电动汽车电池温度监测与控制电控系统设计(附件)
社会在发展，人类在进步，市场需求在不断变化，因此当今市场上的商品科技含量越来越高，这是时代发展的结果，也是汽车的发展趋势，汽车电动化在汽车行业中具有深远意义。本文针对电动汽车的心脏—电池的工作温度展开设计工作，了解电动汽车电池温度监测与控制电控系统的技术现状与未来发展。根据国内外电池电控系统发展的现状，总结出本论文的工作重点。论文首先讨论电动汽车的电控系统，并且重点分析电动汽车的电池温度监控的重要性，设计电池温度监控系统方案。其次，根据系统结构原理，设计系统硬件总体结构，根据系统硬件结构设计系统软件结构，根据系统功能分模块设计软件功能。最后，将个子模块软件整合到一起，实现系统软件设计。关键词 电动汽车，电池温度监控，STM32F103，DS18B20，热管理
目 录
1 绪论 1
1.1 论文背景与意义 1
1.2 论文主题的研究现状 1
1.3 论文目的与功能 2
2 总体方案设计 2
2.1 总体设计方案 2
2.2 微控制器方案选择 3
2.3 温度检查方案选择 4
2.4 显示方案选择 8
2.5 冷却方案选择 8
3 系统硬件设计 9
3.1 STM32最小系统电路设计 9
3.2 温度检测电路设计 11
3.3 显示电路设计 11
3.4 直流无刷电机(风扇)电路设计 12
4 系统软件设计 13
4.1 软件开发工具 13
4.2 程序总体设计 13
4.3 系统模块子程序 14
5 PROTUES仿真调试 16
5.1 软件子模块仿真 16
5.2 系统仿真调试 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 论文背景与意义
近年来环境污染日益严重，能源紧张，迫使人们寻找降低环境污染的方法，发展相应的技术，如使用清洁能源，发展电动车技术等。但是电动汽车在运行过程中，动力电池的电路会根 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
据汽车行驶的速度提升而增大，尤其在负重、爬坡或者加速的时候工作电流跟大，电流能达到几百安培[1]，这会有很大的热量产生。而且，安装动力电池的空间比较小，散热能力将会受到影响在密闭的舱体内，所以，随着使用时间的延长，电池温度会升高[2]。
列举现在汽车上常用的电池，磷酸铁锂电池的工作温度在60度以下[3]，在夏天的时候，外界的气温能到达40度左右，地面实际温度高大60度，外界环境恶劣，在大电流工作模式下，电池本身散热条件差、发热量大等因素，非常容易发生电池过热的现象，如果超过了安全的工作温度范围，会非常容易损坏电池，引起火灾的发生，从而影响人身的安全。另外电池是电动汽车的动力部分，是电动汽车的主要储能部件，电动汽车的性能被电池的质量直接影响。电动汽车的电池温度监测与控制电控系统设计对现代电动汽车的发展是必需，原因在于：a.电动汽车的电池长期工作在恶劣环境中，长期超高温工作将降低电池性能，导致电池寿命缩短；b.电池温度监控与控制电控系统对整车运行安全意义重大。因此，增加电池温度检测及控制电控系统有重要意义。
1.2 论文主题的研究现状
目前国内为电动汽车市场火爆，众多厂家推出纯电动汽车，国产品牌有荣威Ei5，以及北汽集团等厂家推出的电动汽车。国外特斯拉与丰田等厂家推出纯电动汽车，并且有多款型号在售。目前在电池温度监控与控制电控系统方面，国内外的研究方向与方法有许多相似之处。主要集中在电控方面，对电池温度监控方面的研究相对较少，或者作为电控研究的一部分，很少作为专题进行研究。
国内外的电池温度监控系统主要功能包含3部分：电池数据采集，状态判断与控制电控系统[4]。有代表性的是国家“八五”电动汽车项目，由清华大学承办，研究电动汽车的关键技术，积极开展电池组热管理系统的研究，在道路样机实验中取得一定成果[5]。南金瑞等设计具有数据采集，通信功能与故障报警的电池管理系统。罗桥等针对电池状态检测设计的管理系统，能够评估电池电荷状态，使用控制器控制局域网络总线通信与安全管理。
