俱进，适应当代社会发展的措施。

传统的汽车领域的是能源消耗的大户。传统的汽车行业无情地吞噬着枯竭的石油资源，加速了能源的枯竭；而且，传统的汽车燃烧汽油得到动力的同时，排放出来的尾气含有大量固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等严重影响大气的物质。由此可见，传统汽车行业对能源和环境有着非常严重的影响。但是，汽车作为现代人生活的代步工具，不可能停止使用。在这个背景下，电动汽车在近些年取得非常大的发展，市场上混合动力的汽车，纯电动汽车越来越多，有逐步代替传统汽车成为主流的趋势。

电动汽车的动力来源与蓄电池。目前应用于电动汽车(混台动力车、纯电动车、插电式混台动力车、燃料电池车)的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池。锂电池可以按正极材料分类，目前已经应用的锂离子电池正极材料有钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂。磷酸铁锂电池具有高的能量密度、寿命长等特点，非常应用在电动汽车领域，它可以克服普通蓄电池续航时间短、充电时间长、动力不足、设计成本高等缺点。由于磷酸铁锂电池的出现，推动了电动汽车行业的迅速发展，有利于电动汽车的普及。从统计资料显示，我国的动力锂电池制造规模日益加强，产量已经处于世界领先的水平。在这种大环境下，磷酸铁锂电池的应用也是势不可挡。