论文总字数：21192字

摘 要

新能源汽车与传统油车对比，传统油车有着每公里的耗油量，而现在的新能源汽车只有续航里程，对于每公里的耗电量并不明确。电池管理系统技术越来越成熟，但是在测量电池的实时电功率还可以进一步的提高测量精确度。本文主要研究了不同的道路路况对智能小车行驶过程当中电池输出实时电功率的影响，设计电路可以实时测量电功率，搭载着的车载显示屏可以描绘电池电功率实时数据以及曲线，同时设计一个地面站可以实时传输数据，观察到电池的电压、电流、平均电功率实时数据。

研究结果表明：智能小车在上坡下坡、左右转弯这些路况行驶时，实时电功率跳变比较大，从这些数据曲线可以反映出小车的行驶状态，监测电池的状态，通过测量数据可以为估算新能源汽车的每公里耗电量提供参考价值。

本文的创新之处：模拟各种路况对电池输出电功率的影响，实时测量电池数据，车载端与地面站实时传输并同步显示测量数据，使用STM32单片机，拓展性比较强，为新能源汽车电池管理系统的数据分析提供方便。

关键词：实时；监测；显示；电功率；电池管理系统

Abstract

Compared with the traditional oil vehicles, the new energy vehicles have a fuel consumption per kilometer, while the current new energy vehicles only have a endurance mileage, which is not clear about the power consumption per kilometer. Battery management system technology is more and more mature, but in the measurement of real-time battery power can further improve the measurement accuracy. This paper mainly studies the influence of different road conditions on the real-time electric power output of the battery during the driving process of the intelligent car. The design circuit can measure the electric power in real time. The vehicle mounted display screen can describe the real-time data and curve of the battery electric power. At the same time, a ground station can transmit the data in real time and observe the real-time voltage, current and average electric power of the battery data.

The research results show that the real-time electric power jump of the intelligent car is relatively large when it is running on the uphill, downhill, left and right turns. From these data curves, the driving state of the car can be reflected, the state of the battery can be monitored, and the measured data can provide a reference value for estimating the power consumption per kilometer of new energy vehicles.

The innovation of this paper is to simulate the influence of various road conditions on the output power of the battery, to measure the battery data in real time, to transmit and display the measured data in real time between the vehicle end and the ground station, and to use STM32 single chip microcomputer, which has a strong expansibility, so as to provide convenience for the data analysis of the battery management system of new energy vehicles.

Key Words：real time; monitoring; display; electric power; battery management system