美国的特斯拉和日本的丰田在电动汽车方面取得成就比较显著，有较多的电动车型号在市场销售。美国的一些高端电动汽车的电控系统为了适应不同的工况，使用一定的技术达到限制电机工作电流，专利573428是一种比较典型的电控系统。电控系统包括电池管理系统，检测系统，制动系统，动力驱动系统与故障诊断处理系统。
1.3 论文目的与功能
本论文的目的是设计一种电动汽车电池温度监测与控制电控系统。在完成论文的过程中，了解掌握电动电池温度检测方案，控制电控系统的方法；掌握电子产品的开发流程，掌握电子芯片选型的依据，软件开发流程与开发环境等。图1.1是本轮文设计的系统功能图，从图中可以看出本论文设计包含以下三部分：
第一部分，实时采集电池工作温度。通过一定的方法准确获得电动车电池的实时温度。
第二部分，对采集到的温度数据进行分析处理，结合历史温度及电池温度曲线分析判断电池工作温度状态。
第三部分，根据电池温度分析结果控制电控系统，如启动或关闭风冷系统。
图1.1 系统功能框图
2 总体方案设计
2.1 总体设计方案
根据系统功能框图1.1可以绘制系统示意图，如图2.1所示。
图2.1 系统示意图
系统使用DS18B20采集电池的实时温度，CPU选用STM32F103。整个系统在STM32F103的控制下运行，它对采集到的温度值进行分析，结合历史数据及电池出厂状态信息判断电池当前所处温度状态。具体功能可分为以下三点。
使用DS18B20采集电池工作温度；
使用STM32F103控制DS18B20的工作，进行温度实时采集，根据实时结果分析电动车电池工作温度状态；
根据电池温度分析结果控制电控系统，，如启动或关闭风冷系统。
2.2 微控制器方案选择
本论文设计实现功能较为单一，不需要复制的运算量，以此CPU有STC89C52与STM32F103两种方案可共选择，具体分析见下文。
2.2.1 STC89C52单片机
该方案计划使用STC89C52作为系统设计的微控制器，STC89C52作为控制芯片。STC89C52是经典51的增强板，片内含 SRAM、FLASH存储器、 UART、SPI、PWM等模块。引脚封装图如下图2.2：
目 录
1 绪论 1
1.1 论文背景与意义 1
1.2 论文主题的研究现状 1
1.3 论文目的与功能 2
2 总体方案设计 2
2.1 总体设计方案 2
2.2 微控制器方案选择 3
2.3 温度检查方案选择 4
2.4 显示方案选择 8
2.5 冷却方案选择 8
3 系统硬件设计 9
3.1 STM32最小系统电路设计 9
3.2 温度检测电路设计 11
3.3 显示电路设计 11
3.4 直流无刷电机(风扇)电路设计 12
4 系统软件设计 13
4.1 软件开发工具 13
4.2 程序总体设计 13
4.3 系统模块子程序 14
5 PROTUES仿真调试 16
5.1 软件子模块仿真 16
5.2 系统仿真调试 19
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 论文背景与意义
近年来环境污染日益严重，能源紧张，迫使人们寻找降低环境污染的方法，发展相应的技术，如使用清洁能源，发展电动车技术等。但是电动汽车在运行过程中，动力电池的电路会根 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
据汽车行驶的速度提升而增大，尤其在负重、爬坡或者加速的时候工作电流跟大，电流能达到几百安培[1]，这会有很大的热量产生。而且，安装动力电池的空间比较小，散热能力将会受到影响在密闭的舱体内，所以，随着使用时间的延长，电池温度会升高[2]。
