【正文】 ....................................... 9 電量及狀態(tài)輸出顯示和報(bào)警模塊 ............................................ 11 鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì) .................................................. 11 顯示電路的設(shè)計(jì) ...................................................... 12 報(bào)警電路設(shè)計(jì) ........................................................ 14 輔助模塊設(shè)計(jì) ............................................................ 14 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) ...................................................... 14 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì) .................................................. 15 電池的剩余容量估算方法設(shè)計(jì) .............................................. 15 4 軟件設(shè)計(jì) .................................................................... 17 軟件系統(tǒng)流程設(shè)計(jì) ........................................................ 17 電壓、電流采集電路流程設(shè)計(jì) .............................................. 17 溫度檢測(cè)流程設(shè)計(jì) ........................................................ 18 智能功率模塊流程設(shè)計(jì) .................................................... 20 鍵盤掃描流程設(shè)計(jì) ........................................................ 20 數(shù)碼管顯示流程設(shè) 計(jì) ...................................................... 22 結(jié)論 .......................................................................... 23 致謝 .......................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ...................................................................... 25 附錄 系統(tǒng)硬件功能圖 ........................................................... 26 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 1 頁(yè) 1 緒言 電動(dòng)汽車發(fā)展及現(xiàn)狀 在當(dāng)前的全球環(huán)境問(wèn)題和金融危機(jī)的嚴(yán)峻的形勢(shì)下，汽車行業(yè)面臨的能源問(wèn)題日益受人關(guān)注，發(fā)展電動(dòng)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型在國(guó)際社會(huì)上已形成了廣泛的共識(shí)。 電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。 一是各國(guó)政府相繼發(fā)布電動(dòng)汽車 戰(zhàn)略 發(fā)展 和國(guó)家計(jì)劃，進(jìn)一步 指明了 產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。 比如 美國(guó) 奧巴馬 總統(tǒng) 20xx 年 8 月宣布支持 研發(fā) 先進(jìn)動(dòng)力電池 且使 之 產(chǎn)業(yè)化 并 安排 20億美元 做經(jīng)費(fèi) 。一方面，政府通過(guò)加大 支持 信貸等措施， 針對(duì)相關(guān) 企業(yè) 推動(dòng) 電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化 進(jìn)程 。 從 20xx 年 4月 1日起 英國(guó) 啟用 汽車 新 消費(fèi)稅， 免繳 純電動(dòng)汽車消費(fèi)稅。 美國(guó)高新電池開(kāi)發(fā)聯(lián)合體 USABC(Theunited statesadvanced battery consortium) 制定了一個(gè)開(kāi)發(fā)目標(biāo) 專門針對(duì) 電動(dòng)車 的 蓄電池 系統(tǒng) ，如表 1． 1所示。電池的充電電壓大于開(kāi)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(guò)程中電池的溫度越高。電池的理論容量是按照電化學(xué)反應(yīng)計(jì)算而來(lái)的容項(xiàng)目 中期目標(biāo) 長(zhǎng)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(jià)格，美元 /Kwh(40Kwh電池組一萬(wàn)個(gè) ) 150 100 工作環(huán)境， ℃ 30~65 40~85 充電時(shí)間， h 6 3~6 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁(yè) 量。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(dòng)勢(shì)，所以電池的實(shí)際能量總是小于理論能量。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)。 本論文的主要內(nèi)容 本系統(tǒng) 設(shè)計(jì)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(duì) 蓄電池的溫度 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò) 智能溫度傳感器 與計(jì)算機(jī)信號(hào)傳輸 ，避免 由于 使用不當(dāng)或蓄電池溫度過(guò)高等因素縮短蓄電池的壽命。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主要功能 本設(shè)計(jì) 系統(tǒng)不 但 要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 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(duì)放電控制模塊輸出控制信號(hào) 到單片機(jī) 以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池系統(tǒng)的智能管理；同時(shí)，還負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)狀態(tài)輸出顯示和 按鍵控制。 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 而 80C51 單片機(jī)內(nèi)部由 CPU、 4KB的 ROM ， 128B的 RAM，兩個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 和T1， 4 個(gè) 8 位的 I/O 端 P0、 P P P3 等組成。