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21世纪以来，国际海上安全和可持续发展理念的提出给航运业和造船业带来诸多的影响。国际环保要求日趋严格、船东履约要求逐步严格，这对低排放、清洁能源船舶提出了新的需求。与传统船舶系统相比，电力推进具有零排放、易于集成化、安全可靠性高、技术附加值高等特点，生态优势及综合效益明显。
锂电池管理系统对于电池船能源管理具有极为重要的作用，相比车载电池系统，针对电池船的锂电池管理系统的研究尚处于起步阶段。本文将围绕船用磷酸铁锂电池管理系统，在提出船用锂电池管理系统（BMS）整体架构的基础上，从充分挖掘使用锂电池性能的角度出发，对锂电池荷电状态SOC估算算法以及锂电池健康状态评估SOH展开了相关研究工作；此外，针对船用锂电池系统规模远较车载系统更为庞大，对BMS中海量的锂电池相关数据的采集与传输进行了研究与开发。
具体研究工作如下所述：
首先，对锂电池特性进行建模分析，进而对SOC估算算法展开研究。结合磷酸铁锂电池的特性，综合分析不同锂电池电路的等效模型，基于戴维宁等效电路模型利用HPPC实验就锂电池等效模型的参数辨识进行了研究；在对比分析与仿真安时积分法、拓展卡尔曼滤波法以及无迹卡尔曼滤波等算法的基础上，采用无迹卡尔曼滤波与安时积分法相结合的方式对锂电池的荷电状态进行估算，并通过搭建MATLAB模型进行仿真，验证了该算法相较于拓展卡尔曼滤波法对SOC估算具有更佳的效果。此外，采用电池内阻模式和电池容量模式相结合的方式对锂电池健康状态 SOH 进行评估，即利用拓展卡尔曼滤波估算出电池欧姆内阻，采用OCV-SOC查表法得出电池容量，凭借电压归一化曲线为基于电池内阻及电池容量的SOH评估提供评估的依据，最终给出了SOH评估的仿真结果。
其次，依据船用锂电池管理系统的功能需求提出了锂电池管理系统的总体架构。在分析船用锂电池管理系统基本功能及其需求的基础上，归纳了电池管理系统的关键特征，从充放电控制与保护、均衡控制与管理、CANFD通信与双CAN总线架构等模块进行了开发与设计；在此基础上设计了自顶向下的两级主从架构的船用锂电池管理系统，并给出了电池管理系统的软硬件整体架构。
再次，对锂电池管理系统的软硬件结构进行了设计。硬件设计方面，以S 32K 144为微控制器核心设计了锂电池管理系统，模拟前端采样芯片MC33772以高频正弦信号的形式将采样的模拟量信息传输给隔离收发器MC33664，同时MC33664利用SPI总线将得到的数据传递给主控芯片S32K144；采用具有菊花链级联的采样芯片MC33772搭建了电压、电流和温度采样电路；以高速CAN收发器TJA1044为主体设计了基于CAN总线的CANFD通信链路，实现了BMS主控板与从控板之间的高速CAN通信；同时，与S32K144提供的常规CAN通讯接口配合构建了高速与低速搭配的双CAN总线冗余通信机制，使本文设计的船用锂电池管理系统能符合船级社相关行业标准的要求；在软件设计方面，在基于集成开发环境S32DS完成了BMS软件整体架构的设计，在此基础上对从控板、主控板软件流程分别进行了设计，完成了整个BMS两级系统中的模拟数据采集、CANFD配置及通讯、充放电控制、均衡控制以及监控信号报警等程序的设计与开发。
最后，对整个两级架构的BMS原理样机进行了试验验证。搭建了主从结构的锂电池管理系统原理样机，针对船用BMS实际工况设计了具体的实验测试流程，在S32DS集成开发调试环境下，进行了电压、温度、电流的数据采集精度进行了分析验证；测试并验证了CANFD通信速率达到设计要求，验证了被动均衡控制逻辑的可行性，在恒流充放电工况下验证了文中所提出的SOC估算算法，实验表明SOC估算误差小于5%。