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 本文主要内容 4

第2章 智能小车运行实时电功率测量技术与方法 6

2.1 引言 6

2.2 电压测量 6

2.2.1电压测量方法 6

2.2.2 电压测量方法对比与选择 8

2.3 电流测量 8

2.3.1 电流测量方法 8

2.3.2电流测量方法对比与选择 10

2.4 本章小结 10

第3章 测量电路设计实现 11

3.1 引言 11

3.2 测量电路的设计 11

3.3 显示电路的设计 12

3.4 测量结果 13

3.5 误差分析 14

3.5.1 测量电压误差 14

3.5.2 测量电流误差 14

3.6 本章小结 15

第4章 监测平台设计实现 16

4.1 引言 16

4.2 行车控制模块的设计 16

4.3 无线传输模块 17

4.4 整个平台的PCB设计 18

4.5 本章小结 20

第5章 设计总结与展望 21

参考文献 23

致谢 25

第1章 绪论

1.1 背景与意义

中国的能源消耗在世界上占据了很大的比例，不可再生能源石油、煤消耗越来越多，不可再生能源是无法长期满足国内的使用，新能源汽车正是顺应当今节能减排的潮流而产生的，并且新能源汽车具有广阔的发展前景。我国非常注重发展与提高科学技术水平，全面提高人民经济水平与生活质量，宣传环保低碳的重要性，人们的环保意识与综合素质不断的提高，加大政策对新能源汽车的扶持力度，新能源汽车技术与电池技术的不断发展与成熟，使得新能源汽车越来越受到大家的关注与选择。但是，还是存在很多消费者不选择新能源汽车，根据某网站的调查统计^[1]，70.3%的消费者之所以不选择新能源汽车，主要是因为对电池技术不信任造成的。新能源汽车的核心部件是电池，电池技术的发展直接影响新能源汽车的性能，目前新能源汽车电池技术续航能力比较差，寿命比较短，安全性相对来说比较低，此外由于电池质量电荷量也比较小^[2]，导致新能源汽车与普通汽车相比加速性能较差，最高车速也比较低，因此导致许多消费者仍然选择购买普通汽车。研究新能源电池技术，满足新能源汽车出行的舒适性与安全性，需要一个可靠的电动汽车电池管理系统对电池的状态进行实时监测。

为了提高电池管理系统的可靠性，减少由于电池过充电、过放电、温度过高等因素引起的电池系统故障造成的安全事故，要提高电池管理系统对于电池电压、电流、温度的监测能力，对于测量的数据要求精确度高，还要求电池管理系统具有较好的实时性。为了最大限度的发挥电动汽车的动力电池的效能^[3]和解决驾驶员的里程焦虑问题，需要对电池健康状态进行准确预测。本文为电池管理系统提供可靠的测量方法，提高测量数据的可靠性与拓展性，对电池进行了实时电压、实时电流、实时电功率的测量，同时还研究了不同路况对电池造成的影响，描绘其实时功率曲线，为电池管理系统提供可靠的功率分析曲线。

电池管理系统的核心是实时性与可靠性，电池管理系统要实时、准确监测电池的电压、电流等保证电池处于安全的工作状态，有利于及时发现和维护有问题的电池，避免亏电电池长期与较好的电池一起串联使用，最大限度地保证电池的可靠运行，延长电池的使用寿命^[4]，有利于制定合理的维护方案，为电池检修技术人员提供了重要的参考。提高电池监测技术，保障电池系统的安全，从而保障整车的安全性能，有利于推广新能源汽车，响应国家政策，降低新能源汽车成本，给予消费者安心，降低故障发生的概率，还能避免破坏公共资源。随着全球能源危机来临和环境污染问题不能得到有效改善，世界各国都在寻找既能够解决汽车能源不足问题又能够解决环境污染问题的方法，发展与研究新能源汽车便是为解决这些问题的最佳方案。使用新能源汽车可以有效减少化石能源使用进而实现零污染物排放，对于实现人与自然和谐共生具有重要的意义。

由于电池制造工艺受到一定的局限性，短期内不能大幅度的提高，电池管理系统起到了至关重要的作用。本文以智能小车的电池为研究对象，对智能小车的电池输出电功率实时监测、实时传输测量数据与实时显示测量数据，为新能源汽车电池管理系统发展提供了方法，监测电池状态可以在最大程度上保证了新能源汽车的行车安全。

1.2 国内外研究现状

这段时间以来无论是国内还是国外都非常重视新能源汽车的发展，特别是对电池技术的发展尤为重视，与之相对应的电池管理系统也随之发展起来，对于电池管理系统的研究有着多方面的内容。主要包括了对实时电压、电流的测量，估计电池的剩余电量，温度的监测，电池内阻等等。其中实时电压、实时电流是最重要的测量参数，国内外高校、企业、研究院非常重视电池技术的研究，基于实时电压、实时电流可以估算电池状态，实现电池组的均衡管理，提高系统的稳定性与可靠性，国内外对于电池剩余电量的算法也不断改进，期望设计出更加安全可靠的电池管理系统。

1.2.1 国内研究现状

我国从1996开始启动了国家电动汽车重大科技产业工程项目，2001年又启动了电动汽车重大科技专项，2007年8月31日，我国第一家具备研发、制造和试验检测能力的电动汽车公司南车时代电动汽车公司成立，此后深圳比亚迪股份有限公司也推出了新型的电动汽车^[5]。国家在“九五”、“十五”、“十一五”期间，投入了大量的资金进行电动汽车进行研发，电动汽车被列入“863”重点项目。

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