【正文】 它污染物也顯著減少。 致使 人們研究 電動汽車的熱情進(jìn)入了空 前高漲期。 近幾年來， 世界 各國政府針對電動車的發(fā)展采取了各種措施。 一是各國政府相繼發(fā)布電動汽車 戰(zhàn)略 發(fā)展 和國家計劃，進(jìn)一步 指明了 產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。 例如： 奧巴馬 美國政府 綠色新政的 實施， 在 國家戰(zhàn)略 中加入了 電動汽車 部分 ，計劃 實現(xiàn) 100 萬輛動力 混合電動汽車（ PHEV）用戶 到 20xx 年 。 而在 日本 “低碳革命”的內(nèi)容核心 視為 電動汽車 發(fā)展 ， 預(yù)計 到 2020 年電動汽車普及達(dá)到 1350 萬輛 。 二是動力電池得到高度重視 ， 急劇增加研發(fā)投入 成本 ，增強(qiáng) 了 突破電動汽車技術(shù)瓶頸的預(yù)期。 比如 美國 奧巴馬 總統(tǒng) 20xx 年 8 月宣布支持 研發(fā) 先進(jìn)動力電池 且使 之 產(chǎn)業(yè)化 并 安排 20億美元 做經(jīng)費(fèi) 。 德國 斥資 億歐元 啟動了 開發(fā)車用鋰電池計劃 ， 巨頭能源和德國汽車 業(yè) 差不多全部攜資加入。 日本政府提出“控制 電池 ” 為本源 ，并組織國家 實施 專項計劃，在 20xx年 之 前 為 研究 先進(jìn) 電池 動力技術(shù) 將 400 多億日元投入 ， 下一代電動汽車 在 20xx 年左右將應(yīng)用大量 新型鋰電池。 三是各國政府加大 力度支持 新 政策，推 動 產(chǎn)業(yè)化 電動汽車 的發(fā)展 。一方面，政府通過加大 支持 信貸等措施， 針對相關(guān) 企業(yè) 推動 電動汽車產(chǎn)業(yè)化 進(jìn)程 。美國政府 用 貸款資助 支持 生產(chǎn)電動汽車。 另 一方面，政府加大 激勵 對消費(fèi)者的政策，加快電動汽車市場 培育 。美國對 PHEV實施優(yōu)惠 稅收 ，減稅在 15000 美元 和 2500 美元 之間 額度 。 從 20xx 年 4月 1日起 英國 啟用 汽車 新 消費(fèi)稅， 免繳 純電動汽車消費(fèi)稅。法國對 消費(fèi)者 電動 汽車的 購買最高 給予 獎勵 5000 歐元，對高排放汽車 的 購買 最高 進(jìn)行 處 罰 2600 歐元。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 2 頁 經(jīng)過近 20年的研究，電動汽車已經(jīng)在 其 關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成、試驗應(yīng)用上實現(xiàn)了全面突破，目前世界上 部分 國家爭相開展電動汽車產(chǎn)業(yè)化工作。 但是現(xiàn)在， 燃料汽車全部 被 替代 電動車是不可能的 ， 因為大多數(shù)的電動車的電池的缺陷嚴(yán)重影響 電池的性能， 一直制約電動汽車發(fā)展的 重要 因素， 就是鉛酸蓄電池提 供的 的動力電源。 美國高新電池開發(fā)聯(lián)合體 USABC(Theunited statesadvanced battery consortium) 制定了一個開發(fā)目標(biāo) 專門針對 電動車 的 蓄電池 系統(tǒng) ，如表 1． 1所示。 表 1． 1美國 電池 現(xiàn)代聯(lián)合會 (USABC)提出的目標(biāo) 電動車蓄電池基本性能指標(biāo) 電池電壓包括理論充放電電壓、電池的工作電壓、電池的充電電壓、電池的終止電壓。二次電池的理論放電電壓和理論充電電壓相同，等于電池的開路電壓 。 （ 1） 電池的工作電壓為電池的實際放電電壓，它與電池的放電方法，使用溫度， 充放電次數(shù)等有關(guān)。電池的充電電壓大于開路電壓， 充電電流越大，工作電壓越高，電池發(fā)熱量越大，充電過程中電池的溫度越高。 （ 2） 電池的終止電壓是指電池在放電過程中，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓。 （ 3） 電池容量是指在一定的放電條件下，可以從電池中獲得的電能，即電池所能釋放的電能。電池容量分為理論容量、實際容量。電池的理論容量是按照電化學(xué)反應(yīng)計算而來的容項目 中期目標(biāo) 長期目標(biāo) 能量比， Wh/kg(3C率 ) 80（ 100） 200 能量密度 Wh/L(3C率 ) 135 300 比功率， W/kg(80%,DOG/30s) 150（ 200） 400 體積功率， W/L 250 600 壽命，年 5 10 循環(huán)壽命月次 (DOG) 600 1000 最終價格，美元 /Kwh(40Kwh電池組一萬個 ) 150 100 工作環(huán)境， ℃ 30~65 40~85 充電時間， h 6 3~6 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 3 頁 量。實際容量是指在一定放電條件下，電池實際所能放出的電量。 （ 4） 電池比容量是指在一定的放電條件下，可以從單位質(zhì)量（體積）電池中獲得的電能，即電池所能釋放的電能。 （ 5） 電池的能量是指電池在一定放電 條件下，對外做功所能輸出的電能。由于活性物質(zhì)不可能完全被利用，而且工作電壓總是小于電池的電動勢，所以電池的實際能量總是小于理論能量。 （ 6） 電池的比能量（能量密度）是指單位質(zhì)量（體積）電池所輸出的能量，即質(zhì)量比能量或體積比能量。實際比能量是指電池實際輸出的能量與電池的質(zhì)量（重量）或體積之比。 （ 7） 電池的功率是指電池在一定放電條件下，單位時間內(nèi)電池輸出的電能，單位為 W或kW。電池比功率是指單位質(zhì)量（體積）電池所能輸出的功率，單位為 W/kg (8)蓄電池的 使用 循環(huán)壽命 是指 失效前 蓄電池 深放電 所允許的次數(shù)。 深放 電 可定義為 蓄電池 放電到 完全截止電壓。 它 嚴(yán)重 影響電動車?yán)m(xù)駛里程 的長短 。 電池的溫度 和 充放電深度等因素都影響其 使用壽命 ， 電池壽命的 延長 可以 使用 充放電深度 的適當(dāng) 減小 來實現(xiàn) 。 本論文的主要內(nèi)容 本系統(tǒng) 設(shè)計的 車載 蓄電池 智能放電 管理系統(tǒng)主要 包括 以下幾 方面內(nèi)容 ： （ 1） 對 蓄電池的溫度 實時監(jiān)測，通過 智能溫度傳感器 與計算機(jī)信號傳輸 ，避免 由于 使用不當(dāng)或蓄電池溫度過高等因素縮短蓄電池的壽命。 （ 2） 對 蓄電池的端電壓和電流實時監(jiān)測， 如果出現(xiàn) 電池容量小于警戒閾值， 立即啟用保護(hù)電路或 自動切換備用電池。 （ 3） 經(jīng)過 分析 檢測 參數(shù) ，由 控制 系統(tǒng)算出 蓄電池的剩余容量， 且由 數(shù)碼管實時 動態(tài) 顯示出來。 （ 4） 系統(tǒng)可自動校正電池的內(nèi)部參數(shù)，以適應(yīng)使用蓄電池所帶來的一些參數(shù)變化，也能夠通過控制放電電路的放電，以取得更好的效果 ,來 實現(xiàn)電動車的續(xù)航里程和壽命周期最大化。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 4 頁 2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)的主要功能 本設(shè)計 系統(tǒng)不 但 要實時監(jiān)測 車載 蓄電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，而且 必須 處理 所采集到的數(shù)據(jù)，并對放電控制模塊輸出控制信號 到單片機(jī) 以實現(xiàn)對蓄電池系統(tǒng)的智能管理；同時，還負(fù)責(zé)實現(xiàn) 系統(tǒng)狀態(tài)輸出顯示和 按鍵控制。 在設(shè)計上采用 了 P87C591型 8 位高性能 CPU 芯片為 控制核心的 系統(tǒng)， 它以先進(jìn)的 CMOS（互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝制造，并設(shè)計 制造應(yīng) 用于汽車和通用的工業(yè)應(yīng)用。本設(shè)計充分 利用 P87C591 的特點(diǎn)實現(xiàn)對動力電池組的放電深度 ，放電電壓，電流 等進(jìn)行控制，以 避免 過放電。 蓄電池有 恒流 、 恒阻 、恒功率三種放電模式 ，在此 選擇 恒流 放電模式，對電池進(jìn)行均衡的放電，并對低壓蓄電池的放電進(jìn)行管理，使各個電池發(fā)揮出最優(yōu)性能 。 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 溫 度 檢 測顯 示 及 報警 電 路電 壓 檢 測P 8 7 C 5 9 1 中 央 處 理 器蓄 電 池電 流 檢 測I P M 隔 離 驅(qū)動 與 保 護(hù)欠 壓 、 過 熱 、短 路 保 護(hù)電 源 電 路斬 波鍵 盤 輸 入 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 功能 框圖 中央處理 器 本 論文運(yùn) 用的 P87C591 芯片 是來自 MCS51 單片機(jī)家族衍生而來的， 是一款高性能單芯片8位 CPU。 具有 強(qiáng)大的 80C51 指令集的核心結(jié)構(gòu) ， 節(jié)電 的擴(kuò)展 模式 被 提供 于 全靜態(tài)內(nèi)核 。 除了具有 8051標(biāo)準(zhǔn)的外部數(shù)字設(shè)備部件， 其片內(nèi) 還集成了 CAN控制器 和其他功能部件的數(shù)字設(shè)備 。 而 80C51 單片機(jī)內(nèi)部由 CPU、 4KB的 ROM ， 128B的 RAM，兩個 16 位的定時 /計數(shù)器 T0 和T1， 4 個 8 位的 I/O 端 P0、 P P P3 等組成。