基于STM32的电动汽车锂电池管理系统设计

摘要

近年来，随着人们生活水平的不断提高，世界上的汽车数量也大幅增加，其中传统燃油汽车的巨大数量加剧了能源危机和环境污染问题。因此，世界各国纷纷提出要大力发展电动汽车，解决能源和环保问题对汽车行业发展的约束。而动力电池为电动汽车提供动力时，需要时刻显示电池剩余电量以及保证电池安全可靠的运行，这就需要专用的系统对电池进行管理。电池管理系统能够延长电池的使用寿命，降低维护成本，能够最大化的增加电动汽车的续航里程。
　　本文依据电动汽车选用动力电池的标准，确定系统设计所使用的动力电池为SE60AHA型号的磷酸铁锂电池，并根据磷酸铁锂电池的特性，搭建了电池的PNGV等效电路仿真模型，并在恒流放电和动态工况两种标准下，对所建立的仿真模型的正确性进行了验证。
　　对常见的SOC算法进行了分析、比较，介绍温度、放电倍率等因素对电池SOC估算准确度的影响，最终选择了Kalman滤波算法估算电池的SOC。然后结合电池PNGV等效电路搭建了电池SOC估算仿真模型，并在恒流放电和动态工况两种标准下，对所建立的仿真模型的正确性进行了验证。
　　硬件设计方面，选择ST公司生产的STM32F103ZET6微控制器作为本系统的主控制器，并选择了ADI公司生产的AD7280A电池监控芯片测量电池参数。按照电路功能将硬件电路分为主控部分、采样部分、均衡部分和通信部分，并设计出各部分功能实现的具体电路。软件设计方面，在keil uVision5开发环境下，编写各程序实现的代码，并进行软件仿真验证代码的正确性。
　　最后，对系统功能进行测试，检验所设计的系统在实际应用是否能满足需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 电动汽车锂电池管理系统概述与意义

1．2．1 电池管理系统基本功能

1．2．2 电池管理系统的意义

1．3 国内外电动汽车的发展状况

1．4 国内外电动汽车电池管理系统的发展状况

1．5 论文主要章节内容

2 磷酸铁锂电池的性能分析

2．1 电池的工作原理及性能分析

2．1．1 磷酸铁锂电池工作原理

2．1．2 磷酸铁锂电池的特点和优势

2．2 磷酸铁锂电池的工作特性

2．2．1 电压特性

2．2．2 温度特性

2．2．3 充放电特性

2．2．4 循环寿命

2．3 电池的等效电路模型

2．4 PNGV等效电路模型实现

2．5 本章小结

3 电池荷电状态估算方案研究与仿真

3．1 电池荷电状态估算概述

3．1．1 电池荷电状态(SOC)估算意义

3．1．2 常见的SOC估算方法

3．2 影响SOC估算的因素

3．2．1 温度

3．2．2 放电倍率

3．2．3 自放电率

3．2．4 电池寿命

3．3 基于Kalman滤波的SOC估算仿真实现

3．3．1 非线性Kalman滤波器

3．3．2 Kalman滤波器变量选定

3．3．3 Kalman滤波估算SOC仿真模型

3．4 本章小结

4 电池管理系统硬件设计

4．1 系统整体结构设计

4．2 主控部分硬件设计

4．2．1 主控制板微处理器概述

4．2．2 电源电路设计

4．2．3 时钟和复位电路设计

4．3 采集部分硬件设计

4．3．1 AD7280A芯片简介

4．3．2 电压采样电路设计

4．3．3 电流采样电路设计

4．3．4 温度采样电路设计

4．4 均衡部分硬件设计

4．5 通信部分硬件设计

4．5．1 串口通信电路设计

4．5．2 CAN通信电路设计

4．6 本章小结

5．1 软件开发环境

5．2 系统软件主程序设计

5．3 系统软件子程序设计

5．3．1 AD7280A初始化程序

5．3．2 电压和温度采集程序

5．3．3 电流采集程序

5．3．4 SOC算法程序

5．3．5 故障判断程序

5．3．6 CAN通信程序

5．4 本章小结

6 实验测试与仿真结果

6．1 系统硬件测试平台

6．2 仿真结果

6．2．1 电池电压仿真

6．2．2 SOC估算仿真

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果