它的功能是對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過(guò)實(shí)時(shí)控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。 下 圖為P87C591 的 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 框圖。本 設(shè)計(jì) 電路 電源 中，取被管理的蓄電池 為 系統(tǒng)電源 。該 器件能夠提供一個(gè) 300mV 的壓差電壓 和 50mA 輸出電流 。這些穩(wěn)壓器可在輸出端上僅布設(shè) 1μ F 電容器時(shí)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。 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(cè) 電路 主要的監(jiān)測(cè)對(duì)象是所述 蓄電池 的電壓和電流 。 由于 P87C591 嵌入式 A/D轉(zhuǎn)換器能夠工作在 5V 參考電壓下，所以使用的電流和電壓測(cè) 量電路如圖 所示。 該器件的主要特點(diǎn)為：獨(dú)特的單線接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信； 可用數(shù)據(jù)線供電； 不需要外部元件；不需要備份電源； 非易失性的， 用戶可定義的 報(bào) 警 溫度裝置。 DS18B20 測(cè)溫原理如圖 所示。對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào) 計(jì)數(shù)器 1用 減法計(jì)數(shù) 進(jìn)行 處理 ，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)， 使得溫度寄存器的值 加 1， 重新 裝入 計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置，對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào) 計(jì)數(shù)器 1 進(jìn)行 開(kāi)始 重新 計(jì)數(shù)， 依次進(jìn)行 循環(huán) 下去 直到 計(jì)到 0 數(shù) 值出現(xiàn)在 計(jì)數(shù)器 2 時(shí)， 溫度寄存器 停止 其 值的 加 累， 這 時(shí) 所測(cè)溫度 的數(shù)值 即為 溫度寄存器中 的值 。當(dāng)被測(cè)量的蓄電池溫度 與 周圍 環(huán)境溫度 不同時(shí)，應(yīng)將 引線和 器件的背面 隔離 周圍 空氣。 IPM 能根據(jù)控制電路發(fā)出的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)車載電池的智能放電，且有自動(dòng)斷電 保護(hù) 的功能。 與普通 IGBT 模塊相比 ,IPM 進(jìn)一步 改進(jìn)了 IGBT 的 可靠性及 系統(tǒng)性能方面。 當(dāng)任一 故障出現(xiàn) 在保護(hù)電路中 時(shí)，內(nèi)部電路會(huì)封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)并向外 傳送 故障信號(hào) Fo，以便外部的控制單元及時(shí) 進(jìn)行處理 故障信號(hào)，避免功率器件 進(jìn)一步受到損壞。 IPM 內(nèi)置 電路 驅(qū)動(dòng)和 IGBT電路 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 作 比 ,電路 驅(qū)動(dòng) 外圍 的設(shè)計(jì)比較 簡(jiǎn)單 ,IPM電路 的 光耦接口 設(shè)計(jì)電路和 電源 驅(qū)動(dòng) 是其 重點(diǎn)的設(shè)計(jì) 所在 。 高速光耦的 要求 規(guī)格為 nsKVKK C M LC M H /15?? 或 nsKV/10 () mstt PLHPHL ?? , %15?CTR? （ ） 其中 , CMHK 為 保持高時(shí) 輸出 光耦所能承 載 的共模電壓 最大 上升率 ； CMLK 為 保持低時(shí) 輸出光耦所能承受的共模電壓 最大 下降率 ； PHLt 為 下降沿 光耦延時(shí) ； PLHt 為 延時(shí) 光耦上升沿 ； CTR?為 傳輸比 光耦電流。 圖 IPM 外部光耦驅(qū)動(dòng) 電路 圖 （ 2） 保 護(hù)電路部分 ① 欠壓保護(hù) 由 15V 電源 直流 供電 內(nèi)部 IPM 控制電路 。 欠壓保護(hù)在電路電源上電和掉電期間必須保持控制。 ③ 過(guò)流保護(hù) 當(dāng) 電流 值 流過(guò) IGBT 超出 動(dòng)作 過(guò)流 的 數(shù)值（ OC ） 且 大于 )(OCofft 時(shí) 間 ， 將關(guān)斷 IGBT。 ④ 短路保護(hù) 如果負(fù)載短路引起的上下臂同時(shí)關(guān)斷 IGBT， IPM 短路電路 內(nèi)置保護(hù) 。 電量及狀態(tài)輸出 顯示 和報(bào)警模塊 電量及狀態(tài)輸出 顯 示模塊由液晶顯示模塊和簡(jiǎn)易鍵盤組成。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤。 所以，鍵盤上的 數(shù)量 按鍵即為 N* N 個(gè)，行列式鍵盤結(jié)構(gòu)可以 使 單片機(jī) I/O 端口的 系統(tǒng)的利用率 大大 地提高 。 目前一般均用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過(guò)程一般大于 5ms。數(shù)碼管分為共陽(yáng)極的 LED 數(shù)碼管、共陰極的 LED 數(shù)碼管兩種。 直流 驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管由一個(gè)單片機(jī)芯片的 I/O 端口驅(qū)動(dòng) 各段代碼 程序。 動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)器是 通過(guò) 控制 分時(shí)旋轉(zhuǎn) LED 數(shù)碼管 COM 端子上翻各種數(shù)碼管顯示控制。 通過(guò)查表法，將 數(shù)據(jù) 在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，其中 P0 口為字型碼輸入端， P2 口低 4 位為字選段輸入端。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁(yè) 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)如圖 所示。當(dāng)上電后，由于電容的緩慢充電，單片機(jī)的 9 腳電壓逐步由高向皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁(yè) 低轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，單片機(jī)的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)上電復(fù)位完畢，系統(tǒng)程序從 0000H 開(kāi)始執(zhí)行 。時(shí)鐘電路如圖 所示。 C2， C3 的典型值為 30PF。s。 電池的剩余容量用 電池的荷電狀態(tài) (SOC)來(lái)表示，它代表了電池的供電能力，其值被定義為電池的剩余容量占完全充滿電時(shí)的電池容量之比。 fullremainCCSOC ? （ ） SOC 只有通過(guò)外部的電池特性 即 電池的 電流 I，電池 的 電壓 U，電池的內(nèi)阻 R，電池的溫度 等 其他參數(shù)的測(cè)試來(lái)推斷 SOC