汽車自動(dòng)車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電氣工程管理專業(yè)

汽車自動(dòng)車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特別是在一些大城市,汽車已進(jìn)入平常百姓家,汽車的擁有者越來(lái)越多,也造成了停車難的局面。一種新型的，具備遙控操作以及自動(dòng)化功能的車位鎖已成為車主們必備的消費(fèi)品。本文針對(duì)現(xiàn)有汽車自動(dòng)車位鎖的電源管理系統(tǒng)，介紹了多款汽車自動(dòng)車位鎖的電池管理系統(tǒng)，分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并在它們的基礎(chǔ)上，吸收其優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其缺點(diǎn)，并結(jié)合了光伏電池板與鋰電池的新興技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款新型的汽車自動(dòng)車位鎖的電池管理系統(tǒng)，具有節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)針對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與鋰電池充放電實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該新型汽車自動(dòng)車位鎖的電池管理系統(tǒng)的可行性，并指出太陽(yáng)能充電僅能作為車位鎖電源浮充使用。受實(shí)驗(yàn)條件限制，本文僅對(duì)該汽車自動(dòng)車位鎖電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了理論上的設(shè)計(jì)與研究。關(guān)鍵詞：車位鎖，電池管理系統(tǒng)，光伏電池板，鋰電池iDesignontheBatteryManagementSystemofAutomaticparkinglockAbstractAsthedevelopmentofChina'seconomy,especiallyinsomelargecities,thecarshaveenteredthehomesofordinarypeople,increasingthenumberofcarshascausedthedifficultparkingsituation.Anewtypeofparkinglockwiththeremotecontrolfunctionandtheautomationfunctionhasbecometheessentialconsumergoodsforthecarowners.Thisarticleisbasedontheexistingbatterymanagementsystemofautomaticparkinglock,describesavarietyofthebatterymanagementsystemsofautomaticparkinglock,analyzestheiradvantagesanddisadvantages,andbasesontheirdesign,Absorbstheiradvantages,makesupfortheirshortcomings,combineswiththeemergingtechnologiesofthephotovoltaicpanelsandthelithiumbattery,designsanewtypeofthebatterymanagementsystemsofautomaticparkinglock,thesystemhastheadvantagesofenergysaving,greenandsimplestructure.Atthesametime,basedonthebatterymanagementsystem,thearticledesignstheexperimentofvalidationandtheexperimentofthelithiumbatterychargeanddischarge,theseexperimentsprovedthefeasibilityofthebatterymanagementsystem,andthephotovoltaicpanelscanonlymakeasupplementforthepowercharging.Receivetherestrictionofexperimentalconditions;thisarticlehascarriedonthetheoryofdesignandresearchonlytothebatterymanagementsystemofautomaticparkinglock.KeyWords：Parkinglock;BatteryManagementSystem;PVpanels;Lithiumbatteryii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙目錄摘要 ⅰAbstract ⅱ第一章緒論 11.1課題研究的背景和意義 11.1.1汽車車位緊張現(xiàn)狀 11.1.2太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)與利用 21.2國(guó)內(nèi)車位鎖供電系統(tǒng)現(xiàn)況 41.2.1國(guó)內(nèi)光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況 41.2.2國(guó)內(nèi)電池管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況 5第二章光伏電池與鋰電池 62.1光伏電池的原理與特性參數(shù)分析 62.2鋰離子電池的原理與特性參數(shù)分析 132.3光伏電池對(duì)鋰離子電池充電技術(shù)概述 17第三章車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 193.1現(xiàn)有車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹 193.2經(jīng)改良后車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 333.2.1光伏電池板 343.2.2保護(hù)電路 353.2.3鋰電池 373.2.4驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 383.2.5鋰電池充放電實(shí)驗(yàn) 43第四章總結(jié)與展望 524.1全文總結(jié) 524.2存在問(wèn)題與進(jìn)一步研究設(shè)想 53參考文獻(xiàn) 54iii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙致謝 56iv畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙第一章緒論1.1課題研究的背景和意義1.1.1汽車車位緊張現(xiàn)狀城市住宅小區(qū)停車難的問(wèn)題成為最近幾年人們關(guān)注的焦點(diǎn)，這是因?yàn)樾^(qū)內(nèi)現(xiàn)有停車位已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足業(yè)主的停車需求，其中問(wèn)題產(chǎn)生的根源之一就是規(guī)劃的預(yù)留車位不足。我國(guó)1994年施行的《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50180-93中，沒(méi)有關(guān)于小區(qū)停車位的硬性規(guī)定。根據(jù)時(shí)代現(xiàn)狀，建設(shè)部在2002年對(duì)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50180-93進(jìn)行了局部修訂，自2002年4月1日起施行的新《設(shè)計(jì)規(guī)范》要求居住區(qū)內(nèi)必須配套設(shè)置居民汽車（含通勤車）停車場(chǎng)、停車庫(kù)，居民汽車停車率不應(yīng)小于10％；居民區(qū)內(nèi)地面停車率不宜超過(guò)10％；居民停車場(chǎng)、庫(kù)的布置應(yīng)留有必要的發(fā)展余地。然而，由于家庭汽車擁有量不斷增長(zhǎng)，小區(qū)內(nèi)停車位需求緊張問(wèn)題新《設(shè)計(jì)規(guī)范》也難以完全解決，由于停車難問(wèn)題，物業(yè)管理企業(yè)與業(yè)主的矛盾不斷激化，使業(yè)主之間的鄰里關(guān)系受到影響。