1、毕业设计开题报告汽车启动电源管理系统设计学 生 姓 名： 学 号：学 院：专 业：设计题目：指导教师:20 年 月 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全
2、号（如 0201140102,为 10 位数） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：目前,汽车工业飞速发展,多电或全电汽车已经成为一种发展趋势,汽车电源管理系统性能的好坏对汽车性能的优劣有着举足轻重的作用,汽车电源管理系统负责对汽车电源系统进行监控和保护,并将供电系统的工作状态信息和汽
3、车电源管理系统本身的工作状态信息传送给车载计算机 1。由电源管理系统的功能可以对电源管理系统的输入信号、输出信号和通信信号等进行分类.电源管理系统输入信号主要分为蓄电池电源电压、地面电源电压、蓄电池接通信号、发动机启动信号、地面电源接通信号、蓄电池过热信号、电压调整器电压、电压调整器接通信号、主总线电流、总线电流、低压用电负载接触器接通信号和高压用电负载接触器接通信号 2。电源管理系统的输出信号主要分为电压总线接触器控制信号、地面电源接触器控制信号、直流电源告警灯控制信号、蓄电池过热告警灯控制信号、CAN 总线通信、电压调整器电流、低压用电负载接触器控制信号和高压用电负载接触器控制信号 3。蓄
4、电池剩余容量的预测同样不可缺少。这个剩余容量除了让使用者了解还有多少的电量可以使用，避免电池因过度放电而缩短电池寿命之外，还可以提供信息给充电器，使其选择正确的充电方式，用最快而且安全的方法将电池回复到充饱的状态，并且不会因过度充电而破坏电池 4。蓄电池的适时更换是一直困扰人们的重要课题，因为蓄电池的寿命受到工作环境、充放电特性等诸多因素的影响，往往并不能达到供应商所号称的循环寿命值。太早更换会造成巨大的经济损失，太晚又会影响到系统工作的可靠性。如果能准确了解到蓄电池的寿命状态，无疑能得到经济性和可靠性的最佳折中 5,6。在现今这个以工业为主的社会中，铅酸蓄电池的应用越来越广泛了，如今交通工具
5、大都装有蓄电池，诸如各式各样的飞机、船用、火车和汽车等，还有通信行业的后备电源，金融行业的后备电源等等 7。这些场合都是要求蓄电池的运行绝对可靠，这样就对蓄电的检测和维护提出了很高的要求。如果这些领域在蓄电池方面出现了故障，没有及时发现和解除，那么造成的严重后果是无法估量的，因此蓄电池检测仪表对蓄电池的正常运行，提高蓄电池的使用寿命，减少应用领域事故发生，降低财产损失有着重要的意义，应用前景广阔 8,9。美国哥伦比亚的一个著名的预测中心 BATELL 机构提出了今后 20 年最具发展前景的三项技术：(1)信息技术；(2)化学电源；(3)生物技术。从中可以看出化学电源处于第二位，极具广阔的发展前
6、景 10,11。其中，铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种化学电源，也是最早被广泛使用的二次电池。进入 20 世纪 90 年代以后，由于大量新技术，新材料的涌现，再加上信息时代对蓄电池的挑战，人们正力图使铅酸蓄电池取得新的突破。铅酸电池与其它电池比较，铅酸蓄电池因为具有较高的性能价格比，因而很有竞争优势。当前,在国内外电源管理系统的研究中,判断电池荷电状态采用的方案主要是安时法,在考虑电池温、放电条件等因素后,进行补偿,来提高剩余容量的预测精度,还有的采用上述几种方法相结合,互相取长补短,近年来采用模糊逻辑推理和神经网络的方法较多 12。下面介绍几种能量管理系统及其所采用的剩余容量预测的方法。
