电动汽车蓄电池剩余电量估计算法的研究与实现

摘要

蓄电池剩余电量预测一直是一个研究热点,也是一个难点。为了准确地预测出其值,研究人员已经发明了很多方法,但实际应用效果都差强人意,只能在实验室中作一下演示。动力蓄电池作为电动汽车的主动力,它的剩余电量显示也是电动汽车仪表盘上的一个主要项目。由于电动汽车行驶时,动力蓄电池工作环境的复杂性加上该问题本身的复杂性,导致电池电量显示在仪表盘上还没有得到很好解决。
　　 本研究首先要找出一种合理的电动汽车行驶时的蓄电池剩余电量预测算法,然后研制出一款电动汽车仪表盘,利用找到的算法去显示剩余电量。当然仪表盘上还有其它一些应有的显示内容,为此在研发期间对电动汽车仪表盘也做了较多研究,包括仪表盘的软硬件实现方法以及仪表盘的最新发展状况。下面是所做工作的总结:
　　 1)论文前面着重研究各种蓄电池剩余电量预测方法,详细讨论了它们的实现原理,分析它们的优缺点。最后综合比较它们的实现难易程度,找到一种低成本,能在简单MCU上实现,且能比较好的显示出电动汽车蓄电池剩余电量的方法。
　　 2)该仪表盘的硬件架构是以单片机MSP430F5437为主控制器,配合各种外围模块,采集电动车上的各种数据,经过处理后以步进电机或LCD方式显示这些数据。要采集和显示的量有车速、电机转速、油位值、电机温度信号、电池电压和电流以及各种指示灯开关量信号等。硬件部分主要描述了这些采集显示电路的详细原理,并给出了PCB布板时的注意事项。
　　 3)软件部分主要描述了该仪表盘各种功能的实现方法,首先讲述了总体软件构架,分析了软件编写思路。其后详细分析了软件主模块以及各个子模块的功能、实现方法以及主要函数的编写。
　　 4)调试部分描述了仪表盘硬件电路调试注意事项及主要电路的调试方法,软件编写过程中的注意事项以及软件调试方法,最后总结了仪表盘上车调试要注意的事项,调试过程中发现的问题以及解决办法。
　　 最后,论文指出了在剩余电量预测算法研究方面以及仪表盘研制方面存在的不足,并对该电动汽车仪表盘的下一步发展方向作了一下展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 电动汽车用蓄电池概述

1.2.1 电动汽车用蓄电池发展现状

1.2.2 蓄电池剩余电量监测技术发展状况

1.3 电动汽车仪表盘发展现状

1.4 课题来源与主要工作

1.4.1 课题来源

1.4.2 主要工作

1.5 小结

第二章 电动汽车蓄电池剩余电量监测的基本原理

2.1 铅酸蓄电池的工作原理

2.1.1 双极硫酸盐化理论

2.1.2 铅酸蓄电池电化学反应特性

2.2 铅酸蓄电池的基本电特性

2.2.1 铅酸蓄电池的电动势及开路电压

2.2.2 铅酸蓄电池的容量与荷电状态

2.2.3 铅酸蓄电池的内阻

2.3 电动汽车铅酸蓄电池在汽车行驶时的表现与分析

2.4 小结

第三章 电动汽车蓄电池剩余电量估计方法确定

3.1 前言

3.2 各种蓄电池剩余电晕估计方法

3.2.1 安时法(时间积分方法)

3.2.2 曲线线性化方法

3.2.3 电池内阻测量方法

3.2.4 检测溶液密度法

3.2.5 神经网络方法

3.2.6 卡尔曼滤波方法

3.3 电动车仪表盘上可用的SOC测量算法

3.4 小结

第四章 电动汽车仪表盘的硬件设计

4.1 硬件设计方案

4.2 仪表小板电路设计

4.2.1 小板电源电路

4.2.2 电池实时电压监测电路

4.2.3 电池实时电流监测电路

4.3 仪表盘硬件电路设计

4.3.1 单片机及其最小系统电路

4.3.2 仪表盘电源电路设计

4.3.3 小板信号接收转换电路

4.3.4 车速信号接收电路

4.3.5 电机转速信号接收电路

4.3.6 电机温度监测电路

4.3.7 油浮子及其相关测量电路

4.3.8 步进电机及其驱动电路

4.3.9 液晶显示电路

4.3.10扩展功能-CAN通信电路

4.3.11仪表盘指示性信号电路说明

4.3.12汽车仪表电路抗干扰设计

4.4 小结

第五章 仪表盘软件设计

5.1 软件设计总体规划

5.2 主程序文件的编写

5.3 步进电机驱动程序编写

5.3.1 硬件方式驱动步进电机的程序编写

5.3.2 软件方式驱动步进电机的程序编写

5.4 简化的剩余电量估计算法

5.5 LCD驱动程序编写

5.5.1 HT1621B驱动LCD1020D方法

5.5.2 LCD驱动编程

5.6 CAN通信程序编写

5.6.1 CAN通信初始化

5.6.2 CAN通信接收子程序

5.7 其它子程序设计

5.7.1 实时时钟驱动程序编写

5.7.2 I2CE2PROM驱动程序编写

5.7.3 车速及转速信号接收程序

5.8 软件设计的注意事项与软件抗干扰设计

5.9 本章小结

第六章 电动汽车仪表盘软硬件调试与上车调试

6.1 仪表盘硬件调试

6.1.1 仪表小板硬件调试

6.1.2 仪表盘硬件调试

6.2 仪表盘软件调试

6.3 上车调试

6.3.1 上车调试前的注意事项

6.3.2 上车调试发现问题及解决办法

6.4 小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录