目前小區(qū)停車問(wèn)題已經(jīng)被認(rèn)為是物業(yè)管理企業(yè)、業(yè)主、街道、居委會(huì)、交通管理部門甚至是司法部門裁決過(guò)程中共同面臨的無(wú)解難題。最近幾年，關(guān)于停車位的糾紛不斷發(fā)生，而其中最常見(jiàn)的事情就是在各地住宅小區(qū)的車位糾紛，以北京舉例，北京八成以上的小區(qū)目前都存在車位糾紛問(wèn)題。而導(dǎo)致停車位糾紛的大致原因有以下幾種：（1）由于車位收費(fèi)價(jià)格過(guò)高導(dǎo)致的糾紛小區(qū)業(yè)主購(gòu)買或租用停車位要支付一定數(shù)額的費(fèi)用，然而在停車位的購(gòu)買和使用過(guò)程中總會(huì)爆發(fā)出一些爭(zhēng)議。首先，是業(yè)主對(duì)于高價(jià)購(gòu)買車位的質(zhì)疑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在幾年前，花10多萬(wàn)元就可以買一個(gè)車庫(kù)，同時(shí)庫(kù)里空間還可以放一些雜物，這對(duì)一些車主來(lái)說(shuō)是可以接受的。但是如今，伴隨著房?jī)r(jià)的不斷攀升，車位的價(jià)格讓大多數(shù)人覺(jué)得有些高得“離譜”—一個(gè)13平方米左右的車位價(jià)格最少16、17萬(wàn)元，最高竟達(dá)到近40萬(wàn)元，而這個(gè)價(jià)格是一輛中檔家用汽車價(jià)格的數(shù)倍之多，這讓不少既買了新房又買了車的消費(fèi)者感到囊中羞澀。第二，在北京市出臺(tái)的《關(guān)于加強(qiáng)居住小區(qū)機(jī)動(dòng)車停放收費(fèi)管理的通知》當(dāng)中規(guī)定，地面停車位租金的收取有上限（150元/月），但是地下車位租金收取的金額是靠市場(chǎng)調(diào)節(jié)的，依靠開(kāi)發(fā)商與-1-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙業(yè)主之間協(xié)商來(lái)確定收費(fèi)，沒(méi)有政府部門的相關(guān)規(guī)定對(duì)其約束，這里正是車位糾紛問(wèn)題產(chǎn)生的焦點(diǎn)之一。最后，有些地方政府規(guī)定了雖然限制了地下停車位的租金上限，但是相對(duì)于很大一部分的業(yè)主來(lái)說(shuō)，依然價(jià)格很貴。（2）由于物業(yè)服務(wù)管理不到位產(chǎn)生的糾紛關(guān)于車位管理，從物業(yè)企業(yè)的管理角度來(lái)講，還是有不少值得商榷的地方，比如對(duì)停在車位上車輛的安保問(wèn)題，停車位的劃線的規(guī)范問(wèn)題、停車場(chǎng)地的如照明、監(jiān)控設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)等問(wèn)題。日前，哈爾濱市民鄒某將公司轎車停放在居住的小區(qū)內(nèi)，車輛遭遇盜竊，他將責(zé)任歸咎于物業(yè)公司疏于對(duì)停車位的管理，訴至法庭要求物業(yè)公司賠償損失52,873元[1]。然而物業(yè)公司認(rèn)為，他們雖然對(duì)鄒某發(fā)放了停車證，但雙方之間并沒(méi)有形成保管關(guān)系。其停車證背面所示，停車費(fèi)性質(zhì)是場(chǎng)地使用費(fèi)，與車輛管理與看護(hù)無(wú)關(guān)，造成這一問(wèn)題的關(guān)鍵是由于雙方對(duì)停車費(fèi)的服務(wù)范圍理解不一致。另外，物業(yè)企業(yè)對(duì)于停車管理的水平落后，監(jiān)控設(shè)備過(guò)于老化簡(jiǎn)陋，遇到問(wèn)題就推卸責(zé)任的態(tài)度也是其與停車業(yè)主發(fā)生矛盾糾紛的一大因素。（3）由于業(yè)主間不文明爭(zhēng)搶車位造成的鄰里糾紛不少人的不文明停車習(xí)慣也是導(dǎo)致停車難的直接原因。有的業(yè)主隨意停放私家車搶占他人車位；有的業(yè)主將車胡亂停在草坪上，侵占綠地，破壞綠化；有的業(yè)主將車停放消防通道上，侵占消防通道，一旦突發(fā)事故，消防車、急救車等救援車輛都不能及時(shí)趕到，更有甚者將車直接停堵在小區(qū)出口處，致使小區(qū)內(nèi)車輛正常出入遭到嚴(yán)重干擾，以上的事例在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生不在少數(shù)。這些行為所導(dǎo)致的直接后果就是不斷的鄰里沖突，打亂小區(qū)生活的正常秩序，小區(qū)的和諧環(huán)境被嚴(yán)重破壞?？傊?，停車位緊張所造成的社會(huì)問(wèn)題不可小視，需要引起各方面的重視[2]。1.1.2太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)與利用能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，21世紀(jì)，世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變革。當(dāng)前，包括我國(guó)在內(nèi)的絕大多數(shù)國(guó)家使用的能源主要都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主。隨著全球環(huán)境的不斷惡化，礦物燃料日益枯竭，礦物能源(如煤、石油、天然氣等)的供給出現(xiàn)嚴(yán)重短缺的局面，世界開(kāi)始將能源發(fā)展的重心轉(zhuǎn)向可再生能源的發(fā)展。目前，許多國(guó)家都在探索能源多樣化的可能途徑，積極研發(fā)新能源和對(duì)可再生能源的研究開(kāi)發(fā)工作。大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用新能源與可再生能源，試圖以資源無(wú)限、清潔干凈的可再生能源為主的多樣性-2-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙的能源結(jié)構(gòu)代替以資源有限、污染嚴(yán)重的石化能源為主的能源結(jié)構(gòu)己成為世界能源開(kāi)發(fā)的新方向。雖然在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)能源如煤炭、石油、天然氣等礦物燃料，仍會(huì)在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)大比重，但世界對(duì)核能以及太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水力能、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，可持續(xù)能源整個(gè)能源消耗中所占的比例正明顯地提高。在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，可再生能源將與礦物燃料相抗衡，結(jié)束礦物燃料一家獨(dú)大的局面。其中，可再生能源主要有以下幾種：（1）太陽(yáng)能：由天文物理學(xué)家的研究表明，太陽(yáng)系可以繼續(xù)存在45億年，而太陽(yáng)每年輻射到地球的太陽(yáng)能總量相當(dāng)于人類現(xiàn)在能源消耗的1.2萬(wàn)倍。這說(shuō)明，太陽(yáng)能的儲(chǔ)備量豐富，具有極大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。（2）氫能源：利用自然界現(xiàn)有大量存在的水，由電解水的方式產(chǎn)生氫氣，或者利用太陽(yáng)能，使用光催化水分解為氫氣。（3）風(fēng)力發(fā)電、小水電與潮汐發(fā)電：利用風(fēng)能，水的勢(shì)能，推動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電，可提供可觀的電力。（4）生物能：生物能是以生物為載體將太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存的一種能量，它直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用，其蘊(yùn)藏量極大。而生物能中城市垃圾的轉(zhuǎn)化、人類糞便的轉(zhuǎn)化的能源部分原本是人類的廢棄物所轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的，只要有人類的存在，就會(huì)有生物能，所以這種能源也可以說(shuō)是用之不竭的。