蓄电池剩余容量在线检测装置的设计与制作-电气专业毕业论文开题报告

2014 届毕业设计（论文）开题报告

二级学院： 电子信息与电气工程学院 班 级： 10电气卓越 学 生： 邓大为 学 号： 10020406 指导教师： 李蓓 职 称： 教授 课题名称 课题类型 起止时间 蓄电池剩余容量在线检测装置的设计与制作 √毕业设计 毕业论文 开题报告 1、课题来源及现状： 目前，电动车和其他使用蓄电池的用户，在使用之初或在行进中，需要了解电池所剩容量的实际情况，就如汽车驾驶员要知道目前状态下还剩余多少油一样。与此同时，了解蓄电池剩余容量对于延长电池的寿命也有很重要的影响。所以，蓄电池的剩余容量的检测问题在当下也是比较热门的问题。蓄电池的剩余容量受到放电时环境温度、放电倍率、充电时间、使用寿命等众多因素的影响： ①放电时的环境温度 环境温度对蓄电池的剩余容量影响比较大，随着环境温度的增高，蓄电池所放出的电量也增加 ；反之。在高温下放电会使蓄电池过放电，因此需将截止电压提高。 ②放电倍率 使用不同倍率放电电流放电，可以得到不同的放电时间电压曲线。放电倍率越大，放电电压下降越快，放出容量相对减小。 ③充电时间 充电时间对所放出容量的影响是显而易见的，但往往被忽视，当充电时间不够，稳定一段时间后，测量到的开路电压与带负载后初始放电电压可能与满充时差异不大，但放电时放电电压下降的很快，因此放电时间很短，很快就达到截止电压。 ④使用寿命 当电池的循环次数较多以后，电池的放电曲线拐点会向前移，放电电压的斜率也会增加，故所放出容量也会减小。 故蓄电池的剩余容量的检测比较复杂，传统方法有：密度法、开路电压法、內阻法和电量积累法。其中密度法对于密封式蓄电池不适用。与开路电压法必须要等到热力学达到平衡时再测量方准确，因此不适合在线测量。內阻法，由于电池內阻与电池的剩余电量之间关系复杂，通用性也比较差。因为不能保证电池每次充到满充状态，所以“用所放出电量来衡量电池的剩余容量”的方法需要慎重考虑。若考虑电池端电压、充放电电流、初始电液比重、环境温度等因素，一来问题变得很复杂，实现起来有难度；二来其中初始电液比重与密度法一样存在难以测量的问题。因此希望能寻找更便捷可靠的剩余容量测量方法。为了克服上述在线测量蓄电池剩余电量的不足，本项目提供一种新的在线测量蓄电池剩余电量的方法，而且能方便看到实时剩余电量占额定电量的百分比。 2、设计要求与工作内容 设计要求： 1.能够检测出电池的电流(范围为0-30A)、电压(范围为0-15V)、温度(范围为—10-100度)；精度都为正负3% 2.显示电池剩余容量，误差<5%； 3.电池容量不足10%时启动报警； 4.能检测电池工作时的故障； 主要内容： 1.确定剩余容量的检测和蓄电池SOC自适应动态估算方法 2.理解单片机的工作原理、了解增加的温度补偿智能化调整模块的工作原理 3.确定总体的设计方案 4.完成蓄电池剩余容量自适应检测装置的硬件设计 5.完成蓄电池剩余容量自适应检测装置的软件设计 6.进行实验仿真 7.撰写毕业设计说明书及相关外文翻译工作 3、设计方案与研究技术路线 3.1 硬件结构及原理 硬件框图如图1所示，主要包括电压、电流和温度检测部分、单片机系统、输出显示及报警部分。主要工作过程由单片机检测蓄电池的工作电流，当蓄电池短暂脱离负载时，电流为零，单片机采集回跳电压信号和温度信号并按一定的算法求出剩余容量送显，同时不足10%容量时启动报警。 图1 硬件部分原理框图 3.2 软件检测 ①电压检测 电压检测由LM324和A/D芯片MCP3208组成，蓄电池的回跳电压范围为10.5V～13V之间，而A/D芯片的输入范围为0～5V，由LM324实现回跳电压和参考电压Vref1的比较输出适合A/D的电压水平，参考电压Vref1可用AD584产生10V的基准电压，则ADO2端输出的电压范围为0.5V～3V提供给A/D的通道1。A/D的参考电压Vref采用AD584芯片产生5V的基准电压。 A/D芯片的CLK、Dout、Din和CS端分别于单片机的P14～P17端口。MCP3208为12位逐次逼近型的模数转换芯片，其工作电压为2.7V～5.5V，同时带有SPI串行总线接口。单片机的定时器产生2MHz的外部时钟信号给A/D芯片的CLK脚，完成模/数转换后数据经P15口读入单片机。 ②电流和温度检测 电流由89S51单片机的外部中断0即P32口实现检测，一旦蓄电池电流从工作状态跳变为零时，外部中断0响应进入中断检测程序，实现温度和电压的数据采集。而温度信号由数字温度传感器DS18B20检测经P33口送入单片机。 3.3 数据处理 单片机实现温度和电压数据处理的流程图如图2所示。阀值Ud=11.8V，考虑到放电深度对剩余容量的影响，单片机求取剩余容量SOC2时，分两种情况计算： 1）在回跳电压Ut ≥11.8V时，考虑到温度对SOC的影响较大，应加入温度补偿，即：以25度作为基准温度，温度每升高1度，SOC2下调1%，即图2中的温度修正1。 