【正文】 ....................................... 36 本章總結(jié) ................................................................................................................... 37 全文總結(jié) ............................................................................................................................. 38 致謝 ..................................................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 40 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 研究目的及意義 為了解決環(huán)境污染和能源緊缺的問(wèn)題 ,“節(jié)能減排”在世界各國(guó)政府產(chǎn)業(yè)政策中都處于重中之重的地位。在電動(dòng)汽車(chē)下坡或制動(dòng)時(shí) ,反饋的大電流被超級(jí)電容所吸收 ,實(shí)現(xiàn)了能量回收 ,同時(shí)也保護(hù)了蓄電池不受大電流的沖擊而損壞。 總之 ,復(fù)合電源的應(yīng)用使電動(dòng)汽車(chē)滿足動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的要求 ,提高了電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)用性 ,具有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景，決定了對(duì)于復(fù)合電源控制系統(tǒng)的應(yīng)運(yùn)而生。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 吉林大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院混合動(dòng)力客車(chē)研究組負(fù)責(zé)承擔(dān)解放牌混合動(dòng)力城市客車(chē)車(chē)載部件的實(shí)驗(yàn)工作 ,對(duì)電池裝置進(jìn)行了比較充分的研究 ,并且掌握了大量的相關(guān)數(shù)據(jù) ,為復(fù)合電源的開(kāi)發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) [3]。 在國(guó)外 ,復(fù)合電源作為電動(dòng)汽車(chē)電源裝置已經(jīng)有原型車(chē)問(wèn)世 ,不少企業(yè)及機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。該儲(chǔ)能系統(tǒng)使用 40 2 的的 Panasonic 超級(jí)電容 ,用超級(jí)電容作為負(fù)載均衡裝置使閥控鉛酸電池更好地運(yùn)用于電動(dòng)汽車(chē)。 ISE 公司將 Maxwell 的超級(jí)電容整合到汽油、柴油和燃料電池混合動(dòng)力車(chē)之中。 目前 ,在 ISE的混合動(dòng)力和燃料電池公交車(chē)上 ,有 3 萬(wàn)多超級(jí)電容器在工作 , 提供超過(guò)7500 萬(wàn)法拉的電力驅(qū)動(dòng)和再生剎車(chē)功率。本設(shè)計(jì)中用到了buck， boost 變換器，主回路的連接使用繼電器控制，繼電器則采用單片機(jī)控制， buck，boost 變換器均有一塊單片機(jī)控制，兩塊單片機(jī)之間可相互通信，來(lái)控制電路的工作狀態(tài)。 4. 控制負(fù)載工作時(shí)，供電對(duì)象的選擇及切換。 Boost 變換器可用來(lái)給鉛酸電池充電，也可用來(lái)給超級(jí)電容充電，光照充足時(shí)還可直接用來(lái)給負(fù)載供電。分析系統(tǒng)的工作模式，能量流向。當(dāng) boost 變換器單片機(jī)控制電路檢測(cè)到鉛酸電池充電完成時(shí)， boost 變換器輸 出切換到超級(jí)電容，給超級(jí)電容充電。 ③電機(jī)負(fù)載穩(wěn)定工作： 電機(jī)正常工作時(shí)，由光伏電池通過(guò) boost 變換器及鉛酸電池共同給負(fù)載供電。 圖 繼電器控制連接框圖 繼電器 SW1， SW3， SW4 由 boost 控制器控制；繼電器 SW2， SW5， SW6， SW7由 buck 控制器控制。以下部分主要介紹系統(tǒng)的各種工作模式的模式框圖及工作單元。 圖 Mode1 下能量流向圖 該工作模式下， buck 變換器工作于恒流模式給超級(jí)電容充電，同時(shí)系統(tǒng)中單片機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)超級(jí)電容的充電狀態(tài)，當(dāng)超級(jí)電容經(jīng) buck 變換器額充電完成時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)外界控制信號(hào)將 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到其他工作模式。 Mode3： 光伏電池經(jīng) boost 變換器給超級(jí)電容充電的工作模式，圖 描述了該工作模式的能量流向。系統(tǒng)處于該狀態(tài)下時(shí)，吸收能量的只有電機(jī)負(fù)載，提供能量的有太陽(yáng)能電池板、鉛酸電池和超級(jí)電容。 圖 Mode4 下能量流向圖 該工作模式下，由于電機(jī)啟動(dòng)電流較大，需要超級(jí)電容為其提供啟動(dòng)過(guò)程中所需的大電流，電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將超級(jí)電容從電路中切 除，轉(zhuǎn)換到另一工作模式。 圖 Mode5 下能量流向圖 電機(jī)負(fù)載啟動(dòng)結(jié)束后，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此狀態(tài)下，無(wú)需超級(jí)電容提供大電流，將超級(jí)電容切除，只有鉛酸電池和光伏電池給負(fù)載供電， boost 變換器工作于恒壓模式。 