（5）核能：與利用傳統(tǒng)能源發(fā)電的發(fā)電廠相比，核電站利用核能的利用率較高，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成的污染危害較少，并且使用傳統(tǒng)燃料的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用核燃料的成本，而傳統(tǒng)能源所釋放出來(lái)的能量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于核燃料所釋放出來(lái)的能量，所以核能的優(yōu)勢(shì)也十分明顯。在這幾種新能源中，太陽(yáng)能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比可利用率最大，同時(shí)污染也相對(duì)很少，是最理想的可再生能源。特別是近五十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)能的利用效率越來(lái)越高，太陽(yáng)能及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界現(xiàn)在發(fā)展最快的行業(yè)之一[3,4]。之所以其有巨大開(kāi)發(fā)價(jià)值是因?yàn)樗哂幸韵碌奶攸c(diǎn)：（1）存儲(chǔ)量巨大：太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的可再生能源，有巨大的可利用量。太陽(yáng)放射的總輻射能量大約是3.75x1026W，這是極其巨大的能量。這些能量中到達(dá)地球的能量高1.73x1014Kw，最后穿過(guò)大氣層到達(dá)地球表面的最終太陽(yáng)輻射能大約為8.1x1013kW。在最3-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙終到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能之中，最后到達(dá)地球陸地表面的太陽(yáng)輻射能大約為1.7x1013W，相當(dāng)于現(xiàn)在全世界一年內(nèi)消耗的排除太陽(yáng)能外所有能源所產(chǎn)生的總能量的35000多倍。而太陽(yáng)至少還會(huì)存在40億年，相對(duì)人類歷史的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷對(duì)地球供給能源的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)窮無(wú)盡的[5]。（2）取之不盡，用之不竭，不需要額外的開(kāi)采和運(yùn)輸。（3）清潔污染少，基本沒(méi)有污染物質(zhì)的排放，既不會(huì)留下污染殘留物，也不會(huì)向大氣中排放有害廢氣。1.2國(guó)內(nèi)車位鎖供電系統(tǒng)現(xiàn)況1.2.1國(guó)內(nèi)光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況[6,7]我國(guó)的太陽(yáng)能應(yīng)用起步較晚，但是發(fā)展速度很快。我國(guó)的光伏電池技術(shù)是從60年代發(fā)展空間用太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)起步的，地面用光伏電池的生產(chǎn)是從1970年初開(kāi)始，在80年代中期，主要的生產(chǎn)低成本技術(shù)以及加工生產(chǎn)能力被建立起來(lái)。80年代中期，我國(guó)對(duì)于光伏電池組件總生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到4.5MW，光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初步形成。在隨后的十年過(guò)程中，我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率不斷提升。在90年代初中期，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)處于較為穩(wěn)定的發(fā)展時(shí)期，光伏電池產(chǎn)量逐年穩(wěn)步遞增?！熬盼濉逼陂g，太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)被國(guó)家科委列入了國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，企業(yè)界首先于深圳和北京分別建成了17KW和7KW功率的光伏發(fā)電屋頂系統(tǒng)。1999年之前，我國(guó)主要的光伏電池產(chǎn)品以單晶硅電池和非晶硅電池居多，多晶硅電池只限于實(shí)驗(yàn)室中研究，但到了2000年之后，多晶硅產(chǎn)品開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)室逐步走出，進(jìn)行了產(chǎn)品化，并逐漸形成規(guī)模生產(chǎn)，在與發(fā)達(dá)國(guó)家的開(kāi)發(fā)技術(shù)相比，差距開(kāi)始不斷縮小。2003年10月，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)與科技部為了促進(jìn)光伏技術(shù)和其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，聯(lián)合制定了未來(lái)五年太陽(yáng)能資源研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，發(fā)改委所主導(dǎo)的“光明工程”項(xiàng)目將籌集100億資金用于推廣太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，該項(xiàng)目計(jì)劃到2005年全國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)總體裝機(jī)容量能達(dá)到300MW。直至2003年底，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)總生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到38MW，太陽(yáng)能電池和組件的實(shí)際發(fā)電產(chǎn)量也達(dá)到13MW。而在市場(chǎng)部分，直至2003年底，我國(guó)光伏系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到45MW。2004年，亞洲最大并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站在我國(guó)深圳建成，電站總?cè)萘窟_(dá)1MW，年發(fā)電能力約為100萬(wàn)KW*h；2008年我國(guó)舉辦北京奧運(yùn)會(huì)，國(guó)家計(jì)劃將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)融入奧運(yùn)建筑之中，各個(gè)奧運(yùn)建筑將很大范圍的采用太陽(yáng)能等綠色能-4-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙?jiān)撮_(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)，而綠色能源的應(yīng)用正符合了綠色奧運(yùn)的意義；國(guó)家為鼓勵(lì)可再生能源開(kāi)發(fā)利用，于2005年2月28日第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議通過(guò)了《中華人民共和國(guó)可再生能源法》該法自2006年1月1日起正式施行。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)M足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要和提高邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)人民的生活水平質(zhì)量及特殊工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的需求。但是，在同發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是存在相當(dāng)大的差距。首先，我國(guó)生產(chǎn)規(guī)模同國(guó)外相比規(guī)模較小，自動(dòng)化水平也比較低；第二，用于生產(chǎn)光伏電池的原材料國(guó)產(chǎn)化程度同樣不高。故我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外市場(chǎng)上仍然面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。