7、MorofKyana等人在论文中介绍的应用于本田公司开发的电动车 EVPlus 上的电池剩余容量和续驶里程显示仪,采用公式如下:蓄电池剩余容量(Ah)等于额定容量一放电容量一自放电容量一温度补偿容量蓄电池荷电状态(%)=100x 剩余容量/额定容量一退化率(%)即综合考虑了电池的自放电、温度、电池老化的因素影响,从理论上来说,这套系统还比较理想,但需要对电池有较多的先验知识,在适用不同厂家生产的蓄电池方面还很困难，计算的数据也非常多,像自放电容量温度补偿容量、退化率等需要大量的先验知识,而且计算出来的结果的可信度也不高 13。清华大学研制的电动自行车智能控制器,用 PHILIPS 的8xC75
8、2 微处理器作主控单元,电池荷电状态的判断采用开路电压法、负载电压法、安时法三种方法相结合,在放电前用开路电压法判断剩余容量,在放电开始后的几分钟内用负载电压法校正结果,在电池放电后期用安时法来预测剩余容量。日本 chugoku Eletricco.Inc 技术研究中心开发的镍氢电池状态指示器,是结合安时法和内阻法来估计剩余容量的“韩国 Samsung Advanced Institudeo Tdcnologyeore Researeheenter automotive EleetroniesLab 开发的 soe 指示器,采用的是 Pukert 方程结合安时法“香港大学nept.Electr
9、ical Eleetrieal Engineering 研制的智能电池管理系统,与韩国人的方法相比,考虑了温度和老化的因素 JinehunPeng.hobinehen,RussEberhart 在论文中介绍了用神经网络的方法来预测剩余容量,网络结构为四输入单输出的三层前馈网络,四个输入量分别为电流、放电容量(Ah)、温度、电压，该方法虽然考虑了较多的因素 ,但网络结构简单,需要的训练数据较多,学习过程较复杂 14,15。参考文献1 辛喆，葛元月，薄伟，等基于单片机的纯电动汽车电池管理系统设计J农业工程学报，2014（12）：163-1702 王琪，孙玉坤一种混合动力汽车复合电源能量管理系统控制
10、策略与优化设计方法研究J中国电机工程学报，2014（z1）：195-2033 许烈，张奇，李永东，等混合电动汽车功率变换器的研究J电机与控制学报，2014，18（1）：98-1044 刘一欣，郭力，李霞林，等基于实时数字仿真的微电网数模混合仿真实验平台J电工技术学报，2014（2）：82-925 李博矿用车载型锂离子电源管理系统设计J金属矿山，2014（5）：134-1376 湛文韬，孙靖国，解文涛，等机载核心处理平台电源管理系统J电光与控制，2014（11）：70-747 许建明养路车车载监测系统中 UPS 电源管理系统设计J电源技术，2014，38（7）：1343-13468 何永学，郑敏
11、信，陈仕俊，等基于 STM32 电池管理系统的 SOC 估算方法研究J电力电子技术，2014，48（4）：27-309 唐磊，周兴，刘娇绿色笔记本电脑电源管理系统设计J电源技术，2013，37（3）：443-44410陈东勤汽车电源系统及其技术发展趋势J电子与封装，2008，4（6）：35-3711饶运涛，邹继军，郑勇芸现场总线 CAN 原理与应用技术M北京：北京航空航天大学出版社，200312唐致远，刘春燕，徐国祥锂离子电池的产品现状及其发展前景J河北化工，2001（1）：67 13刘璐，王红蕾，刘志刚锂离子电池的工作原理及其主要材料J科技信息，2009（23）：454 ，48514LI J
12、, ZHAO L. A novel synchronous BUCK topology for battery chargerJ. PEEA 2011, 2011, 23(0): 684 - 689.15TSANG K M, CHAN W L. Current sensorless quick charger for lithium-ion batteriesJ. Journalofpowersources, 2011, 52(3): 1159-1593 .毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：电池剩余电量计算，对于单节铅酸蓄电池来说，它的电动势是一个定值，是由它本身的制造工艺和特性确定的。
