具主從架構之電動車電池管理系統開發

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題名:	具主從架構之電動車電池管理系統開發
作者:	戴亞霖林正乾
貢獻者:	電機工程系
關鍵詞:	殘餘電量估測電動車多模組電池管理系統主從架構二段式充電法
日期:	2013
上傳時間:	2013-08-02 14:13:28 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	鋰離子電池是現今電動車最佳的動力來源，因鋰離子電池的優異電化學反應對電動車帶來效率的改善，並提升了車子的續航能力，鋰離子電池雖擁有高能量密度與放電能力高之優異能力，但鋰電池常因使用不當而造成災難性的意外發生，而電動車所需的電池組，通常是由多顆鋰離子電池串並聯而成，為了避免電芯過充或過放並改善電芯電壓不一致等問題，必須建構電池管理系統來確保電池組運作在安全的範圍內，對於以電池組為核心的電動車來說，電池管理系統具有一定程度的重要性，是兼顧安全與性能的首要機制。本研究針對電動車現有的問題與需求，在自行研製的96V電動車上，開發出一套適用於96V32S鋰離子電池組的多模組之電池管理系統，此電池管理系統是由模組電池管理系統與主控制系統所組成，以主從架構為基礎進行開發，將96V32S的鋰鐵磷電池分成兩個串聯的48V16S電池模組，分別由兩個模組電池管理系統進行管理，由主控制系統來統一接收模組電池管理系統的資料，而在本研究的主從架構中，以主控制系統為Master，兩個電池管理系統模組則為Slave，主控制系統會發送對應的指令給對應的模組電池管理系統，模組電池管理系統便會將電池組數據傳送給主控制系統，主控制系統則根據接收到的資料進行分析、計算與警示，並將數據傳送至車載資訊系統的人機畫面上，供駕駛者或研究人員了解電動車與電池組的狀態，以達到監控與安全的目標。本電動車是以前二後一的架構進行研製，全車採用輕質化的鋁材來加工與組裝，並使用96V/2500W的輪轂馬達來做為全車的動力來源，除了輕量化的電動車以外，模組電池管理系統具有單電芯電壓量測、電流量測、主動式平衡系統、模組電池異常警示以及隔離型通訊功能，即使脫離主從架構依然可單獨針對48V16S的電池組進行管理，主控制系統則是為多模組之電池管理系統的協調者，負責接收兩個模組電池管理系統的電池組參數與狀態，透過自身的量測系統來偵測電池總電壓、電池總電流以及行車數據，並根據資料進行殘餘電量與二段式充電法的計算與控制，而車載資訊系統是扮演著智慧型儀表以及資料分析與儲存的角色，利用圖控軟體自行撰寫一個適用於本研究的車載資訊系統，此系統包含行車儀表、單電芯數據、電池組狀態以及資料儲存的功能，讓駕駛者或研究人員可即時了解電動車之狀態。本研究所開發的電池管理系統可準確量測電池組的參數與狀態，其中包含誤差為20mV的單電芯電壓量測系統、平衡電流最大6A的主動式平衡機制以及具主從架構的多模組電池管理系統，適合應用於高串聯且多模組的電池組上，另外本研究的二段式充電法可在不過充的狀態下確保各電芯為飽電的狀態，並透過殘餘電量估測來精準估測電池組的殘電量，將誤差抑制在5%以內，而本研究最終將安裝至自行研製的96V電動車上進行測試，測試項目分為爬坡、一般道路、起步、加速力以及續航力測試，並透過自行撰寫的車載資訊系統來進行即時資料的顯示與記錄，經過實際測試，本研究的電池管理系統可於各種路況下正常穩定運作，不因電池組的大功率輸出而影響量測精度與通訊品質，且二段式充電法可確實延長電池組的續航力，確實充飽各電池的電量且放電時不易受較低電壓之電池所牽制，配合本研究的殘餘電量估測更能精準估測電池組的殘電量，讓駕駛者能準確預估剩餘續航力，避免陷入半路無法驅動的窘境。
顯示於類別:	[電機工程系(所)] 【電機工程系所】博碩士論文

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