（MineArc），这 3 家单位研发成果丰硕。 电池管理系统作为救生舱的关键技术之一以及电动汽车领域的蓬勃发展已经成为研究

人员关注的焦点。另一方面通过电池管理系统人们希望有效的管控电池工作状况以提高设 备的整体性能，延长电池寿命。电池是一种多因素干扰的非线性控制对象,我们为了能在 线地反映出电池实时的工作状态，就要依靠电池模型、现代控制理论算法和控制器等手段

[1]。在国内，北京交通大学和北京航空航天大学对电池管理系统的研制起步较早已经有近

20 年的研发经验。表 1。1 为各个单位对电池管理系统的研发成果及其功能。

表 1。1 电池管理系统研发进程

单位 研究成果、功能

北京理工大学 研制出了以单片机为核心的铅酸电池管理系统 分布式的电池管理系统，对动力电池组的总压力、总电流、工作温度等进行采集

比亚迪公司

奇瑞汽车

并估算电池组的 SOC

分布式的电池管理系统，使用 CAN 总线和远程数据采集模块进行通信对电池进行 安全稳定和优化管理

1。3  本文研究内容

本文以矿用救生舱不间断电源供应为出发点，以磷酸铁锂锂离子电池为研究对象，深 入分析了锂离子电池的工作机理与特性。为进一步发挥锂离子电池的效能、保证救生舱可 靠运行，本文将会研究电池管理系统各个功能模块、电池快速充电设备以及其负载逆变器。 重点是对电池的荷电状态估算策略进行理论分析、建模和仿真，最后将给出 BMS 软硬件设 计方案。本文研究内容如下：

a）对锂离子电池的物化特性进行分析，其中将会较详细的分析了其电化学充放电原理， 为深入理解性能、特点将会提及锂离子电池几个物理参数的概念并分析锂离子电池的开路 电压特性、温度特性、倍率特性。

b）将给出电池管理系统的整个框架图并简要分析，同时探讨电池的充电设备开关电源、 放电对象逆变器的工作原理。电池组容量均衡模块是 BMS 必不可少的环节，本文将会对容

量均衡具体实现方案进行一些探讨。然后简述数据采集模块、诊断保护模块、状态估算模 块和人机交互模块等功能。文献综述

c）分析现有荷电状态的估算策略及其影响因数，探讨常见的电池电路模型，提出基于 拓展卡尔曼法的荷电状态估算策略。并在实验数据的基础上建立估算策略数学模型，并尝 试利用 MATLAB 仿真软件实现模型的验证。

d）选择基于 C8051F350 微控制器对硬件设计方案包括数据采集电路、容量均衡电路、 控制与保护电路和通信电路完成原理图绘制。软件设计方面将会设计各个模块的程序流程 图，并搭建上位机 GUI 人机交互界面。将会提出 BMS 系统的相关测试内容。

2 锂离子电池工作机理与特性

锂离子电池以其优越的性能在众多化学二次电池之中脱颖而出，表 2。1 为锂离子电池 和镍氢电池、镉镍电池性能的比较。从表中可以看出锂离子电池具有标称电压高、比能量 高、使用寿命长、安全性高、无记忆效应等优点。本设计就是采用磷酸铁锂锂离子电池作 为矿用救生舱不间断电源储能电池，故必须对锂离子电池的工作机理和特性的进行深入的 研究。

表 2。1 锂离子电池、镍氢电池、镉镍电池性能比较

参数 锂离子电池 镍氢电池 镉镍电池