13、当电池开路时，电池的端电压等于它的电动势；当外接负载后，流过它的电流大小取决于负载大小，但是电池的端电压值随电流增大会略微减小，这是因为电池有内阻的缘故，所以电池可以用理想电压源和内阻的串联组合来代表，因此我们可以通过检蓄电池的电压来间接知道它的电量。铅酸蓄电池检测系统是能够实时在线检测蓄电池的端电压。铅酸蓄电池检测系统由三个大部分组成：检测模块，用以测量单个蓄电池的端电压；显示模块，用于实时显示测得的电压数据。通信模块，将单片机与计算机连接，将测得的数据传到电脑当中显示。测量模块主要是电压测量，测量铅酸蓄电池的端电压，并通过 ADC0809 进行电压的模数转换。LCD 显示模块，可以把测量模
14、块测量出来的数据直接显示出来，方便进行系统维护和管理。通信模块，用 MAX232 接口将单片机与计算机连接，将测得的电压值上传到计算机中显示。硬件部分原理框图为了方便安装调试和维护，因此要求检测系统的体积相对比较小，结构比较简单，如图 1.1 所示，电池的电压检测参数被检测后再经过 A/D 模数转换输入到主控制器，由主控制器进行相应的数据处理之后送到 LCD 显示电路进行电压数据的实时数据显示，通讯电路连接单片机与 PC 机，实现它们之间的数据通讯。留出的数据输出端口用于连接单片机和设计当中所用到的其他功能器件。图 1.1 主机流程数据采集流程图，如图 1.2 所示蓄电池作为被控对象经检测元件
15、采集后将物理量传给传感器，由传感器通过信号处理将物理信号转换为电信号传给 A/D 转换器，再有A/D 转换器将模拟的电信号转换成数字信号后直接送到单片机。因此我们可以看出在电压数据采集的过程中经过的两次信号的转变，用到了两种转换器件，传感器和 A/D转换器。图 1.2 数据采集流程软件部分流程图首先在设计系统软件部分前，我们要明确的了解我们设计的系统主要要完成的功能，本文所设计的系统属于电压单路检测系统，单片机作为主控制器通过调用子程序，并在单片机内做相应的数据处理共同完成蓄电池智能检测的任务。主程序调用了 3 个子程序，分别是电压测量程序、单片机与 PC 机串口通讯程序、显示程序。电压测量程
16、序：实现接收传感器传来的模拟电压信号，转换成相应的数字信号送单片机中。显示程序：向 LCD 的液晶显示送数，控制系统的显示部分。串口通讯程序：实现 PC 机与单片机通讯，将电压数据传送给 PC 机。程序首先初始化然后进入各个分程序进行检测，最后返回程序。系统总流程图如图 1.3 所示。主控制器AT89C51电 压 A/D转 换 电路 8位 I/O口LCD显 示 电 路复 位 电 路 通 讯 电 路被 控 对 象 A/D转 换 器传 感 器 CPU物 理 量 电 信 号 数 字 信 号开始程序初始化电压测量子程序通讯子程序显示子程序图 1.3 系统总流程图主程序参考程序为：ORG 0000HLJ
17、MP MAIN ;跳转到主程序ORG 0013H ;外部中断 1 入口地址LJMP INT1 ;调转到外部中断 1ORG 0023H ;串口中断入口地址LJMP SINT ;跳转到串口中断ORG 0030H ;采集电压数据存储地址MAIN:MOV SP,#70H ;堆栈设置LCALL CE_LIANG ;调用测量子程序MOV A,30H ;将测量初始电压送入累加器 AMOV B,#2.4 ;将立即数 2.4 送入累加器 BMUL AB ;将初始电压值的 2.4 倍存入 AMOV 31H,A ;将处理过的电压值送入 31HLCALL TONG_XUN ;调用通讯子程序LCALL XIAN_SHI ;调用显示子程序AJMP MAIN ;跳转回主程序毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日
