21世纪能源匮乏和环境污染是阻碍人类可持续发展的两座大山。习近平总书记在中共十九大报告中强调,发展清洁能源是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要任务。锂离子电池具有体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等特点,是一种非常优秀的清洁能源。论文基于水下机器人研发项目,对磷酸铁锂电池的特性、剩余容量的预估以及能量均衡策略做了研究,在实验室环境下设计了一套用于水下机器人的锂电池管理系统并使用ANR26650M1-B电池进行测试,验证了该系统的可行性。文章从磷酸铁锂电池的工作原理和充放电特性出发,对2.5Ah磷酸铁锂电池做了1C倍率标准充电实验、1C倍率标准恒流放电实验、同一温度不同倍率放电实验、同一倍率不同温度放电实验、不同倍率的脉冲放电实验。根据其充放电特性,建立了磷酸铁锂电池的二阶RC等效电路模型。同时使用MATLAB对电池OCV拟合,得到OCV与SOC的关系式。对电池参数进行识别得到电池欧姆内阻R₀、极化内阻R_p1/R_p2、极化电容C_p1/C_p2。然后通过对几种工程上常见的SOC估算理论进行分析,选择扩展卡尔曼滤波用作本文的SOC估算方法。在MATLAB/Simscape仿真环境中建立电池仿真模型,得到EKF估算SOC的仿真结果,与真实值误差在项目要求的5%以内,说明了EKF的实用性。另外,针对四并四串的电池包结构,通过分析几种非耗散型均衡策略的优缺点,选择基于双向反激变换器的多变压器均衡电路来实现SOC均衡。最后,在实际应用设计方面,本文采用dsPIC30F系列单片机作为中央处理器控制整个电路,使用LTC6804电池组监视器和ACS711霍尔传感器分别采集电压、电流的数据,通过RS-232接口实现单片机与上位机的串行通信。另外,LabVIEW开发电池监测系统的人机界面,可实时显示电池在充放电过程中的参数状态。在实验环境条件下,对ANR26650M1-B电池包进行SOC估算和能量均衡,验证BMS的功能完整性,完成用于水下机器人的智能锂电池管理系统的设计。