锂电池管理系统对于电池船能源管理具有极为重要的作用，相比车载电池系统，针对电池船的锂电池管理系统的研究尚处于起步阶段。本文将围绕船用磷酸铁锂电池管理系统，在提出船用锂电池管理系统（BMS）整体架构的基础上，从充分挖掘使用锂电池性能的角度出发，对锂电池荷电状态SOC估算算法以及锂电池健康状态评估SOH展开了相关研究工作；此外，针对船用锂电池系统规模远较车载系统更为庞大，对BMS中海量的锂电池相关数据的采集与传输进行了研究与开发。
具体研究工作如下所述：
首先，对锂电池特性进行建模分析，进而对SOC估算算法展开研究。结合磷酸铁锂电池的特性，综合分析不同锂电池电路的等效模型，基于戴维宁等效电路模型利用HPPC实验就锂电池等效模型的参数辨识进行了研究；在对比分析与仿真安时积分法、拓展卡尔曼滤波法以及无迹卡尔曼滤波等算法的基础上，采用无迹卡尔曼滤波与安时积分法相结合的方式对锂电池的荷电状态进行估算，并通过搭建MATLAB模型进行仿真，验证了该算法相较于拓展卡尔曼滤波法对SOC估算具有更佳的效果。此外，采用电池内阻模式和电池容量模式相结合的方式对锂电池健康状态 SOH 进行评估，即利用拓展卡尔曼滤波估算出电池欧姆内阻，采用OCV-SOC查表法得出电池容量，凭借电压归一化曲线为基于电池内阻及电池容量的SOH评估提供评估的依据，最终给出了SOH评估的仿真结果。
其次，依据船用锂电池管理系统的功能需求提出了锂电池管理系统的总体架构。在分析船用锂电池管理系统基本功能及其需求的基础上，归纳了电池管理系统的关键特征，从充放电控制与保护、均衡控制与管理、CANFD通信与双CAN总线架构等模块进行了开发与设计；在此基础上设计了自顶向下的两级主从架构的船用锂电池管理系统，并给出了电池管理系统的软硬件整体架构。
再次，对锂电池管理系统的软硬件结构进行了设计。硬件设计方面，以S 32K 144为微控制器核心设计了锂电池管理系统，模拟前端采样芯片MC33772以高频正弦信号的形式将采样的模拟量信息传输给隔离收发器MC33664，同时MC33664利用SPI总线将得到的数据传递给主控芯片S32K144；采用具有菊花链级联的采样芯片MC33772搭建了电压、电流和温度采样电路；以高速CAN收发器TJA1044为主体设计了基于CAN总线的CANFD通信链路，实现了BMS主控板与从控板之间的高速CAN通信；同时，与S32K144提供的常规CAN通讯接口配合构建了高速与低速搭配的双CAN总线冗余通信机制，使本文设计的船用锂电池管理系统能符合船级社相关行业标准的要求；在软件设计方面，在基于集成开发环境S32DS完成了BMS软件整体架构的设计，在此基础上对从控板、主控板软件流程分别进行了设计，完成了整个BMS两级系统中的模拟数据采集、CANFD配置及通讯、充放电控制、均衡控制以及监控信号报警等程序的设计与开发。
最后，对整个两级架构的BMS原理样机进行了试验验证。搭建了主从结构的锂电池管理系统原理样机，针对船用BMS实际工况设计了具体的实验测试流程，在S32DS集成开发调试环境下，进行了电压、温度、电流的数据采集精度进行了分析验证；测试并验证了CANFD通信速率达到设计要求，验证了被动均衡控制逻辑的可行性，在恒流充放电工况下验证了文中所提出的SOC估算算法，实验表明SOC估算误差小于5%。