【正文】 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 本文對(duì)復(fù)合電源的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。 在了解復(fù)合電源的特性的基礎(chǔ)上，了解了復(fù)合電源控制系統(tǒng)中需完成的工作任務(wù)。 leadacid battery。超級(jí)電容可以在電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)、加速、爬坡時(shí)提供強(qiáng)大的電流 ,避免了因大電流放電而損壞了蓄電池 ,延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命 。本文針對(duì)基 于太陽(yáng)能電池供電的復(fù)合電源控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。該車(chē)使用安裝了鏗電子電池組、超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)以及先進(jìn)的多能源管理控制系統(tǒng)、交通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ,目前己通過(guò)整車(chē)型式認(rèn)證試驗(yàn) ,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)預(yù)定要求。在以后的幾年內(nèi) ,復(fù)合電源的研究必然會(huì)引起人們的高度重視。 Chugoku 電力公司和豐田公司研發(fā)中心合作在 MazdaBongoFriend 上安裝由 VRLA和超級(jí)電容組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng) ,并進(jìn)行相關(guān)的性能測(cè)試 [4]。正常運(yùn)行時(shí) ,由蓄電池提供所需能量 ,采用升壓斬波驅(qū)動(dòng)。 ISE 己經(jīng)與西門(mén)子及 Flyer 公司結(jié)成伙伴關(guān)系 ,共同生產(chǎn)這些混合動(dòng)力車(chē)。 課題主要研究?jī)?nèi)容 本課題首先針對(duì)光伏電池的特性進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析，對(duì)光伏電池的原理，負(fù)載特性和輸出特性曲線等深入掌握和了解，確定了光伏充電器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 總而言之，有以下幾點(diǎn)： 1. 控制 buck 變換器恒流工作模式 2. 控制 boost 變換器恒壓、恒流工作模式及模式間的切換 3. 控制系統(tǒng)充電工作模式時(shí)，變換器的選擇以及充電對(duì)象的選擇。系統(tǒng)中有兩套 DCDC 變換裝置，光伏電池通過(guò) buck 變換器可給超級(jí)電容充電，將轉(zhuǎn)化的電能存儲(chǔ)到超級(jí)電容供電機(jī)啟動(dòng)。 針對(duì)電機(jī)負(fù)載的 4 種工作狀態(tài)，負(fù)載不工作、負(fù)載啟動(dòng)、負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行及負(fù)載制動(dòng)。此時(shí)， boost 變換器輸出接鉛酸電池，光伏電池與 boost變換器連接。此時(shí)，鉛酸電池與超級(jí)電容并聯(lián)給負(fù)載供電，同時(shí)光伏電池通過(guò) boost 變換器給負(fù)載供電， boost 變換器此時(shí)的工作狀態(tài)由其單片機(jī)控制電路調(diào)節(jié)至恒壓模式 。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 系統(tǒng)控制方法分析 繼電器控制連接框圖 圖 為繼電器控制連接框圖，繼電器是為了系統(tǒng)在各個(gè)工作模式下相互轉(zhuǎn)化，合理的繼電器連接可以降低系統(tǒng)控制的難度，提高系統(tǒng)安全可靠性。如此，必須清楚系統(tǒng)所有可能的工作模式，及各個(gè)工作模式之間的正確切換。 分析充電狀態(tài)下系統(tǒng) 3 種工作模式如下： 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 Mode1： 光伏電池經(jīng) buck 變換 器給超級(jí)電容充電的工 作模式 ， 圖 描述了該工作模式下能量的流向。充電完成時(shí)，若未檢測(cè)到系統(tǒng)充電控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，系統(tǒng)切換到下一充電模式，否則系統(tǒng)退出充電狀態(tài)。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 以上就是對(duì)系統(tǒng)處于充電狀態(tài)下的各種工作模式分析，下面分析系統(tǒng)處于 放電狀態(tài)下時(shí)，各工作模式。圖 描述了該工作模式下能量的流向。圖 描述了該工作模式下能量的流向。圖 為該模式下能量流向圖。下面分析各種工作模式之間進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，繼電器的具體操作順序。 負(fù)載不工作時(shí)： 圖 負(fù)載不工作時(shí)系統(tǒng)所有可能模式轉(zhuǎn)換圖 負(fù)載不工作時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)之后，進(jìn)入充電模式，首先工作于 Mode1，即光伏電池通過(guò) buck 變換電路對(duì)超級(jí)電容充電。除了以上相關(guān)切換過(guò)程之外，考慮到系統(tǒng)處于任意工作模式時(shí)，可能因?yàn)橥饨缫? 素，人為控制，系統(tǒng)需從其中任意模式直接進(jìn)入停止模式，還需分析以上任一模式下，如何切換到停止模式。操作步驟： ① 合上 SW2 ② SW7 接觸點(diǎn) 6 （ 2） Mode1轉(zhuǎn)換到 Mode2，即光伏電池經(jīng) buck變換器給超級(jí)電容充電切換到經(jīng) boost20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 變換器給鉛酸電池充電 。