论文总字数：35155字

摘 要

本文首先对电动车辆电源管理系统进行介绍，参考了国内外文献，对其发展和现状进行了一定的描述。论文第二章介绍了设计所用锂电源，对于锂电源的选择进行解释；并对所用STM进行介绍，描述其优点和使用方法；最后是电源电压管理系统的硬件设计，对系统进行电路设计并对电路进行描述分析。最后一章电源电压管理系统的软件设计，使用keil进行编程，并将程序载入STM32板，直观地对系统运行情况有个了解，以达到对电源电压管理系统验证的目的。

关键词：电源电压管理系统 STM32 keil仿真

Based on SMT32 electric vehicle power supply voltage of the design of the management system

Abstract

This article first introduced to electric vehicle power management system, reference the literature at home and abroad, the development and present situation was described.Paper used lithium-ion batteries, the second chapter introduces the design explanation for the choice of lithium-ion batteries;And used STM were introduced, describes the advantages and methods of use;Finally is the supply voltage management system hardware design, circuit design of system and analyzing the circuit is described.The last chapter of the power supply voltage management system software design, using the keil programming, and the program load the STM32 board, intuitively have a knowledge of system operation, to achieve the goal of management system verification of supply voltage.

Keywords: supply voltage management system STM32 keil simulation

目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1课题背景

1.2课题的目的及意义

1.3课题的钻研现状

1.3.1电源电压管理系统的发展

1.3.2电动车辆电源的分类

1.4本章小结

第二章系统的硬件设计

2.1锂离子电源性能钻研

2.1.1锂离子电源工作原理

2.1.2不同倍率下锂离子电源性能参数

2.2STM32微处理器

2.2.1STM32介绍

2.2.2STM32的基本配置

2.2.3STM32设计图

2.3本章小结

第三章系统的软件设计

3.1电路电压的设计

3.2电源温度测量的设计

3.3LCD显示的设计

3.4成果展示

3.5本章小结

第四章结论与展望

参考文献

致谢

附件

附件一电路电压的编程设计

附件二电源温度的编程设计

附件三LCD显示的编程设计

第一章 绪论

1.1 课题背景

新能源车辆包括混合动力车辆、纯电动车辆（BEV，包括太阳能车辆）、燃料电源电动车辆、氢发动机车辆、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）车辆等各类别产品。电动车辆是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。因此混合动力车辆、纯电动车辆、燃料电源电动车辆都被归为电动车辆。

就现在而言，发展电动车辆，达成车辆能源动力系统的电气化，推进传统车辆产业的战略转型，在全球已经形成了潮流。根据各大车辆公司下达的产品上市计划，预计2012年前后将迎来全球电动车辆产业化发展的一次高潮。电动车辆一旦取得市场突破，必将对全球车辆产业格局产生巨大而深远的作用。因此，顺应全球车辆工业发展潮流，把握交通能源动力系统转型的战略机遇，坚持自主创新，动员各方面的力量，加快推进电动车辆产业发展，对抢占未来车辆产业竞争制高点、达成我国车辆工业由大变强和自主发展至关重要，也十分紧迫。

(1)是各国政府相继下达电动车辆发展战略和国家计划，进一步为产业发展指明了方向。

(2)是动力电源得到高度正视，研发投入急剧增加，电动车辆技术瓶颈突破的预期大大增强。

(3)是各国政府加大政策支持力度，全力推进电动车辆产业化。

(4)是纯电动车辆得益于高性能锂离子电源的发展应用，受到各国政府和各大车辆公司的重新正视，产业化步伐不断加快。

随着车辆造成的环境污染和石油危机日益严重，20世纪90年代以来，电动车辆钻研开始受到正视。经过近20年的钻研，已经在电动车辆关键技术、系统集成、试验应用上达成了全面突破，就现在而言全球主要国家争相开展产业化工作。

1.2 课题的目的及意义

电动车辆之因此成为本世纪技术开发的宠儿，首先是因为电动车辆直接采用电机驱动，本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。发电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且发电厂的场所固定，有害排放物集中排放、清除较容易。由于电力可以从多种一次能源中获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，可以很好地解除人们对石油资源日见枯竭的担心。其次，电动车辆能够充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备得到充分利用，大大地提高了经济效益。有关钻研表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电、充入电源、由电源驱动车辆，其能量利用功效比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动车辆高，因此有利于节约能源和减少CO2的排量。

本文设计的电源电压管理系统使用STM32单片机作为控制核心，达成了数字控制。数字控制相对于模拟控制具有很多优点：系统更新或升级比较容易达成，不需要更改硬件电路而只是修改单片机中的控制程序即可；更容易达成一些先进的控制理论或控制算法，使系统更加完善、更加智能；系统经济性好，可靠性高，并且出现故障时便于维修；系统易于达成标准化，可以采用统一的硬件电路板，只对程序进行更改就可以达成不同功能。