1.2.2國(guó)內(nèi)電源管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)況在電源管理系統(tǒng)的發(fā)展上，國(guó)外技術(shù)較為領(lǐng)先，其較典型的電源管理系統(tǒng)及功能特點(diǎn)如下[8]：（1）EV1BMS系統(tǒng)，其功能和特點(diǎn)包括：?jiǎn)蝹€(gè)電池的電壓檢測(cè)；可分流采集電池組的電流；具有過(guò)放電報(bào)警系統(tǒng)；與高壓斷電保護(hù)功能；還具備電量里程預(yù)算功能等。（2）SmartGuard系統(tǒng)，其主要特征是采用分布式的方法采集電池的溫度和電壓。主要功能包括：自動(dòng)過(guò)充電監(jiān)控；記錄電池歷史數(shù)據(jù)；提供最差單體電池的信息等。（3）BatOpt系統(tǒng)，其為一個(gè)分布式系統(tǒng)，包括中心控制單元（MCU）和監(jiān)控模塊。監(jiān)控模塊通過(guò)twowire總線，向MCU傳輸每個(gè)電池的工作信息，MCU在收集信息后，對(duì)電池進(jìn)行優(yōu)化控制。（4）BADICOaCH系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)為：使用一非線性電路來(lái)測(cè)量每個(gè)電池單元的電壓，并通過(guò)一條信號(hào)線將各個(gè)單體電池電壓傳輸給系統(tǒng)；顯示最差單體電池的SOC；存儲(chǔ)歷史充放電周期數(shù)據(jù)，并且通過(guò)這些數(shù)據(jù)判斷電池的工作狀況，快速檢索電池錯(cuò)誤使用情況等。（5）BATTNIANBMS系統(tǒng)，其強(qiáng)調(diào)不同型號(hào)動(dòng)力電池組管理的通用性，其最大特點(diǎn)是：通過(guò)改變硬件的跳線和在軟件上增加選擇參數(shù)的方法，來(lái)管理不同型號(hào)的電池組。我國(guó)在“十五”期間設(shè)立電動(dòng)汽車重大研究項(xiàng)目，積極推進(jìn)電源管理系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)和工程化應(yīng)用，取得了一系列的成果和突破，與國(guó)外水平較為接近。目前主要是一些高校依托自己的科技優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合一些大的汽車生產(chǎn)商和電池供應(yīng)商共同進(jìn)行了如下的研究[9]：（1）電池動(dòng)態(tài)參數(shù)采集的穩(wěn)定性和精度的提高；（2）車載電池SOC的估測(cè)；（3）電池模型的研究；-5-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙（4）電池組均衡控制的研究；（5）電源控制系統(tǒng)與充電機(jī)CAN通訊，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化充電；（6）車載電池組箱體空間和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及合理的散熱控制；（7）電池故障分析與在線報(bào)警、電源控制系統(tǒng)自檢及處理。第二章光伏電池與鋰電池2.1光伏電池的原理與特性參數(shù)分析太陽(yáng)能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片。當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子--空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子--空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋＝饘俦∧ず捅∑牧硪粋?cè)之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象被稱為光伏效應(yīng)。太陽(yáng)能光伏電池正是利用光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。對(duì)于半導(dǎo)體P-N結(jié)，光伏效應(yīng)變得更明顯。因此，太陽(yáng)能光伏電池基本是由半導(dǎo)體構(gòu)成的。太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子--電子和空穴。半導(dǎo)體內(nèi)在P型和N型交界面的兩邊形成勢(shì)壘電場(chǎng)，能使電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，因而使得N區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴，從而使在P-N結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除抵消勢(shì)壘電場(chǎng)外，一部分還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層中產(chǎn)生光生伏特電動(dòng)勢(shì)。如果依次在P型層和N型層接上金屬引線，與負(fù)載接通，那么外電路便會(huì)有電流通過(guò)。這樣形成的一個(gè)個(gè)電池元件，如果把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能輸出一定的電壓、電流和功率。這樣，太陽(yáng)的光能就直接變成了可付諸實(shí)用的電能。另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍(lán)色氧化硅薄膜以減少入射太陽(yáng)光的反射，提高太陽(yáng)能電池對(duì)于入射光的吸收率[10]。圖2.1即表示了光伏電池的基本原理。-6-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖2.1光伏電池原理圖目前，有很多材料可以被用來(lái)制作太陽(yáng)能光伏電池的半導(dǎo)體層，但是能夠達(dá)到高能量轉(zhuǎn)換效率的光伏材料并不是很多。全世界研究與應(yīng)用的光伏材料主要包含了單晶硅、多晶硅、砷化鎵晶體材料以及非晶硅、磅化錫等薄膜材料。從對(duì)太陽(yáng)光能吸收效率、光電能量轉(zhuǎn)換效率、材料制造技術(shù)是否成熟以及對(duì)制造成本的控制等多個(gè)因素來(lái)看，每種太陽(yáng)能光伏材料各有其優(yōu)缺點(diǎn)。光伏電池主要可以分為硅光伏電池和化合物半導(dǎo)體光伏電池兩大類。（1）硅光伏電池硅是我們所在地球上第二豐富的元素，并且沒(méi)有毒性。用它制作的光伏電池效率也很高，所以硅是最適于制作光伏電池的半導(dǎo)體材料。1999年世界上光伏電池年產(chǎn)量約為120MW，其中99%以上為硅光伏電池。在硅光伏電池中又可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅這三種光伏電池。單晶硅和多晶硅光伏電池是對(duì)P型(或N型)硅基片經(jīng)過(guò)磷(或硼)擴(kuò)散做P-N結(jié)而制得的。硅系列光伏光伏電池中，單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)最成熟(其生產(chǎn)一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù))，使用壽命也最長(zhǎng)[11]。但單晶硅光伏電池成本高，而且限于單晶的尺寸，單片光伏電池面積難以做得很大。多晶硅光伏電池成本比單晶硅光伏電池低，同時(shí)單片電池也可以做得更大，但是光電轉(zhuǎn)換效率比單晶硅電池低。單晶硅光電轉(zhuǎn)換效率大約為13%-15%，多晶硅光電轉(zhuǎn)換效率大約為11%-13%。由于非晶硅材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收系數(shù)大，故非晶硅光伏電池可以做得很薄，一般是單晶硅或多晶硅電池的1/500，所以制作非晶硅光伏電池消耗資源少。但是與其他晶體硅光伏電池相比光電轉(zhuǎn)換效率比較低，目前光電轉(zhuǎn)換效率大約為8%-10%，并且穩(wěn)定性較差[12]。（2）化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池在化合物半導(dǎo)體光伏電池中，目前研究與應(yīng)用較多的是GaAs，InP，CuInSe2和CdTe光畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙伏電池。