列举现在汽车上常用的电池，磷酸铁锂电池的工作温度在60度以下[3]，在夏天的时候，外界的气温能到达40度左右，地面实际温度高大60度，外界环境恶劣，在大电流工作模式下，电池本身散热条件差、发热量大等因素，非常容易发生电池过热的现象，如果超过了安全的工作温度范围，会非常容易损坏电池，引起火灾的发生，从而影响人身的安全。另外电池是电动汽车的动力部分，是电动汽车的主要储能部件，电动汽车的性能被电池的质量直接影响。电动汽车的电池温度监测与控制电控系统设计对现代电动汽车的发展是必需，原因在于：a.电动汽车的电池长期工作在恶劣环境中，长期超高温工作将降低电池性能，导致电池寿命缩短；b.电池温度监控与控制电控系统对整车运行安全意义重大。因此，增加电池温度检测及控制电控系统有重要意义。
1.2 论文主题的研究现状
目前国内为电动汽车市场火爆，众多厂家推出纯电动汽车，国产品牌有荣威Ei5，以及北汽集团等厂家推出的电动汽车。国外特斯拉与丰田等厂家推出纯电动汽车，并且有多款型号在售。目前在电池温度监控与控制电控系统方面，国内外的研究方向与方法有许多相似之处。主要集中在电控方面，对电池温度监控方面的研究相对较少，或者作为电控研究的一部分，很少作为专题进行研究。
国内外的电池温度监控系统主要功能包含3部分：电池数据采集，状态判断与控制电控系统[4]。有代表性的是国家“八五”电动汽车项目，由清华大学承办，研究电动汽车的关键技术，积极开展电池组热管理系统的研究，在道路样机实验中取得一定成果[5]。南金瑞等设计具有数据采集，通信功能与故障报警的电池管理系统。罗桥等针对电池状态检测设计的管理系统，能够评估电池电荷状态，使用控制器控制局域网络总线通信与安全管理。
美国的特斯拉和日本的丰田在电动汽车方面取得成就比较显著，有较多的电动车型号在市场销售。美国的一些高端电动汽车的电控系统为了适应不同的工况，使用一定的技术达到限制电机工作电流，专利573428是一种比较典型的电控系统。电控系统包括电池管理系统，检测系统，制动系统，动力驱动系统与故障诊断处理系统。
1.3 论文目的与功能
本论文的目的是设计一种电动汽车电池温度监测与控制电控系统。在完成论文的过程中，了解掌握电动电池温度检测方案，控制电控系统的方法；掌握电子产品的开发流程，掌握电子芯片选型的依据，软件开发流程与开发环境等。图1.1是本轮文设计的系统功能图，从图中可以看出本论文设计包含以下三部分：
第一部分，实时采集电池工作温度。通过一定的方法准确获得电动车电池的实时温度。
第二部分，对采集到的温度数据进行分析处理，结合历史温度及电池温度曲线分析判断电池工作温度状态。
第三部分，根据电池温度分析结果控制电控系统，如启动或关闭风冷系统。
图1.1 系统功能框图
2 总体方案设计
2.1 总体设计方案
根据系统功能框图1.1可以绘制系统示意图，如图2.1所示。
图2.1 系统示意图
系统使用DS18B20采集电池的实时温度，CPU选用STM32F103。整个系统在STM32F103的控制下运行，它对采集到的温度值进行分析，结合历史数据及电池出厂状态信息判断电池当前所处温度状态。具体功能可分为以下三点。
使用DS18B20采集电池工作温度；
使用STM32F103控制DS18B20的工作，进行温度实时采集，根据实时结果分析电动车电池工作温度状态；
根据电池温度分析结果控制电控系统，，如启动或关闭风冷系统。
2.2 微控制器方案选择
本论文设计实现功能较为单一，不需要复制的运算量，以此CPU有STC89C52与STM32F103两种方案可共选择，具体分析见下文。
2.2.1 STC89C52单片机
该方案计划使用STC89C52作为系统设计的微控制器，STC89C52作为控制芯片。STC89C52是经典51的增强板，片内含 SRAM、FLASH存储器、 UART、SPI、PWM等模块。引脚封装图如下图2.2：
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