操作步驟： ① SW7 接觸點(diǎn) 6 ② SW3 接觸點(diǎn) 2 ③ SW4 接觸點(diǎn) 3 （ 4） Model1 轉(zhuǎn)換到 Model7，光伏電池經(jīng) buck 變換器給超級(jí)電容充電切換到停止模式 。操作步驟： ① 斷開(kāi) SW1 ② SW3 接觸點(diǎn) 2 （ 6） Model3 轉(zhuǎn)換 到 Model7，光伏電池經(jīng) boost 變換器給超級(jí)電容充電切換到停止模式 。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)之后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)將超級(jí)電容從電路中切除，由鉛酸電池和光伏電池給負(fù)載供電，系統(tǒng)進(jìn)入工作模式 Model5，電機(jī)負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行模式。 此過(guò)程僅 SW6 狀態(tài)發(fā)生變化，操作步驟：斷開(kāi) SW6 （ 3） Mode4 轉(zhuǎn)換到 Mode6，即電機(jī)啟動(dòng)模式進(jìn)入制動(dòng)模式，此時(shí) SW1， SW3， SW5 狀態(tài)發(fā)生變化。 以上是負(fù)載 啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行以及制動(dòng)停止， 系統(tǒng)各種模式轉(zhuǎn)換的過(guò)程中需要進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的繼電器及其操作順序分析。光伏電池在系統(tǒng)中作為能量輸入源。 ]，完全滿(mǎn)足該課題的需求。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 單片機(jī)控制原理圖 最小系統(tǒng) 單片機(jī)控制最小系統(tǒng)圖如下： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 圖 ，最小系統(tǒng)是 單片機(jī)工作的最小單元，也是單片機(jī)系統(tǒng)中最核心的部分，外部電路主要有晶振電路和復(fù)位電路，這里采用的晶振為 8MHz，單片機(jī) 內(nèi)部有鎖頻環(huán)，可提高系統(tǒng)工作頻率，實(shí)際應(yīng)用中利用單片機(jī)編程設(shè)置總線頻率為16MHz。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 單片機(jī)供電模塊 圖 系統(tǒng)及單片機(jī)輔助供電模塊電路圖 該部分為輔助電源模塊，芯片 L7805為穩(wěn)壓輸出芯片，輸出電 壓為 5V，用來(lái)個(gè)單片機(jī)供電， LM317為線性穩(wěn)壓芯片這里設(shè)計(jì)輸出電壓為 12V，用來(lái)給系統(tǒng)中運(yùn)算放大器及MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)芯片供電。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)同、有序工作。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 輸出電流采樣電路如下： 圖 輸出電流采樣電路圖 [9] 輸出電流采樣與輸入電流的采樣原理相同，只是放大的倍數(shù)不同。 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的原理框圖，單片機(jī)控制電路原理圖設(shè)計(jì)，主要包括最小系統(tǒng)圖，采樣電路圖，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生及控制電路圖，繼電器控制電路等等。在每個(gè)所支 持的平臺(tái)上，性能及使用均是相同的。 軟件控制總體流程分析 Boost 變換器和 buck 變換器上各有單片機(jī)控制系統(tǒng)，主要用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)中相關(guān)電壓電流信號(hào)，來(lái)控制系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)同有序工作，完成系統(tǒng)工作模式的轉(zhuǎn)換。 該控制流程圖對(duì)系統(tǒng)模式轉(zhuǎn)換的描述進(jìn)行了抽象的描述，實(shí)際上模式轉(zhuǎn)換的過(guò)程需與 boost 控制器配合完成，詳細(xì)的操作過(guò)程見(jiàn)核心控制程序分析部分。因此清楚各個(gè)模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)的 條件至關(guān)重要。 Mode3 到 Mode7 的轉(zhuǎn)換條件是當(dāng)前工作模式為 Mode3 同時(shí)光伏電池通過(guò) boost變換器對(duì)超級(jí)電容的充電結(jié)束。 Mode7 到 Mode4 的轉(zhuǎn)換條件是當(dāng)前工作模式為 Mode7，同時(shí)電機(jī)負(fù)載控制開(kāi)關(guān)量閉合。 為方便流程的閱讀，系統(tǒng)整體控制中對(duì)模式轉(zhuǎn)換未進(jìn)行系統(tǒng)的描述，此部分需兩個(gè)控制器之間協(xié)同配合完成。 if(load_sw == OFF) { switch (mode) { case 4: Mode4_Mode6()。 case 5: Mode5_Mode6()。 case 6: Mode6_Mode7()。 } if(buck_sw == OFF) { If(mode == 1) { Mode1_Mode7()。 mode == 7 amp。 } else if(boost_sw == ON amp。 buck_charge_cap_full == 1) { Mode1_Mode2()。amp。 mode = 3。 mode = 7。 break。 