圖 模式 6 下能量流向圖 當(dāng)系統(tǒng)各模塊均不工作時(shí)，系統(tǒng)處于停止模式，記該 模式為 Mode7。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 各工作模式間轉(zhuǎn)換時(shí)繼電器操作順序 根據(jù)上表可知，系統(tǒng)處于不同的工作模式下時(shí)，對(duì)應(yīng)著不同的繼電器狀態(tài)，切換系統(tǒng)的工作模式時(shí)，就必須控制繼電器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程的步驟不是隨意的，否則 可能會(huì)使得系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)不可知的狀態(tài)，造成系統(tǒng)的功能紊亂，嚴(yán)重時(shí)可能還會(huì)造成系統(tǒng)短路，損壞系統(tǒng)。 buck 變換器對(duì)超級(jí)電容的充電完成時(shí)，系統(tǒng)切換工作模式，進(jìn)入 Mode2，即光伏電池通過(guò) boost 變換器對(duì)鉛酸電池充電。 （ 1） 系統(tǒng)啟動(dòng)進(jìn)入 Mode1，即由停止模式進(jìn)入光伏電池經(jīng) buck 變換器給超級(jí)電容充電 。 該轉(zhuǎn)換過(guò)程 SW1， SW2， SW3， SW7 狀態(tài)均發(fā)生了變化。 該轉(zhuǎn)換過(guò)程 SW2， SW7 的狀態(tài)發(fā)生變化。 該轉(zhuǎn)換過(guò)程 SW1， SW4， SW7 的狀態(tài)發(fā)生變化。當(dāng)接受到制動(dòng)命令式，系統(tǒng)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，即工作模式 Mode6，此過(guò)程可能發(fā)生在系統(tǒng)啟動(dòng)或穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中。操作步驟： ① 斷開(kāi) SW5 ② 斷開(kāi) SW1 ③ SW3 接觸點(diǎn) 2 （ 4） Mode5 轉(zhuǎn)換到 Mode6，即電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行到制動(dòng)模式，此時(shí) SW1， SW3， SW5，SW6 狀態(tài)發(fā)生變化。 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的各種工作模式，各種工作模式下的控制狀態(tài)，以及不同狀態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制操作。 單片機(jī) 本課題中單片機(jī)采用的是飛思卡爾的 8位單片機(jī) MC9S08SG16,是低成本，高性能的HCS08系列的成員，提供多種模塊，內(nèi)存大小和封裝類型 [6]。 其引腳分布圖如下 : 圖 MC9S08SG16 引腳分布圖 [錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。這里復(fù)位電路為上電復(fù)位。 通信模塊 圖 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通信模塊電路圖 [8] 串口模塊可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，單片機(jī)可將采集處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)顯示，方 便程序的運(yùn)行調(diào)試。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 開(kāi)關(guān)量輸入隔離模塊 圖 開(kāi)關(guān)量輸入隔離模塊電路圖 引 入開(kāi)關(guān)量是為了方便對(duì)系統(tǒng)電路的控制，這里采樣 TLP5214 芯片將輸入開(kāi)關(guān)量信號(hào)與單片機(jī)信號(hào)進(jìn)行隔離，是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 輸入、輸出出電壓采樣電路如 下： 圖 輸入電壓，輸出電壓采樣模塊電路圖 TL494 輸出 PWM 控制 圖 驅(qū)動(dòng)信號(hào) PWM 控制電路 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 PWM 控制電路， 單片機(jī)通過(guò) TL494死區(qū)控制調(diào) 節(jié)占空比，調(diào)節(jié)輸出電壓電流。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 系統(tǒng)軟件控制方法分析 軟件編程環(huán)境介紹 本課題設(shè)計(jì)采用的是飛思卡爾的一款 8 位的單片機(jī)，型號(hào)為 MC9S08SG16。無(wú)需擔(dān)心主機(jī)至主機(jī)的不兼容。兩個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)需要相互配合來(lái)完成相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 Buck 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程： 圖 buck 控制器總體流程框圖 [11] 檢測(cè)負(fù)載開(kāi)關(guān)，模式轉(zhuǎn)換具體流程： 圖 buck 控制器流程框圖 1[12] 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 檢測(cè) buck 開(kāi)關(guān)，模式轉(zhuǎn)換具體流 程： 圖 buck 控制器流程框圖 2 檢測(cè) boost 開(kāi)關(guān)，模式轉(zhuǎn)換具體流程： 圖 buck 變換器流程框圖 3 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 以上整體流程圖為 buck 變換器控制的流程圖，系統(tǒng)啟動(dòng)之后，開(kāi)始檢測(cè)負(fù)載開(kāi)關(guān)控制量，當(dāng)檢測(cè)到負(fù)載開(kāi)關(guān)閉合，并且處于停止模式，則進(jìn)入負(fù)載電機(jī)啟動(dòng)模式。