混合动力汽车电池组管理系统开发

【摘要】：随着国民经济和机械、电子工业的迅猛发展，汽车在人们日常生活中的作用越来越突出，日益成为人们生活中不可或缺的一部分。但是随着汽车保有量的不断增加，资源紧缺和环境污染的问题也给人们敲响了警钟，因此新能源汽车成为各国政府和世界汽车产商的重点发展对象，其中混合动力汽车兼具传统燃油汽车的动力性和电动汽车的低能耗、低污染的特点，成为新能源汽车中商业化最成功的车型。然而多年来混合动力汽车动力电池组续航里程短、寿命低、成本高的难题一直困扰着它的发展，因此一个有效的电池管理系统能够在现有电池技术上最大限度地发挥电池组的性能，提高续航里程、延长寿命、降低成本。 本文首先简述了电池管理系统的国内外发展现状，对论文课题研究的铅酸蓄电池的工作原理和主要特性做了详细的论述。实现了对铅酸电池组单体电压、电池组电流以及温度的监控，采用了经过修正的安时计量法以及卡尔曼滤波算法对剩余电量SOC进行了估计，最后通过CAN总线将数据与整车ECU以及其它网络节点进行通信。 本文选用TI公司的TMS320F2812芯片作为电池管理系统的硬件开发平台，完成了总体方案的设计以及相关硬件电路设计和软件程序的编写。搭建了电池管理系统与混合动力汽车电控单元的CAN总线通信网络，实现了电池管理系统ECU与网络其他节点的CAN总线通信。最后进行了电池管理系统的相关实验，试验验证了本系统对混合动力汽车的电池组电压、电流、温度等参数的采集以及对剩余电量SOC的估计都具有较高的精度，同时证明了CAN总线通信的有效性。 【关键词】：混合动力汽车 电池管理系统 TMS320F2812 SOC CAN总线
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7;TM912.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 发展现状10-12
• 1.2.1 国外发展现状10-12
• 1.2.2 国内发展现状12
• 1.3 论文研究内容以及主要工作12-15
• 1.3.1 系统硬件设计13
• 1.3.2 系统软件设计13
• 1.3.3 实验13-15
• 第二章 铅酸电池特性以及 SOC 估算15-26
• 2.1 铅酸蓄电池的组成和特点15-16
• 2.1.1 铅酸蓄电池的分类15
• 2.1.2 铅酸蓄电池的结构15-16
• 2.2 铅酸蓄电池的工作原理16
• 2.3 铅酸蓄电池的充放电特性16-17
• 2.3.1 铅酸蓄电池的放电特性16-17
• 2.3.2 铅酸蓄电池的充电特性17
• 2.4 电池的荷电状态 SOC17-23
• 2.4.1 荷电状态 SOC 的概念17-18
• 2.4.2 荷电状态的估算方法18-21
• 2.4.3 采用的铅酸电池 SOC 估计算法21
• 2.4.4 放电电流对 SOC 估计的影响21-22
• 2.4.5 温度对 SOC 估计的影响22-23
• 2.5 卡尔曼滤波估算蓄电池 SOC23-25
• 2.5.1 电池模型的选择23-24
• 2.5.2 电池模型的建立24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 系统硬件设计26-39
• 3.1 硬件电路的总体设计26
• 3.2 TMS320F2812 处理器简介26-28
• 3.2.1 处理器的选择26-27
• 3.2.2 TMS320F2812 的性能27
• 3.2.3 TMS320F2812 的片内外设27-28
• 3.3 最小系统的设计28-31
• 3.3.1 电源电路的设计28-29
• 3.3.2 系统时钟电路29
• 3.3.3 复位电路29-30
• 3.3.4 JATG 接口30-31
• 3.4 电池参数采集电路31-35
• 3.4.1 电压采集电路31-32
• 3.4.2 电流采集电路的设计32-33
• 3.4.3 温度检测电路33-35
• 3.5 CAN 接口电路的设计35-36
• 3.5.1 CAN 收发器的选择35-36
• 3.5.2 CAN 接口电路设计36
• 3.6 串行通信接口电路设计36-37
• 3.7 硬件抗干扰措施37-38
• 3.8 本章小结38-39
• 第四章 系统软件设计39-50
• 4.1 软件开发环境39-40
• 4.1.1 CCS3.3 软件集成开发环境39
• 4.1.2 CCS3.3 的图形用户界面39-40
• 4.2 系统软件的总体设计40-41
• 4.3 数据采集模块41-45
• 4.3.1 电池组单体电压、电池组电流采集程序42-44
• 4.3.2 温度信号采集程序44-45
• 4.4 串口通信程序设计45-49
• 4.4.1 发送过程46
• 4.4.2 接收过程46-48
• 4.4.3 SCI 通信波特率的设置48
• 4.4.4 SCI 初始化程序48-49
• 4.5 LabVIEW 程序设计49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 电池管理系统 CAN 总线设计50-62
• 5.1 CAN 总线通信50-52
• 5.1.1 CAN 总线简介50-51
• 5.1.2 CAN 总线的帧类型与格式51-52
• 5.1.3 CAN 总线的位仲裁52
• 5.2 TMS320F2812 的 eCAN52-54
• 5.2.1 TMS320F2812 的 eCAN 特点53
• 5.2.2 eCAN 模块的邮箱53-54
• 5.3 TMS320F2812eCAN 模块的配置54-56
• 5.3.1 邮箱的初始化54
• 5.3.2 CAN 通信波特率的设置54-56
• 5.4 消息的发送操作56
• 5.5 消息的接收操作56-58
• 5.6 电池管理系统 CAN 通信程序设计58-61
• 5.6.1 混合动力汽车 CAN 通信网络结构58-59
• 5.6.2 CAN 通信接收节点程序设计59
• 5.6.3 CAN 通信发送节点程序设计59-61
• 5.7 本章小结61-62
• 第六章 实验62-67
• 6.1 电池管理系统信号采集实验62-64
• 6.1.1 单体电池电压测量实验62-63
• 6.1.2 电池组电流测量实验63
• 6.1.3 电池组温度测量实验63-64
• 6.2 CAN 总线通信实验64-65
• 6.3 SOC 估算实验65-66
• 6.4 本章小结66-67
• 第七章 结论与展望67-69
• 7.1 结论67
• 7.2 展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文73

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