2）在Ut∈（0，11.8V）区间，考虑到温度的影响较小，温度每升高2度，SOC2下调1%，即图2中的温度修正2。 3.4 显示及报警 经温度修正后的剩余容量值SOC2输出到LED显示，若SOC2低于10%，则启动蜂鸣器报警。 下图为具体实验框架图： 电压检测 收数 集据监 电流检测 检测 测 数 据 温度检测 图3 实验框架图 开始启动A/D采集回跳电压Ut采集温度TNUt>=阀值UdY由（6）式算出SOC2由（5）式算出SOC2温度修正2温度修正1NSOC2>=10%Y启动报警送显结束图2 数据采集处理流程 与参考容量比较 送显与报警 4、预期目标 通过实验研究发表一篇论文。 5、时间安排 第一周：资料调研，完成开题报告 第二周~第三周：资料调研，完成科技资料翻译 第四周~第五周：实验框架图设计以及专业知识补充学习 第六周~第九周：关于各种单片机器件的选型与程序编写 第十周~第十三周：装置试用调试 第十四周~第十五周：撰写论文 第十五周：答辩 参考文献 ： [1]YIN chun-jie（尹春杰），SUN jie-jun（孙洁君），ZHANG cheng-hui（张承惠）. A New Algorithm of online Monitoring and Fault Prediction for the Battery Set State [A].Chinese Control Conference.Beijing（北京）：2007，30-31 [2] Sabine Piller,Marion Perrin,and Andreas Jossen Methods for state-of-Charge Determination and their Applications [J].Power Sources 2001,vol.96,no.1,pp.113-120 [3]. 李蓓，王耀南，陈正龙，叶玮琼等. 利用端电压进行电动车辆动力电池SOC的模糊估算[J].湖南大学学报（自然科学版），（2009）： [4] 李蓓，叶玮琼，王耀南，陈正龙等.基于工作电压的动力电池剩余容量动态估算[J]变流技术与电力牵引，2008（4）：46-50 [5] 郑荣才 等 混合动力牵引车蓄电池快速充电的控制策略 [J].起重运输机械，2005（8）：27-29 [6] 欧阳名三 余世杰 VRLA蓄电池容量预测技术的现状及发展[J].蓄电池，2004（2）：59-63 [7]. 张万奎.汽车蓄电池[M]. 人民交通出版社，北京，1997年（第1版） [8].Duane Hanselman,Bruce Littlefield著，朱仁峰译.精通Matlab 7[M].清华大学出版社，北京，2006年（第一版） [9] 王斯成,陈子平等.《蓄电池剩余容量（SOC）数学模型探讨和在线测试仪的开发》[J].太阳能学报，2005，26（1）：6-12. [10]王宗亮,董国保,刘建东.《应用单片机测试蓄电池剩余电量》[J].机电设备，2004，1：39-41 [11] 麻友良,陈全世,齐占宁.《电动汽车用电池SOC定义与检测方法》[J].清华大学学报（自然科学版） [12]Pillip E.Pascoe and Adnan H.Anbuky VRLA Battery Discharge Reserve Time Estimation [J].Power Electronic.IEEE Transaction on volume 19,Nov,2004:1515-1522 [13] Shinya Sato and Atsuo Kawamura A New Estimation Method of State of Charge using Terminal Voltage and Internal Resistance for Lead Acid Battery [J].Power Conversion Conference,2002,vol(2),2-5 April Page(s):565-570 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见，设计的结果预测或论文的可行性评价）： 对自己的课题有比较深入的了解，查阅了相关的资料，有了一定的准备，开题报告符合要求，通过审核。 该课题具有相当的知识综合能力和动手能力，解决问题能力的培养。学生通过该课题可以得到很好的锻炼。 指导教师： 年 月 日 系部意见： 系主任： 年 月 日 注：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，应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。