电动汽车动力电池充电系统控制部分设计开题报告-中期报告

本科毕业设计(论文)附件题目：电动汽车动力电池充电系统控制部分设计目录1西安工业大学毕业设计（论文）开题报告2西安工业大学毕业设计（论文）开题报告检查表3西安工业大学毕业设计（论文）中期报告4西安工业大学毕业设计（论文）中期检查表5西安工业大学毕业设计（论文）指导教师评分表6西安工业大学毕业设计（论文）评阅教师评分表7西安工业大学毕业设计（论文）答辩暨综合评分表毕业设计(论文)开题报告题目：电动汽车动力电池充电系统控制部分设计

毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景目前,汽车工业是国民经济的支柱产业，它与人们的生活息息相关，已成为现代社会必不可少的组成部分。但是，以石油为燃料的传统的汽车工业，在为人们提供快捷、舒适的交通工具的同时，增加了国民经济对化石能源的依赖，加深了能源生产与消费之间的矛盾。随着资源与环境双重压力的持续增大，为缓解石油资源短缺局面，降低汽车燃油对环境的污染，发展新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向。世界各国亦开始大力的推广电动汽车，电动车以其独特的优势得到了广泛的应用，但是电动车在其使用的过程中也逐渐暴露出了缺点，就是电动车配备的铅酸蓄电池使用寿命普遍短。究其原因，是由于在以往的蓄电池充电过程中，充电方法不当，易造成蓄电池未充满电或者充电过量，这对蓄电池的使用寿命会有很大的损害。1.2研究意义在汽车工业迅猛增长、政策对再生能源产业的大力扶持、工业电子技术不断进步诸因素的带动下，我国铅蓄电池工业与国际先进水平的差距将逐渐缩小，未来将呈现高速增长的势头。而且随着我国铅蓄电池技术进步的加快，传统的铅蓄电池通过改造和改进，正朝着密封免维护等新型蓄电池方面发展。同时，凭借廉价优势，我国铅蓄电池出口也呈现快速增长的势头。所以，针对电动车铅酸蓄电池的上述问题，本课题要求设计一种快速充电装置，这对于未来电动汽车行业的发展和我国铅蓄电池工业都非常有意义。1.3国内外研究现状目前，我国许多科研机构、高等院校都增设了与电动汽车研发有关的机构和人员，并把电动汽车及相关零部件的研发列为重点课题，这为我国电动汽车产业的发展打下了良好的基础。而根据美国的统计数据，铅酸蓄电池行业产生的铅污染已远远小于航空工业、炼钢和锅炉加热、发电等行业。从而美国、日本、德国等发达国家也对电动汽车技术高度重视，从汽车技术变革和产业升级的战略出发，积极促进本国电动汽车产业发展，以期提升本国汽车工业国际竞争力，铅酸蓄电池也成了发展的热门方向。本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要内容针对电动汽车铅酸动力电池，完成大功率充电系统设计，实现充电控制。实现变电流充电控制；实现充电电源各继电器闭合顺序控制、启动停机控制、输出设定、检测信号AD采集；（3）液晶显示电压、电流、温度以及故障信息。具体实现电路图如下所示：2.2研究方案初步硬件拟设计采用单片机NEC78F0881来控制电池的快速充电。半桥控制模块拟采用SG3525芯片，主要因为SG3525是电流控制型PWM控制器，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。总体的硬件按模块如下图所示：温度检测模块温度检测模块电流检测模块电压检测模块半桥控制模块NEC0881单片机液晶显示状态指示灯蜂鸣报警器CAN通信功率继电器风冷继电器充电启/停键快充/标充键软件程序编写电压、电流、温度检测和半桥隔离驱动、液晶显示，蜂鸣报警等，初步分析软件模块如下：半桥控制模块半桥控制模块温度检测模块电流检测模块电压检测模块主程序模块功率继电器模块蜂鸣报警器模块液晶显示模块充电模块初始化模块本课题研究的重点及难点，前期已开展工作重点：硬件连接实现对电流、电压、及温度的检测还有基本的控制部分设计难点：在编写软件程序时，如何实现电池已充好、过冲、报警及保护电路的程序前期开展工作：广泛查阅所用主要芯片单片机NEC78F0881，对已有文献进行广泛阅读，结合实际情况设计出系统的基本结构框图，包括硬件框图和软件框图。完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）1～2周：知识储备阶段。