基于无线传感器网络的电动汽车电池组综合测试技术研究

论文摘要

作为电动汽车三大重要组成部分之一的能量单元一直被认为是制约电动车发展的瓶颈,其性能直接影响到电动车的整体性能。电池组的监测管理系统是电池使用过程中的一个重要的部分。它的任务是有效地监测和管理电池以提高电池的使用效率,延长电池的使用寿命。并根据电池的工作状态来实时预测电动汽车的后续工作能力。因此,对电池组监测管理系统的研究具有十分重要的意义。本课题提出了基于ZigBee无线传感器网络的电动汽车电池组综合测试系统的研究方案。以探索和研究将无线传感器网络技术的优势与电动汽车电驱动与控制技术相结合的可能性与技术途径。本文结合超级电容电动汽车电池的分布特点、电池组综合测试及管理需求设计和验证了基于无线传感器网络的电动汽车电池组综合测试系统,该系统可实现在电动汽车运行、充电以及静置时对多个电池组内电池单体的参数进行实时采集、处理、无线发送、运算以及显示、存储等管理。在整个监测系统中每个电池组配置一个参数采集子系统,可根据需求对该组内电池单体进行测试。通过在每一个采集子系统中加入ZigBee无线通信模块使得所有子系统组成了ZigBee无线传感器网络。采集的数据在该网络中用无线的方式传输到与网络协调器相连的上位机中进行运算、处理,最终得出电池在各种工况下的荷电状态SOC(State of Charge)估计,从而对电动汽车续驶里程、爬坡能力等提供正确的指导。本文通过需求分析,设计了无线传感器网络用于电动汽车储能电池组测试的软硬件系统,硬件系统主要包括数据采集单元、模拟量AD转换部分、串行接口部分、电源及仿真接口、无线射频模块。并结合ZigBee技术协议对软件系统实现过程进行了详细的阐述,包含上述硬件模块的相应控制,研究了无线通信的建网、组网以及数据无线收发的过程。针对实际储能系统对多种电池荷电状态预测方法进行了深入的分析和比较,选定了超级电容机理性SOC能量估计方法。最后,针对系统需求设计了基于LabVIEW的电池组综合测试系统的人机交互上位机程序,实现对数据的处理运算、显示以及存储、调用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 目前电动汽车测控系统通信技术现状
• 1.3.2 无线传感器网络的应用领域及现状
• 1.3.3 应用于无线传感器网络的几种无线通信技术比较
• 1.3.4 ZigBee 无线技术的研究现状
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 基于ZigBee 的无线传感器网络综合测试系统的硬件实现
• 2.1 电动汽车电池组综合测试系统总体介绍
• 2.2 电动汽车能量单元监测系统硬件
• 2.2.1 电池数据采集单元
• 2.2.2 模拟量A/D 转换部分
• 2.2.3 串行接口部分
• 2.2.4 电源及仿真接口
• 2.2.5 无线射频模块ChipconAs CC2430EM
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于ZigBee 的无线传感器网络综合测试系统的软件实现
• 3.1 电动汽车电池组综合测试系统软件整体流程设计
• 3.2 电池组测试系统的ZigBee 无线通信结构
• 3.3 电池组综合测试系统无线传感器节点组成两点网络
• 3.3.1 网络协调器建立网络
• 3.3.2 终端设备RFD 加入网络
• 3.3.3 网络协调器接收终端设备加入网络
• 3.4 两个网络节点的电动汽车电池组测试系统整体功能实现
• 3.4.1 模拟量采集及A/D 转换
• 3.4.2 终端设备发送数据
• 3.4.3 网络协调器接收数据
• 3.4.4 串口发送程序
• 3.5 ZigBee 无线传感器网络组建实现
• 3.5.1 基于ZigBee 的无线传感器网络类型
• 3.5.2 本电动汽车电池组测试系统采用的组网方式
• 3.6 实验验证
• 3.7 本章小结
• 第4章 测试系统中电池荷电状态的预测方法
• 4.1 电动汽车电池荷电状态预测的重要性
• 4.2 影响电池SOC 的因素
• 4.3 电池SOC 预测方法
• 4.3.1 密度法
• 4.3.2 安时法
• 4.3.3 内阻测量法
• 4.3.4 开路电压法（OCV）
• 4.3.5 5min 预测法
• 4.3.6 恒定电流电压法
• 4.3.7 卡尔曼（Kalman）滤波法
• 4.4 本系统采用的方法——机理性SOC 能量估计方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于LabVIEW 的测试系统上位机数据处理
• 5.1 通信接口
• 5.2 数据处理
• 5.2.1 地址判断及数据过滤
• 5.2.2 数据转换
• 5.2.3 数据运算及显示
• 5.3 数据保存
• 5.4 历史数据调用
• 5.5 系统联调实验数据
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