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是 CPU。 CPU 主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制存儲器、輸 入 /輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等， CPU 按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁 器 PC、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實時控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯器部件 ALU、累加器 ACC、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW， BCD 碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成。 和 80C51 單片機(jī)相比， P87C591 主要擁有以下幾方面特點(diǎn)： （ 1） 該芯片具有 6 輸入 10 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器，低有效復(fù)位 ； （ 2） 改進(jìn)的 1:1 時鐘 內(nèi)部 分頻器在為 12MHz 外部時鐘頻率 時可 完成 500ns 指令周期，加快 了 執(zhí)行指令速度， 振蕩器 能 恢復(fù)和 停止，而不會 使 數(shù)據(jù) 丟失 ； （ 3） 擁有三個存儲 單元 ：內(nèi)部 的 16KB 程序存儲器，可擴(kuò)展到 64KB； 內(nèi)部 擁有 512B 的數(shù)據(jù)存儲器 ； 外部 擁有 最大 的 64KB 數(shù)據(jù)存儲器，操作數(shù)由中央處理單元 CPU 使用。 由于內(nèi)部集成了Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器和獨(dú)立ＣＡＮ控制器，從而簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計。 下 圖為P87C591 的 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 框圖。 圖 P87C591 的 內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 框圖 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 3 硬件設(shè)計 電源電路設(shè)計 本 系統(tǒng) 采用金快樂蓄電池公司生產(chǎn)的６Ｄ－８０型 專用 于 電動車 的 鉛酸蓄電池，單 體 電池電壓為１２Ｖ，容量為８０Ａｈ。采用了 電池 ２組 設(shè)計 ，即總電壓為２４Ｖ。 系統(tǒng) 分別對其電壓、 電流 和 溫度 進(jìn)行 檢測 采樣。本 設(shè)計 電路 電源 中，取被管理的蓄電池 為 系統(tǒng)電源 。 因為 電源 來 自于蓄電 池，必須 進(jìn)行隔離 采用ＤＣ－ＤＣ 轉(zhuǎn)換器 ， 不然 就要設(shè)計 另外的 電路 電源 ，在此采用 LT3010 穩(wěn)壓器 進(jìn)行隔離。 系統(tǒng)電源電路原理圖如圖 所示。 LT3010 穩(wěn)壓器 簡介 ： LT3010 是一款微功率 低壓差、高電壓 線性穩(wěn)壓器。該 器件能夠提供一個 300mV 的壓差電壓 和 50mA 輸出電流 。 LT3010 專為在電池供電型或高電壓系統(tǒng)中使用而設(shè)計，低靜態(tài)電流 (工作時為 30μ A，停機(jī)模式中則為 1μ A)使其成為一種理想的選擇。在壓差條件下，靜態(tài)電流也處于良好受控狀態(tài)。 LT3010 的其他特點(diǎn)包括在采用非常小輸出電容器情況下運(yùn)作的能力。這些穩(wěn)壓器可在輸出端上僅布設(shè) 1μ F 電容器時穩(wěn)定，而大多數(shù)老式器件則需要采用 10μ F至 100μ F電容器。內(nèi)部保護(hù)電路包括反向電池保護(hù)、電流限制、熱限制和反向電流保護(hù)。 該器件可提供一個 5V固定輸出電壓。 LT3010 穩(wěn)壓 器采用具裸露襯墊的 8引腳 MSOP 封裝，旨在增強(qiáng)熱處理能力。 D1+IN1S HD N2O UT3S E N S E4V5U6LT 30 10 5C4+C51nFC6+C71nFB A T 1 1. 5 V集成穩(wěn)壓器電壓輸出 圖 系統(tǒng)電源電路原理圖 電流電壓 檢測 電路 主要的監(jiān)測對象是所述 蓄電池 的電壓和電流 。由精密 分壓 電阻 測得 電壓 ， 通 過相應(yīng)的放大 電路放大 后 輸送到 芯片 的 A/D 口。 通過由 測量 電阻采樣 放電電流 、 經(jīng)放大電路 放大，進(jìn)而輸送到芯片 的 A/D 端口 P01。對 車載 蓄電池 電壓 測量 的精確程度 是 對蓄電池進(jìn)行檢測的