广泛查阅相关资料，掌握和吸收现有成果和发展动态。3～4周：总体方案制定阶段。确定具体的实施方案，并对各部分的可行性进行论证。5～9周：系统硬件电路设计阶段。确定系统详细方案，，完成各部分硬件电路设计10～12周：硬件原理图设计。画出电气原理图和印制版图，并进行软件程序流程图设计。画出主要的软件流程图，并对可行性进行分析。13～16周：系统联调阶段。在软、硬件设计、局部调试工作完成后进行测试、数据分析、软件参数调整，使系统在联调过程中达到设计要求。17～18周：设计论文撰写阶段。对自己的整个设计论文的资料进行整理，对毕业论文进行修改、整理，准备论文答辩参考文献周志敏,周纪海,纪爱华.充电器电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2005(10)朱松然.2002.铅蓄电池技术.第二版.北京:机械工业出版社:48～62,74～80,312～31.刘国栋,电动汽车电池智能充电系统研.武汉科技大学姜绍信,1984.铅电池快速充电.天津:天津科学技术出版社:1～2.陈清泉,孙迎春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社.2002:1~4.王坚.慢脉冲快速充电延长铅酸蓄电池寿命的研究[J].电池,2005年8月,35(4):288-289.姚高尚,梁凯,简虎,等.半桥逆变电路中高频变压器的设计[J].电源技术应用,2007,10(4):50-53.陈分雄,王典洪,张承志.基于单片机与SG3525的船用电源充电机[J].武汉工业学院学报,2005,24(4):11-13.李强,王春芳,罗守宾.半桥电路的双闭环控制系统设计与建模[J].船电技术,2007,27(2):82-85.徐品第,柳厚田.铅酸蓄电池.上海:上海科学技术文献出版社.1996吴寿松,展望新一代汽车蓄电池:见第八届全国铅酸蓄电池学术年会论文集;沈阳:沈阳蓄电池研究所.2003:15~18TomohikoI.Chargingoperationwithhighenergyefficiencyforelectricvehiclevalveregulatedlead2acidbatterysystem[J].JPowerSources,2000,91(1):130-136.PavlovD,PetkovaG,DimitrovM,etal..Influenceoffastchargeonthelifecycleofpositivelead-acidbatteryplates[J]..JPowerSources,2000,87(1-2):39-56..ZhangChengning，WuBingfeng，SunFengchun，ZhangWang.PulseQuickChargerofElectricVehicle.JournalofBeijingInstituteofTechnology，2002，Vo1．11，No．3路秋生,常用充电器电路与应用,成都:机械工业出版社.2005伊晓波,铅酸蓄电池制造与过程控制,北京:机械工业出版社,20046刘月英,李燕月,王伯羲.电动车用动力铅酸蓄电池的研究进展.化学研究与应用.100421656(2004)0420445204毕业设计（论文）中期报告题目：电动汽车动力电池充电系统控制部分设计院（系）专业班级姓名学号导师2012年5月1日设计（论文）进展状况本毕业设计的课题是电动汽车动力电池充电系统控制部分设计，通过在5-9周查阅相关资料，阅读大量文献，参照现在大多数铅酸蓄电池充电设计及其优缺点的基础上，提出了自己的设计方案。完成了硬件部分电路设计和软件流程图设计，并翻译相关课题英文资料一篇，具体如下：1、1硬件系统框图设计充电器的充电控制电路主要由单片机NEC78F0881、半桥控制芯片SG3535、电压电流温度检测和半桥隔离驱动、液晶显示、蜂鸣报警等组成。1、2各部分硬件电路设计（1）控制电路设计充电控制电路采用NEC78F0881单片机。该单片机具有指令少、速度快、体积小、输入输出直接驱动能力强等特点。芯片内部主要由32KB程序存储器和1KB数据存储器、8通道10位A/D转换器、异步串口、三线同步串口、CAN接口等组成。单片机在充电程序控制下对蓄电池的端电压、充电电流、温度等信号进行采集分析后,根据预先设定的充电曲线，控制模拟开关选通电压或电流信号反馈到半桥控制器的反相输入端，在与SG3525同相输入端设定的基准电压，误差放大后控制产生半桥驱动信号，光耦隔离并经驱动电路后驱动半桥，实现闭环稳压或恒流控制。