但是由于化合物半導(dǎo)體存在毒性，容易對(duì)環(huán)境造成污染，故產(chǎn)量較少，并常常被利用在一些特殊的場(chǎng)合。光伏電池是典型的非線性元件，現(xiàn)建立等效電路來(lái)闡述電池的工作狀態(tài)，如下圖：圖2.2光伏電池的等效電路上圖中，光伏電池等效電路由4個(gè)部分組成：電池的光電流Isc，P-N結(jié)的非線性電阻Rj，串聯(lián)電阻RS，和旁漏電阻Rsh，R電池外的負(fù)載電阻。RS主要由電池的體電阻、表面電阻、電極電阻和電極與硅表面間接接觸電阻所組成。Rsh為旁漏電阻，由硅片邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起。理想的光伏電池，RS很小，Rsh很大[13]。由于RS，Rsh分別串聯(lián)與并聯(lián)在電路中，進(jìn)行理想計(jì)算時(shí)，可以忽略不計(jì)。當(dāng)光照恒定時(shí)，由于光生電流Isc并不隨著光伏電池的工作狀態(tài)的變化而變化，故在等效電路中可以看作是一個(gè)恒流源[14]。光伏電池的兩端接入負(fù)載R后，光生電流流過(guò)負(fù)載，從而在負(fù)載的兩端建立起端電壓V。負(fù)載端電壓反作用于光伏電池的P-N結(jié)上，產(chǎn)生一股與光生電流方向相反的電流ID。電池的光電流Isc是當(dāng)RL=0?時(shí)，所測(cè)的電池兩端的短路電流。Isc的值與光伏電池的面積大小有關(guān)。面積越大，Isc值越大。此外對(duì)于同一塊光伏電池，Isc值還與入射光的輻射度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，短路電流Isc值隨照射到硅板上的光強(qiáng)的增加而成正比例的增加。當(dāng)溫度升高時(shí)，Isc值略有上升。當(dāng)RL趨于無(wú)窮大時(shí)，測(cè)得的光伏電池兩端的電壓為電池的開(kāi)路電壓VOC。光伏電池的開(kāi)路電壓與光譜照度有關(guān)，當(dāng)入射光輻射照度變化時(shí)，光伏電池的開(kāi)路電壓與入射光譜輻照度的對(duì)數(shù)成正比。此時(shí)流過(guò)負(fù)載的電流與輸出電壓的關(guān)系為：-8-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙I=Isc-Ish-ID其中I--------流過(guò)負(fù)載的電流；Isc------與日照強(qiáng)度成正比例的光生電流；ID------流過(guò)二極管的電流；Ish------光伏電池的漏電流。而ID=Io(eq(V+IRs)/AKT-1)Io------光伏電池在無(wú)光照時(shí)的飽和電流，q-------電子電荷（1.6X10-19C），K-------波爾茲曼常數(shù)(1.38X10-23J/K)，T-------絕對(duì)溫度（=t+273K），A------二極管曲線因素，稱P-N結(jié)理想因子。綜合公式(2.1)，(2.2)可得I=Isc-Io(eq(V+IRs)/AKT-1)-V+IRsRsh

(2.1)(2.2)(2.3)可以看出方程是一個(gè)超越指數(shù)方程，無(wú)法用線性方程表示，光伏電池陣列的I-V特性是系統(tǒng)分析最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)之一?？紤]理想情況，當(dāng)RS→0，Rsh→∞，A=1時(shí)I=Isc-Io(eqV/KT-1)(2.4)當(dāng)I=0時(shí)，可以得到光伏電池的開(kāi)路電壓V=KTln(Isc+1)(2.5)OCqIo受到光照、電池陣列結(jié)溫及負(fù)載的影響，光伏電池輸出電壓和電流也隨之發(fā)生改變[15]。一定光照強(qiáng)度下，光伏電池的輸出電流I與電池端電壓V的關(guān)系I-V特性曲線如圖2.3所示：-9-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖2.3光伏電池的I-V特性關(guān)系曲線曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓。工作電流和工作電壓之乘積：P=IV即為電池的輸出功率。由此可繪出P-V特性曲線如圖2.4所示，在P-V特性曲線上最大功率點(diǎn)即電壓和電流的最佳匯合點(diǎn)Pm。原則上講，可對(duì)輸出功率求導(dǎo)使其為0，即可得到該電池的最佳工作點(diǎn)Im，Um，從而求出最大輸出功率：P=Im*Vm。但是要求出其解析解，幾乎不可能。因?yàn)樗芴?yáng)能電池內(nèi)部等效的串、并聯(lián)電阻的影響，其特性方程由公式2.3可知一個(gè)超越指數(shù)方程，無(wú)法用線性方程表示，具有非線性。圖2.4光伏電池的P-V特性關(guān)系曲線從圖2.4可見(jiàn)，Im和Vm的乘積就是最佳工作點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)所確定的矩形面積，在曲線范圍內(nèi)這個(gè)面積越大，表明電池的輸出特性越優(yōu)越。如果在一定光照下的I-V特性曲線是理想的矩形，那么Im和Vm乘積就等于Isc和VOC的乘積。對(duì)實(shí)際光伏電池，引人填充因子FF(Fillfactor)概念來(lái)表征光伏電池的這一特性，填充因子FF定義為：-10-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙F(tuán)F=Pmax=VmIm(2.6)VIscVIscOCOC它表示最大輸出功率的值占以VOC和Isc為邊長(zhǎng)的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。它的值越大，表明輸出特性曲線越“方”，電池的轉(zhuǎn)換效率也越高。圖2.5、圖2.6分別是光伏電池陣列在溫度為25℃時(shí)，不同日照(S)下表現(xiàn)出的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)特性。從圖2.5可知，光伏電池陣列的輸出短路電流(Isc)和最大功率點(diǎn)電流(Im)隨日照強(qiáng)度的上升而顯著增大，也就是說(shuō)式(2-3)中Isc強(qiáng)烈地控制著I的大小。雖然日照的變化對(duì)陣列的輸出開(kāi)路電壓影響不是那么大，但對(duì)為電流與電壓相乘的結(jié)果最大輸出功率來(lái)說(shuō)，變化顯著，如圖2.6中虛線與各實(shí)線的交點(diǎn)所示。圖2.5不同日照條件下的I-V關(guān)系曲線 圖2.6不同日照條件下的P-V關(guān)系曲線圖2.7，圖2.8分別給出了光伏電池陣列在日照射為1000W/m2，和在變化溫度(T)的情況下，表現(xiàn)出典型的I-V和P-V特性?？梢钥闯?，溫度對(duì)光伏電池陣列的輸出電流影響不大，但對(duì)它的輸出開(kāi)路電壓影響較大。因而對(duì)最大輸出功率影響明顯，見(jiàn)圖2.8各實(shí)線的波峰的幅值變化。-11-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖2.7不同溫度條件下的I-V關(guān)系曲線 圖2.8不同溫度條件下的P-V關(guān)系曲線綜上，光伏電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)[16]：（1）光伏電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開(kāi)路電壓時(shí)近似為恒壓源；（2）開(kāi)路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度強(qiáng)成正比；光伏電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化；（3）輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為光伏電池板的最大功率點(diǎn)(MPP，MaximumPowerPoint)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化。評(píng)價(jià)一個(gè)光伏電池的優(yōu)劣除了看它是否具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率外，還應(yīng)參考系統(tǒng)在白天的工作效率。目前單晶硅光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為14%，多晶硅光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率約12%，非晶硅光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率僅約為7%。