接下來(lái) buck 控制器檢測(cè)其控制開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，若閉合，則代表下一步進(jìn)入充電狀態(tài)。下面是各個(gè)模式之間的轉(zhuǎn)換條件： Mode7 到 Mode1 的轉(zhuǎn)換條件是 buck 變換器控制開(kāi)關(guān)量閉合，當(dāng)前工作模式為 Mode7同時(shí)系統(tǒng)充電結(jié)束標(biāo)志為 0 即系統(tǒng)指示充電為完成。 Mode1 到 Mode7 的轉(zhuǎn)換條件是當(dāng)前工作模式為 Mode1，同時(shí) buck 變換器控制開(kāi)關(guān)量斷開(kāi)。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 Mode4 到 Mode6 的轉(zhuǎn)換條件 是當(dāng)前工作模式為 Mode4，同時(shí)電機(jī)負(fù)載控制開(kāi)關(guān)量斷開(kāi)。具體的操作參見(jiàn)主程序分析。 Send_Mode_to_boost(6)。 Send_Mode_to_boost(6)。 mode = 7。 mode = 7。amp。amp。 Send_Mode_to_boost(2)。 mode == 2 amp。 } else if(mode == 3 amp。 charge_finish = 1。 case 2: Send_Mode_to_boost(7)。 break。 break。 mode = 4。 } } } } 首先完成單片機(jī)中 IO 口、 ADC等功能模塊的初始化， Check_Mode_Conversion_Flag()是檢測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，使用相應(yīng)的標(biāo)志為記錄系統(tǒng)工作狀態(tài)，作為系統(tǒng)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換的條件，之后根據(jù)具體模式轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)模式轉(zhuǎn)換。 Send_Mode_to_boost(6)。 boost 變換器單片機(jī)控制系統(tǒng) Boost 變換器主程序： void main(void) { unsigned char mode。 mode = Get_Mode_from_buck()。 Send_Mode_to_buck(3)。 Send_Mode_to_buck(7)。 Send_Mode_to_buck(4)。 Send_Mode_to_buck(4)。 break。首20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 先這里根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)志位確定 boost 變換器的工作狀態(tài)，然后接收來(lái)自 buck 變換器的數(shù)據(jù)，與 buck 控制器協(xié)調(diào)進(jìn)行相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換。不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)不同的繼電器狀態(tài)轉(zhuǎn)換。由于需要兩個(gè)控制器配合的狀態(tài)轉(zhuǎn)換有 6 種，兩個(gè)控制器之間通過(guò) 3 個(gè) IO 口連接進(jìn)行通信，可傳送 8 種狀態(tài)。 Buck 控制器先操作時(shí)，向 boost 發(fā)送轉(zhuǎn)換模式， boost 控制器接收到之后，進(jìn)行相應(yīng)操作，完成后發(fā)送模式數(shù)據(jù)，告知 buck 控制器模式轉(zhuǎn)換完成。 ④判斷光伏電池通過(guò) buck 變換器對(duì)電容充電是否完成 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 該部分利用到了單片機(jī)內(nèi)部的 ADC 模塊，采集電容兩端電壓，判斷充電是否完成。 break。 default: break。 else 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 return 0。 ③ 檢測(cè)光伏電池通過(guò) boost 變換器給超級(jí)電容充電是否完成 函數(shù)名： unsigned char Judge_buck_charge_cap_full(void) 該函數(shù)功能與②相識(shí)，均利用 AD 采樣檢測(cè)系統(tǒng)是否完成當(dāng)前模式，下一步需進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。而查繼電器狀態(tài)表可知 Mode3 時(shí)， SW3 接觸點(diǎn) 2， Mode2 時(shí)， SW4 接觸點(diǎn) 4。 ⑥ boost 變換器恒流工作 函數(shù)名： Set_boost_constant_current() 此狀態(tài)通過(guò)單片機(jī)對(duì) TL494 死區(qū)的控制實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)采樣輸出電流，根據(jù)采樣電流與設(shè)定值電流值進(jìn)行比較調(diào)整控制量，調(diào)節(jié) MOSFET 驅(qū)動(dòng) PWM 信號(hào)的占空比。 20xx 屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 if(duty limit_min_duty) { duty = limit_min_duty。 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)系統(tǒng)控制流程的分析，核心控制的代碼和一些關(guān)鍵子程序的分析，分別論述了 buck 控制器， boost 控制器的控制方式，同時(shí)對(duì)兩個(gè)控制器之間的協(xié)同工作做了分析。由表 可以看出剛開(kāi)上電時(shí)，有 左右的沖