1.3 课题的钻研现状

1.3.1 电源电压管理系统的发展

电动车辆用电源的使用寿命远不能满足电动车辆运营的要求制约着电动车事业的发展。这一方面与电源的制造技术和工艺有关，另一方面也与电源的管理功能不完善有关。电动车辆的发展及产业化，对动力蓄电源管理系统将具有巨大的市场需求，技术上也将提出更高的要求。电源管理系统作为电源系统的重要组成部分，需要完成优化使用电源能量、杜绝电源滥用以及延长寿命的重要任务，真正的达成对电源的有效和高效管理。电源管理系统的现状早期的电源管理系统一般只具有监测电源电压、温度、电流的简易功能。随着先进电源在电动车中应用的推广，对电源管理系统的要求越来越高，电源管理系统的功能也越来越强。电动车事业的蓬勃发展，给电源管理技术的发展带来强大动力。经过长时间普遍的钻研和装车应用，人们对电源的认识增强，对电源的管理也日趋有效，电源管理系统得雏形已经建立，人们对其的功能已有明确的定义，其重要性也得到充分的肯定。电源管理系统已经从监控系统逐渐向管理系统转变。为了满足电动车辆的实际运行需求，电源管理系统在功能、可靠性、实用性、安全性等方面都做出了重要努力。检查方面，提高了电压、温度及电流的测量精度，基本满足车辆运行和电源使用的要求。过充电和过放电控制方面，增加了齐备的通讯功能，在车辆运行的过程中，与整车控制器通讯，能达成优化驾驶，提高车辆性能，防止过放电；充电过程中，与充电机通讯能达成协调控制和优化充电，保障充电的快速性和安全性，避免电源在使用过程中因过充电或过放电而作用电源寿命，降低运行成本。数据处理方面，增加了电源故障的实时分析本领，对电源的滥用进行预警和报警，对故障进行定位，为电源的维护提供便利。可靠性方面，结合现代大规模集成电路技术，提高系统运行的抗干扰本领。均衡方面，增加了电源的均衡控制本领，提出了充电均衡、放电均衡、电阻均衡、开关电容均衡以及利用现代电力电子变流技术等均衡措施。数据库管理方面，由于电源和电动车都处于试验和日益完善的阶段，电源管理系统多配备了电源运行和充电数据的数据库管理系统，便于对电源性能进行评价，对车用电源的优化设计提供数据支持。但是，电源的ＳＯＣ估算和ＳＯＨ评估还不能满足车辆和电源实际需求是电源管理系统最大的缺陷，这极大的限制了电源容量有效发挥，降低了电源均衡效果，使得电源过充电和过放电控制缺乏充足的依据，电源使用的安全性和可靠性随之降低。这直接作用到电源的性能和电源寿命以及电动车辆的驾驶性能和电动车事业的推广。因此从电源的内部机理和外特性出发，从电源的电化学、热学以及电学对电源进行综合建模及其模型参数的自适应识别技术、利用电源模型对电源的ＳＯＣ估算及ＳＯＨ评估技术、电源优化充放电控制算法及均衡充电技术是电源管理系统亟待解决的问题，也是今后的主要发展方向。电源的建模电源模型是电源管理的理论基础，是电源充放电控制的重要依据，对电源模型的钻研历来受到钻研人员的正视。电源模型也是电源仿真的基础，完善电源模型的建立并嵌入整车控制系统进行综合仿真，对于电源的容量选择、车辆性能的优化、节省开发时间和成本都有重要意义。电源性能的提升需要对电源有充分的认识和了解，电源模型的建立对于提升电源性能有重要作用的理念逐渐深入人心。经过一段时间的钻研，在电源模型的探索和建立方面也取得相当的成绩。已建立了电化学机理模型、电源一阶等效电路模型、Ｔｈｅｖｅｎｉｎ模型、四阶动力学模型、模糊控制模型、人工神经网络模型等。部分模型嵌入电源管理系统取得一定的效果，然而由于电源是一个复杂的系统，它的性能与电解液的导电性和扩散性、活性材料的数量、化学反应的条件、充放电倍率、温度、实际容量、寿命、内阻等因素息息相关。建模时需要对其电学、化学以及热学有综合的了解。因此迄今为止，基于此的电源建模和仿真都较少。另外，性能优良的锂离子动力蓄电源推广的时间短，人们的认识还不充分，而且这些电源多数应用在手机、手提电脑、ＤＣ和ＤＶ等小功率场合，在电动车辆等大容量电源大量串并联的场合应用的实例还较少，无可借鉴的经验和数据。加之动力电源的电学特性呈现相当的非线性，滞后效应严重，以及电动车的应用环境复杂，对电源模型的动态特性、精度都提出了更高的要求，现有的电源模型在电动车中应用时还存在着各种问题，迫切需要钻研适合于电动车使用的动态特性好、精度高、适用于各种充放电工况的电源模型。但从实际应用考虑，电源模型的完善程度及其参数识别方法复杂程度与电源管理系统的实时计算处理本领之间的矛盾对电源的建模提出了更高的要求。由于不同厂商的电源，同一厂商不同批次的电源，甚至是同一批次的电源的性能也存在较大的差异，特别是电源经过一定的循环次数后，电源的性能衰退、容量衰减、内阻增加等都会导致电源的模型参数的差异和变化，这对电源模型的参数识别技术提出了更高的要求。这需要电源模型在建立的同时，需要充分的考虑各个参数能通过可测的外特性进行反馈和实时的修正，以便使得电源模型具备通用性和便于推广，这有赖于自适应参数辨识技术的引入和使用。因此电源建模的难度大，利用电源模型进行仿真和嵌入电源管理系统对电源进行有效的管理还有很大的发展空间。

1.3.2 电动车辆电源的分类

（1）碱性燃料电源（AFC）是第一个燃料电源技术的发展，最初由美国航空航天局的太空计划，同时生产电力和碱性燃料电源水的航天器上。AFCS继续使用NASA航天飞机上的整个程序中，除了数量有限的商业应用。AFCS使用如氢氧化钾在水中的碱性电解液，一般燃用纯氢气。第一个在100amp;ordm;C和250amp;ordm;C，但典型的工作环境下运行的自动飞行控制系统，大约有70amp;ordm;C。作为一个结果，在低的操作温度，它是没有必要采用一种在系统中的铂催化剂，而是可以使用各种非贵金属作为催化剂，以加快反应，在阳极和阴极发生。镍是最常用的催化剂在AFC单元。由于这些细胞的化学反应发生率比较高的燃料，电力的转换功效，在某些应用中高达60%。

原理：

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