但這并不意味晶體硅光伏電池能夠比非晶硅光伏電池將更多的光能轉(zhuǎn)換為電能。由于材料本身的特性不同，非晶硅光伏電池具有晶體硅光伏電池所不能相比的優(yōu)點(diǎn)，即在陰雨天或沙塵天依然可以繼續(xù)工作。而單晶硅光伏電池一般只能在晴天正午時(shí)具有光電轉(zhuǎn)換能力[17]。在相同的工作時(shí)間內(nèi)和相同的工作環(huán)境下非晶硅光伏電池比多晶硅光伏電池在能量損失方面控制得更好，特別是在正午12:00左右。另外，非晶硅光伏電池組件比多晶硅光伏電池組件有著更長(zhǎng)的工作時(shí)間。以上非晶硅光伏電池組件的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)正是由于非晶硅光伏電池的弱光響應(yīng)好所造成的，無(wú)論是強(qiáng)光還是弱光，無(wú)論是雜散光還是平行光它都能夠吸收并轉(zhuǎn)換為電能輸出。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙2.2鋰離子電池的原理與特性參數(shù)分析鋰離子電池的工作過(guò)程就是鋰離子從一個(gè)電極脫嵌，嵌入另一個(gè)電極的過(guò)程。充電時(shí)，Li+從正極化合物中脫出并嵌入負(fù)極晶格，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)，Li+從負(fù)極脫出并插入正極，正極為富鋰態(tài)。為保持電荷的平衡，充、放電過(guò)程中應(yīng)有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與Li+一起在正負(fù)極間遷移、使正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，保持一定的電位。工作電位與構(gòu)成電極的插入化合物的化學(xué)性質(zhì)、Li+的濃度有關(guān)。以石墨/鋰鈷氧化物電池為例，充電時(shí)正極LiCoO2中的鋰離子遷出，經(jīng)過(guò)電解液，嵌入石墨的碳層間，在電池內(nèi)形成鋰碳層間化合物；放電時(shí)，過(guò)程剛好相反，即鋰離子從石墨負(fù)極的層間遷出，經(jīng)過(guò)電解液，進(jìn)入正極LiCoO2中。C/LiCoO2電池的各電極反應(yīng)和電池的反應(yīng)分別為：負(fù)極：6C+xLi++xe-€LiC6(2.7)正極：LiCoO2€LixCoO2+xLi++xe-(2.8)總反應(yīng)：LiCoO2+6C€LixCoO2+LiC6(2.9)下圖為鋰離子電池工作原理示意圖[18]圖2.9鋰離子電池的工作原理示意圖（a-原理圖；b-示意圖）-13-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖2.10鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖如其他電池一樣，鋰離子電池也由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和電池外殼等幾部分組成[19-21]。圖2.10為鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖。目前市場(chǎng)上主要的高能小型蓄電池有鎳鎘電池(Ni/Cd)、鎳氫電池(Ni/MH)以及鋰離子電池(LIB)，三種蓄電池的主要技術(shù)指標(biāo)如表2.1所示。表2.1三種電池主要技術(shù)特性比較技術(shù)參數(shù)Ni/Cd電池Ni/MH電池鋰離子電池（LIB）聚合物鋰離子電池（PLIB）工作電壓（V）-3.73.6-3.7重量能量比5065100-160120-170充放電壽命（次）5005001000>1000自放電率（%/月）25-3030-356-9<3有無(wú)記憶效應(yīng)有無(wú)無(wú)無(wú)有無(wú)污染有有無(wú)無(wú)目前研制和生產(chǎn)的鋰離子電池主要具有以下幾大特征：（1）高能量密度鋰離子電池比能量已達(dá)140Wh·kg-1，是Ni/MH電池的1.5倍、Cd/Ni電池的3倍；在-14-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙同等容量下鋰離子電池的重量輕，其體積比能量是Ni/MH電池和Cd/Ni電池的1.5-2倍。（2）工作電壓高由于鋰離子電池使用高電負(fù)性的含元素鋰的電極，使其端電壓高達(dá)3.6V，這一電壓是Ni/Cd或Ni/MH電池電壓的3倍。（3）無(wú)污染，環(huán)保型鋰離子電池中不含有鎳、鎘等有毒、有害物質(zhì)，是綠色環(huán)保電池。（4）高負(fù)載能力鋰離子電池可以大電流連續(xù)放電，從而使這種電池可被應(yīng)用于攝像機(jī)、手提電腦等大功率用電器上。（5）無(wú)記憶效應(yīng)鋰離子電池不存在Ni/Cd電池的記憶效應(yīng)，可以隨時(shí)充放電。（6）優(yōu)良的安全性由于使用優(yōu)良的負(fù)極材料，克服了電池充電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)問(wèn)題，使得鋰離子電池的安全性大大提高。同時(shí)采用特殊的可恢復(fù)配件，保證了電池在正常使用過(guò)程中的安全性。同時(shí)，鋰電池的充放電特性也與其他電池有所區(qū)別，現(xiàn)分別說(shuō)明：（1）鋰電池充電特性鋰離子電池對(duì)電壓精度的要求很高，誤差不能超過(guò)1%。目前使用比較普遍的是額定電壓3.7V的電池，該電池的充電終止電壓為4.2V，那么允許的誤差范圍就是0.042V。鋰離子電池通常都采用恒流轉(zhuǎn)恒壓充電模式。充電開(kāi)始為恒流階段，電池的電壓較低，在此過(guò)程中，充電電流穩(wěn)定不變。隨著充電的繼續(xù)進(jìn)行，電池電壓逐漸上升到4.2V，此時(shí)充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓充電，充電電壓波動(dòng)應(yīng)控制在1%以內(nèi)，充電電流逐漸減小。當(dāng)電流下降到某一范圍，進(jìn)入涓流充電階段。涓流充電也稱維護(hù)充電，在維護(hù)充電狀態(tài)下，充電器以某一充電速率給電池繼續(xù)補(bǔ)充電荷，最后使電池處于充足狀態(tài)。圖2.11為鋰電池充電曲線圖。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖2.11鋰離子電池充電曲線圖（2）鋰電池放電特性鋰離子電池的放電特性曲線如圖2.12所示。鋰電池放電時(shí)，一是放電電流不能過(guò)大，過(guò)大的電流會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱，有可能會(huì)造成永久性的傷害。二是電池電壓不能低于放電終止電壓后，若仍然繼續(xù)放電，將產(chǎn)生過(guò)放現(xiàn)象，這也會(huì)造成電池永久性損壞。不同的放電率下，電池電壓的變化有很大的區(qū)別。放電率越大，相應(yīng)剩余容量下的電池電壓就越低。采用0.2Ｃ放電速率，單體電池電壓下降到2.75V時(shí)，可放出額定容量。采用1C放電速率時(shí)，能夠放出額定容量的98.4%。-16-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙2.12鋰離子電池放電曲線圖光伏電池對(duì)鋰離子電池充電技術(shù)概述光伏電池對(duì)鋰電池的充電方法有很多種，現(xiàn)對(duì)恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電、兩階段、三階段充電方法舉例說(shuō)明[22,23]。恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中隨著鋰電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于有多個(gè)鋰電池串聯(lián)的鋰電池組進(jìn)行充電，能使落后的鋰電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。這種充電方式的不足之處是，鋰電池開(kāi)始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個(gè)充電過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，特別在充電后期，析出氣體多，對(duì)極板沖擊大，能耗高，其充電效率不足65%。為避免充電后期電流過(guò)大的缺點(diǎn)，一種改進(jìn)型的恒流方法得到應(yīng)用，它就是分段恒流充電，這種方法在充電后期把電流減小。具體充電電流的大小、充電時(shí)間以及何時(shí)轉(zhuǎn)換為小電流，必須參照鋰電池維護(hù)使用說(shuō)明書中的有關(guān)規(guī)定，否則容易損壞鋰電池。