充电器在充电过程中实时检测充电参数，电阻分压检测充电电压，霍尔电流传感器检测充电电流，热敏电阻检测充电器散热片温度。通过单片机自带的ADC端口检测后，由三线同步串口SI与液晶通信，实时送到液晶显示充电信息。同时单片机通过CAN总线接口将充电信息传至上位机汽车仪表。（2）复位电路的设计本设计采用手动复位和看门狗复位相结合的复位电路，其中复位芯片选用看门狗系列芯片X5043，它能够在异常状态下实现系统的自动复位。该芯片把四种常用的功能：电源上电复位、看门狗定时器、电压监视和E2PROM组合在单个封装之内，这种组合降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。该芯片与控制器的硬件电路连接如下图所示。考虑到控制器的串行口需要用来与外部进行数据通信，所以对该复位芯片的电路连接选用单片机的并行I/O口模拟串行口，这种接法更具有通用性，选用NEC78f0881的P6.1、P6.2分别与X5043的SI、SO相连用于数据的写入或者读出，单片机的P6.0与SCK相连，可编程模拟时钟信号。P3.3与/CS相连，用于片选。（3）蜂鸣报警器的设计当电池充满时报警电路接通实现自动报警（4）CAN总线上位机通信PCA82C250是先进的收发器产品，可以用在汽车以及一般的工业应用中。本设计直接用该芯片实现单片机控制的电池充电系统与上位机通信。管脚Rs接至地的电阻控制斜率，选择斜率控制模式。斜率正比于管脚8的电流输出。因为此通信具有较短总线长度。CANH、CANL两条线防止在汽车环境下可能发生的电气瞬变现象。TxD和RxD分别接单片机的CTxD和CRxD进行通信数据传输。（5）电压电流采样电路设计该部分的主要任务是实时采集蓄电池两端的电压和充电电流值，然后分别送入单片机和SG3525进行分析和处理，以得到相应的控制信号，控制主电路MOS管的通断，从而改变充电电流、电压的大小。直流电压采样电路的工作原理是输出电压BAT+经过分压电阻分压，在CD4051的模拟信号输入通道0和通道3分别相应的送入1.25V的反馈电压，根据单片机输入的选通信号决定输出电压为恒压84.5V还是浮压81V。被选通的反馈信号经过低通滤波同时送到硬件控制回路和单片机的AD引脚，为控制算法的分析、处理、实时保护显示等功能提供依据。直流充电电流是通过霍尔电流传感器采集的。选用原副边线圈比率为100A/50mA的霍尔电流传感器，其副边输出电流经过串联电阻网络分别在CD4051模拟输入的通道1、通道2、通道4、通道5、通道6、通道8上输入1.25V的反馈电压，根据单片机的选通通道的不同，输出对应通道上的反馈信号，同时将其送到单片机对应的AD采样口和硬件控制回路上。其不同的通道选通对应着不同大小的电压、电流值，通过单片机控制器实现慢脉冲充电或者均衡充电。（6）液晶显示插口设计1、3软件流程设计该智能充电器的软件控制是充电电源的灵魂，它担负着充电电源各继电器闭合顺序控制、启动停机控制、输出设定、检测信号AD采集、显示LCD等多项任务。最终我们确定的程序采用模块化结构。首先有一个主程序main.c，主程序通过宏定义include把多个子程序包含，子程序包括恒流慢脉冲快速充电子程序、均衡充电子程序、CAN总线通信子程序、液晶显示驱动子程序、中断服务子程序等。下图是该智能快速充电器的软件系统流程图。本系统采用模块化的程序设计方法，整个控制过程采用“循环+中断”的程序结构，首先开机后进行系统初始化，同时允许ADC数据采集中断、系统通信网络中断、功率驱动保护等中断，一旦满足某一中断触发条件，即执行相应的子程序功能，从而保证了控制的实时性和准确性。最后通过采集电池的端电压，温度等参数，与预先设定的参数进行比较，判断充电是否结束，然后执行进入下一次循环还是切断主电路。（1）恒流慢脉冲程序设计如下图1所示，为恒流慢脉冲快速充电法的程序流程图。进入慢脉冲快速充电子程序后，首先是对蓄电池两端的电压、电流、温度等信息进行采样，判断电池是否在正常状态。如出现异常情况则跳转异常处理子程序进行相应的处理。如果系统的各项指标都在正常范围内，则进入下一步，通过计算当前电池电量，判断电池进入哪一阶段的慢脉冲充电阶段。（2）均衡充电子程序设计如下图2所示，在均衡充电的过程中，将充电过程分为几个恒压限