if(Get_Mode_from_boost() == 7) mode = 7。 if(Get_Mode_from_boost() == 7) mode = 7。 if(Get_Mode_from_boost() == 4) 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 { Mode7_Mode4()。 mode = 5。 代碼如下： Mode5_Mode6()。 SW6，SW5 是由 buck 控制器控制的， Mode5_Mode6()即 Mode5 到 Mode6 轉(zhuǎn)換的過(guò)程中 buck變換器按操作步驟的順序?qū)^電器的的控制操作，之后的 SW1 及 SW3 的是由 boost 控制器控制的，程序中函數(shù) Send_Mode_to_boost(6)即向 boost 控制器發(fā)送下一步要轉(zhuǎn)換的模式， boost 變換器接收到后進(jìn)行轉(zhuǎn)換到 Mode6 的相關(guān)操作，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入了 Mode6,然后向 buck 變換器發(fā)送模式數(shù)據(jù)告知模式轉(zhuǎn)換的操作已完成， buck 變換器接收到后，將指示模式的標(biāo)志數(shù)據(jù)置為 6，這樣便可控制系統(tǒng)有序的運(yùn)行和狀 態(tài)轉(zhuǎn)換。 else Set_boost_constant_current()。 if(Judge_boost_charge_battery() == 1) { sw_to_mode3()。 if(Judge_boost_charge_cap() == 1) { mode3_mode7()。 sw_to_mode4()。 sw_to_mode6()。 Send_Mode_to_buck(7)。由于 boost變換器有充電和為負(fù)載供電兩種工作模式， boost 變換有恒流和恒壓兩種工作狀態(tài)。 各部分子程序分析 buck 變換單片機(jī)控制系統(tǒng) ①模式轉(zhuǎn)換函數(shù) 主程序中有很多模式轉(zhuǎn)換函數(shù)，該部分是系統(tǒng)工作模式相應(yīng)轉(zhuǎn)化時(shí)， buck 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng)控制的繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 ②發(fā)送轉(zhuǎn)換模式到 boost 控制器 模式的轉(zhuǎn)換需兩個(gè)控制器相互配合時(shí)， buck 控制器將要轉(zhuǎn)換的狀態(tài)發(fā)送到 boost 控制器， boost 控制器接收到進(jìn)行相應(yīng)的繼電器狀態(tài)切換，與 buck 變換配合完成模式的轉(zhuǎn)換。模式轉(zhuǎn)換需要 boost 控制器控制繼電器先操作時(shí)，完成操作后，發(fā)送模式數(shù)據(jù)，告知 buck 控制器，然后 buck 控制器進(jìn)行繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換就可保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此時(shí) buck 控制器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換。該部分代碼如下： void Check_Mode_Conversion_Flag(void) { swith (mode) { case 1: buck_charge_cap_full = Judge_buck_charge_cap_full()。 case 3: if(Get_Mode_from_boost() == 7) boost_charge_cap_full = 1。 if(Vout = 32) return 1。調(diào)用采樣函數(shù)為簡(jiǎn)單的采樣過(guò)程，不做敘述。Mode3 轉(zhuǎn)換到 Mode7: SW1 斷開(kāi)， SW4 接觸點(diǎn) 4； Mode2 切換到 Mode7:SW1 斷開(kāi)，SW3 接觸點(diǎn) 2。 ⑤ boost 變換器恒壓工作 函數(shù)名： Set_boost_constant_voltage() 此狀態(tài)比較容易實(shí)現(xiàn)，只要取消單片機(jī)對(duì) TL494 死區(qū)的控制，利用 TL494 控制電路電壓環(huán)即可將輸出電壓穩(wěn)定在 32V 輸出。 duty += k*(constant_current_value Iout)。 } 其中 PWM(duty)為單片機(jī)輸出給定占空的 PWM，由于單片機(jī)有 PWM 模塊功能，該功能代碼實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，這里對(duì)具體代碼不做敘述。 表 超級(jí)電容充電過(guò)程電壓電流數(shù)據(jù)表 電容電壓 Vcap/V 充電電流 Icap/A 0 表 數(shù)據(jù)為系統(tǒng)由停止模式切換到經(jīng) buck 變 換器給超級(jí)電容充電模式時(shí)，隨時(shí)間的變化，電容上電壓的變化和充電電流的變化。 圖 buck 變 換器對(duì)超級(jí)電容充電電流減到 0 時(shí) PWM 信號(hào)波形 表 降壓板對(duì)超級(jí)電容充電完成時(shí)，電源經(jīng) boost 變換器給超級(jí)電容充電過(guò)程中電壓電流的數(shù)據(jù) ,電源輸入電壓 Vin = 15V 表 超級(jí)電容充電過(guò)程電壓電流數(shù)據(jù)表 2 電容電壓 Vcap/V 充電電流 Icap/A 續(xù)表 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 電容電壓 Vcap/V 充電電流 Icap/A 當(dāng)模式轉(zhuǎn)換到光伏電池經(jīng)升壓板給超級(jí)電容充電時(shí)，剛開(kāi)始有一定的沖擊電流，之后很快電流穩(wěn)定在 ，此后電流穩(wěn)。之后電流開(kāi)始快速下降，最低大概下降到 ，之后電流快速上升達(dá)20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