充電過(guò)程中電壓、電流變化關(guān)系如圖2.13所示。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖2.13恒流充電曲線圖恒壓充電就是指以一恒定電壓對(duì)鋰電池進(jìn)行充電。因此在充電初期由于鋰電池電壓較低，充電電流很大，但隨著鋰電池電壓的漸漸升高，電流逐漸減小。在充電末期只有很小的電流通過(guò)，這樣在充電過(guò)程中就不必調(diào)整電流。相對(duì)恒流充電來(lái)說(shuō)，此法的充電電流自動(dòng)減小，所以充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低，充電效率可達(dá)80%，如充電電壓選擇適當(dāng)，可在8小時(shí)內(nèi)完成充電。此法的充電特性曲線如圖2.14所示，此法也有其不足之處：（1）在充電初期，如果鋰電池放電深度過(guò)深，充電電流會(huì)很大，不僅危及充電控制器的安全，而且鋰電池可能因過(guò)流而受到損傷。（2）如果鋰電池電壓過(guò)低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的電池組充電。（3）鋰電池端電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過(guò)程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方式，在光伏小系統(tǒng)中常采用，由于其充電電源來(lái)自太陽(yáng)能陣列，其功率不足以使鋰電池產(chǎn)生很大的電流，所以在這樣的系統(tǒng)中鋰電池組串聯(lián)不多。圖2.14恒流充電曲線圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙恒壓限流充電方式是為克服恒壓充電時(shí)初始電流過(guò)大而進(jìn)行改進(jìn)的一種方式。它是在充電電源與鋰電池之間串聯(lián)一限流電阻，當(dāng)電流大時(shí)，其上的電壓降就大，從而減小了充電電壓；當(dāng)電流小時(shí)，限流電阻上的電壓降也小，從而加到鋰電池上的電壓也增大，這樣就自動(dòng)調(diào)整了充電電流，使之在某個(gè)限定范圍內(nèi)，這樣在充電初期的電流就得到限制，雖然充電控制器輸出是恒壓，但加在鋰電池上的電壓不為恒壓，因此也稱這種方式為準(zhǔn)恒壓方式。這種采用串電阻限流的方式對(duì)于光伏系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，肯定是不實(shí)用的，因?yàn)榇?lián)電阻將消耗掉有限的電能。但如果采用其它非能耗限流方式，還是有其優(yōu)越性。兩階段、三階段充電方式是以克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。它要求首先對(duì)鋰電池采用恒流充電方式充電，鋰電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓方式進(jìn)行充電。這樣鋰電池在初期充電不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會(huì)出現(xiàn)高電壓，使鋰電池產(chǎn)生析氣。其充電特性如圖2.15所示。在兩階段充電完畢，即鋰電池容量到達(dá)其額定容量(當(dāng)時(shí)環(huán)境條件下)時(shí)，許多充電控制器允許對(duì)鋰電池繼續(xù)以小電流進(jìn)行充電，以彌補(bǔ)鋰電池的自放電，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。這就是在兩階段基礎(chǔ)上的第三階段，但在這一階段的充電電壓要比恒壓階段的要低。如圖2.15的虛線段Uf。圖2.15兩階段、三階段充電曲線圖第三章車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1現(xiàn)有車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特別是在一些大城市,汽車已進(jìn)入平常百姓家,由于汽車的擁有者越畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙來(lái)越多,這使停車難的局面被造成了。為了使自己的車輛停放方便，一般擁有車輛的單位、公司或個(gè)人都在辦公樓或居民小區(qū)購(gòu)買有自己的停車車位。但當(dāng)自己的車輛不在停車位上時(shí),這些車位容易被路過(guò)臨時(shí)停放的車輛占據(jù),造成自己的車輛無(wú)處停放的局面。而車位鎖解決了這個(gè)問(wèn)題，成為了市場(chǎng)的寵兒。目前市場(chǎng)中車位鎖種類繁多,以設(shè)計(jì)成導(dǎo)桿、滑塊式結(jié)構(gòu)的居多,這些結(jié)構(gòu)的缺陷在于由于導(dǎo)桿易變形,會(huì)導(dǎo)致鎖的升降困難,同時(shí)它們很少有設(shè)計(jì)成全封閉型,防水防撞性能較差。而且傳統(tǒng)的車位鎖以通過(guò)人工操作實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臂的起落居多，這樣會(huì)產(chǎn)生許多弊端，為了簡(jiǎn)化車位鎖的操作，方便管理者統(tǒng)一管理，以達(dá)到高效的保護(hù)車位鎖的正常工作的目的，市場(chǎng)急需一種具備遙控操作以及電動(dòng)功能的車位鎖，而具備遙控操作與電動(dòng)功能的車位鎖現(xiàn)在也層出不窮，而本論文此部分將著重分析現(xiàn)有自動(dòng)車位鎖電源控制部分設(shè)計(jì)，介紹其功能與優(yōu)缺點(diǎn)。（1）由黃立金設(shè)計(jì)的一種新型汽車車位自動(dòng)鎖[24]其由壓板（1）、活塞板（2）、活塞（3）、液體缸（4）、標(biāo)志桿（10）、開(kāi)鎖開(kāi)關(guān)（8）、復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20）、活塞推動(dòng)桿（14）、活塞缸（15）、推動(dòng)活塞（16）、電磁閥（17）及控制電路組成。所述壓板（1）裝固在活塞桿（2）上；所述液壓缸（4）通過(guò)連接桿（5）與活塞缸（15）相連，中間串聯(lián)電磁閥（17）；所述標(biāo)志桿（15）的上段設(shè)置太陽(yáng)能電池板（9），中部設(shè)置有鉸鏈（11），下部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)滑行槽（12），下端設(shè)置有撥塊（19），活塞推動(dòng)桿（14）端部的滑塊（13）設(shè)置在驅(qū)動(dòng)滑行槽（12）內(nèi)。接收器（22）、電瓶（23）、繼電器（24）設(shè)置在長(zhǎng)方形地坑（18）內(nèi)。其由于采用液壓、機(jī)械、電路控制系統(tǒng)來(lái)操縱標(biāo)志桿（10）的起落，達(dá)到自動(dòng)關(guān)或開(kāi)車位鎖，所以使用方便，安全可靠，無(wú)需市電，廣泛用于各種停車場(chǎng)。該車位鎖由壓板（1）、活塞板（2）、活塞（3）、液體缸（4）、標(biāo)志桿（10）、開(kāi)鎖開(kāi)關(guān)（8）、復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20）、活塞推動(dòng)桿（14）、活塞缸（15）、推動(dòng)活塞（16）、電磁閥（17）及控制電路組成。其液體缸（4）設(shè)置在地面（7）下，位于車輪必經(jīng)處，壓板（1）裝固在活塞桿（2）上，壓板（1）與地面（7）平齊。液體缸（4）通過(guò)連接管（5）與活塞缸（15）相連，中間串聯(lián)電磁閥（17），液體缸（4）中的高壓油液（6）可通過(guò)連接管（5）流入活塞缸（15）。液體缸（4）右側(cè)地面（7）下設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)方形地坑（18），坑的內(nèi)表面采用金屬板或水泥層面，長(zhǎng)方形地坑（18）的底面設(shè)置一個(gè)復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20）和復(fù)位彈簧（21），右側(cè)面設(shè)置一個(gè)開(kāi)鎖開(kāi)關(guān)（8），長(zhǎng)方形地坑（18）上有一塊蓋板，用于防水。標(biāo)志桿（10）的中部設(shè)置鉸鏈（11），鉸鏈設(shè)置在蓋板上，標(biāo)志桿（10）的上端設(shè)置有太陽(yáng)能電池板9，為控制電路提供能源，板-20-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙上可設(shè)置停車標(biāo)志。