摘 要

船舶工业的快速发展加剧了环境污染和能源短缺的现状，传统的船舶使用柴油机作为动力源，在消耗大量能源的同时排放了大量废气，对人类的生存环境造成了极大破坏。而新型船舶动力源——动力电池作为电力能源，将从根本上消除此类污染状况。设计出安全、稳定、可靠的船舶动力电池管理系统以保证动力电池安全可靠工作具有十分重要的意义。电池管理系统的基础是准确、实时的监测出电池的信息，主要为电池的电压、电流和温度。因此，本文针对目前船舶动力电池管理系统成本较高而监测精度较低的现状，设计一款面向小型船舶的动力电池监测系统。

论文首先给出了船舶动力电池监测系统的监测要求，分析了系统的基本结构，经过比较论证确定了船舶动力电池监测系统的总体设计方案。然后进行了船舶动力电池监测系统的硬件设计，主要设计了主控模块、采样模块、电源模块、通讯模块、报警模块、存储模块等。最后进行了船舶动力电池监测系统的软件设计，给出了系统主程序、均衡操作、SOC估算、串口通讯的程序流程图。

所设计的船舶动力电池监测系统包含数据采集、数据存储、双向通讯、声光报警等功能，具有结构简单，成本较低的特点。

关键词：动力电池；监测系统；STM32

Abstract

The rapid development of shipbuilding industry aggravates the environmental pollution and energy shortage. Diesel engine is a traditional ship power source, it consumes a lot of energy and emissions exhaust gas. Further, it caused great damage to human survival environment.

Power battery is a new type of power energy which will eliminate the pollution status fundamentally. It is very significant to design marine power battery management system to ensure the battery safe and reliable operation. Battery management system is based on accurate and real-time monitoring of the battery information, mainly for the battery voltage, current and temperature. In view of the current ship power battery management system cost high and the monitoring accuracy is low, the power battery monitoring system for small ship has been designed in this paper.

First of all, the monitoring requirements and basic structure of the ship power battery monitoring system have been analyzed. And the overall design scheme of the ship power battery monitoring system is determined through the comparison and demonstration. The overall design scheme of the ship power battery monitoring system has been confirmed by comparing and demonstrating. Then, the hardware design of the ship power battery monitoring system has been designed, including the main control module, sampling module, power module, communication module, memory module and so on. Finally, the software design of the ship power battery monitoring system is carried out, and the program flow chart of the main program, balanced operation, SOC estimation and serial port communication is presented.

The design of the ship power battery monitoring system contains data acquisition, data storage, bidirectional communication, sound and light alarm functions, which has a simple structure and cost low.

Key Words: Traction battery; Monitoring system; STM32

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.2.3 研究现状分析 3

1.3 论文主要研究内容和结构安排 3

第2章 船舶动力电池监测系统的总体设计 5

2.1 船舶动力电池监测系统监测对象特征及监测要求 5

2.2 电压监测 5

2.3 温度监测 10

2.4 电流监测 11

2.5 电池监测系统总体框架 13

2.6 本章小结 13

第3章 船舶动力电池监测系统的硬件设计 14

3.1 主控模块 14

3.2 采样模块 14

3.1.1 电压采样电路 14

3.1.2 温度采样电路 14

3.1.3 电流采样点路 15

3.3 电源模块 15

3.4 通讯模块 16

3.5 存储模块 17

3.6 报警模块 17

3.7 时钟模块 18

3.8 本章小结 18

第4章 船舶动力电池监测系统的软件设计 19

4.1系统主程序 19

4.2均衡操作 20

4.3 SOC估算 21

4.4 串口通讯 22

4.5 CAN通讯 23

4.6 本章小结 25

第5章 总结与展望 26

5.1全文总结 26

5.2研究展望 26

参考文献 27

致 谢 28

附 录 29

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

随着人类社会的不断进步，科技发展迅猛。与此同时，也引发了能源短缺、生态污染等严重问题，使得人们对于可持续发展越来越重视，国家政府也在不断推进新能源体系比如动力电池有关的研究。

动力电池主要应用于：汽车和摩托车行业，作为发动机和车载电子设备的动力源；工业电力系统，为输变电站的动力机组提供合闸电流，为公共设施提供备用电源以及通讯用电源；电动汽车行业，取代柴油和汽油，为电动汽车的行驶提供所需电源。

传统的船舶均使用柴油机作为动力源，然而由此导致的燃油和废气排放污染使得人们不得不开始寻找新的动力源。为了最大限度的保护环境并解决能源问题，新型船舶开始尝试采用动力电池作为船舶推进系统的动力源。船舶动力电池作为电力能源，将从根本上消除一些较为严重的环境污染问题，这也使得纯电能动力船舶推进系统成为现代船舶发展的新方向，纯电能动力船舶推进系统结构图如图1.1所示。