標(biāo)志桿（10）的下部設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)滑行槽（12），其下端設(shè)置有撥塊（19）。活塞缸（15）的軸線與地面（7）平行，活塞推動(dòng)桿（14）的端部設(shè)置一個(gè)滑塊（13），滑塊（13）可在標(biāo)志桿（10）的下部的驅(qū)動(dòng)滑行槽（12）內(nèi)滑行，以推動(dòng)標(biāo)志桿（10）垂直放置或水平放置。其控制電路由開(kāi)鎖開(kāi)關(guān)（8）、太陽(yáng)能電池板（9）、電磁閥（17）、復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20）、接收器（22）、電瓶（23）、繼電器（24）組成，接收器（22）、電瓶（23）、繼電器（24）設(shè)置在長(zhǎng)方形地坑（18）中。接收器（22）分別與電瓶（13）和繼電器（24）相連，電瓶（23）采用12伏與太陽(yáng)能電池板（9）相連，開(kāi)鎖開(kāi)關(guān)（8）和復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)的（20）的一端分別與繼電器（24）相連，另一端分別與電磁閥（17）相連，電磁閥（17）與接收器（22）相連。當(dāng)設(shè)置有發(fā)射器的汽車來(lái)到距離車位2-3米時(shí)，接收器（22）收到發(fā)射器的信號(hào)，向電磁閥（17）通電，電磁閥（17）開(kāi)啟，汽車的車輪經(jīng)過(guò)壓板（1），壓板（1）下的活塞（3）被汽車的重量壓下，液體缸（4）中的高壓油液（6），通過(guò)連接管（5）流向活塞缸（15），使推動(dòng)活塞桿（14）向左移動(dòng)，其上的滑塊（13）在標(biāo)志桿（10）下部的驅(qū)動(dòng)滑行槽（12）內(nèi)滑動(dòng)，使標(biāo)志桿（10）圍繞鉸鏈（11）轉(zhuǎn)動(dòng)，其下端將開(kāi)鎖開(kāi)關(guān)（8）頂開(kāi)，復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20）閉合，電磁閥（17）斷電并閉合，則汽車車位鎖自動(dòng)打開(kāi)，則標(biāo)志桿（10）由豎直與地面轉(zhuǎn)向位于長(zhǎng)方形地坑（18）中，汽車到達(dá)車位后，長(zhǎng)方形地坑（18）位于汽車兩輪之間。當(dāng)汽車離開(kāi)時(shí)，車輪經(jīng)過(guò)壓板（1），因電磁閥（17）關(guān)閉沒(méi)有反應(yīng)，汽車離開(kāi)車位2-3米時(shí)，接收器（22）接收不到汽車上的發(fā)射器的信號(hào)時(shí)，繼電器（24）自動(dòng)對(duì)復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20）通電，電磁閥（17）開(kāi)啟，高壓油液（6）通過(guò)電磁閥（17），連接管（5）返回壓板（1）下面的液體缸（4），標(biāo)志桿（10）因其下端的復(fù)位彈簧（21）的作用和因高壓液油（6）的消失而自動(dòng)直立，標(biāo)志桿（10）下端的撥塊（19）抵開(kāi)復(fù)位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（20），電磁閥（17）關(guān)閉。如果不是本車位的汽車來(lái)時(shí)，接收器（22）收不到信號(hào)，電磁閥（17）不會(huì)開(kāi)啟，標(biāo)志桿（10）不會(huì)放下。其電路控制系統(tǒng)使用12V電瓶（23）不需要市電，太陽(yáng)能電池板（9）為電瓶（23）充電，節(jié)約能源。其具體示意圖如圖3.1、圖3.2所示。-21-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖3.1車位鎖示意圖圖3.2電路示意圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該車位鎖通過(guò)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加入了液壓裝置，使整個(gè)車位鎖的機(jī)械運(yùn)動(dòng)無(wú)需外部供電，同時(shí)利用了太陽(yáng)能，使電磁閥的控制也無(wú)需市電供電。該設(shè)計(jì)十分節(jié)能，同時(shí)也十分創(chuàng)新，但是缺點(diǎn)也很明顯，首先，其結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜且由于體積過(guò)大需要安放在地下，安裝不-22-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙易；第二，其電路部分過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有設(shè)置電路保護(hù)裝置，容易出現(xiàn)蓄電池過(guò)充過(guò)放的現(xiàn)象，導(dǎo)致電池?fù)p壞。（2）由蘭薇設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能車位鎖[25]該車位鎖由底盤、門形起落架、滑套桿、套管、太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制電路板及電機(jī)組成。門形起落架的兩側(cè)臂的下端分別通過(guò)軸與底盤轉(zhuǎn)動(dòng)配合連接；滑套桿為T字型，其上段中空的套桿與門形起落架的橫梁段傳動(dòng)配合連接；滑套桿的另一端插入套管的一端孔內(nèi)、沿孔中心線滑動(dòng)配合連接。太陽(yáng)能電池板的陽(yáng)極接入過(guò)充保護(hù)電路，蓄電池的陽(yáng)極也接入過(guò)充保護(hù)電路，它們輸出的電流經(jīng)過(guò)過(guò)充保護(hù)模塊后進(jìn)入無(wú)線遙控模塊中的遙控接收電路，遙控接收電路接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)；電機(jī)通過(guò)蝸輪減速箱與門形起落架相連接。具體結(jié)構(gòu)如圖3.3所示圖3.3車位鎖示意圖（1-太陽(yáng)能電池板，2-蓄電池上蓋）該車位鎖的電路部分如圖3.4所示，包括無(wú)線遙控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)充保護(hù)模塊、太陽(yáng)能電池板、蓄電池等。其中太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)防反充電路接入過(guò)充保護(hù)電路，12V蓄電池的陽(yáng)極接入上述過(guò)充保護(hù)電路，陰極接太陽(yáng)能電池板的陰極，過(guò)充檢測(cè)電路與12V蓄電池并聯(lián)。過(guò)充保護(hù)模塊包括欠壓保護(hù)過(guò)流保護(hù)執(zhí)行電路、欠壓檢測(cè)電路、過(guò)流延遲驅(qū)動(dòng)電路和過(guò)流檢測(cè)電路，其中過(guò)流檢測(cè)電路一方面接太陽(yáng)能電池板的陰極，另一方面接過(guò)流延遲驅(qū)動(dòng)電路，過(guò)流延遲驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)過(guò)欠壓保護(hù)過(guò)流保護(hù)執(zhí)行電路接過(guò)充檢測(cè)電路，欠壓檢測(cè)電路接在太陽(yáng)能電池板的陰極與欠壓保護(hù)過(guò)流保護(hù)執(zhí)行電路之間，提供蓄電池欠壓信號(hào)。在欠壓保-23-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙護(hù)過(guò)流保護(hù)執(zhí)行電路和太陽(yáng)能電池板的陰極之間是欠壓或者過(guò)流狀況的報(bào)警燈。一旦出現(xiàn)欠壓或者過(guò)流的情況，報(bào)警燈發(fā)出亮光，提醒使用者注意。欠壓保護(hù)過(guò)流保護(hù)執(zhí)行電路和過(guò)流檢測(cè)電路之間接無(wú)線遙控模塊中的遙控接收電路，而無(wú)線遙控模塊中的遙控發(fā)射器掌握在使用者手中。遙控接收電路接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。使用者通過(guò)遙控發(fā)射器發(fā)出指令，由遙控接收電路接收，遙控接收電路根據(jù)使用者的指令控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行使用者所需要的操作。K防反充欠壓保護(hù)執(zhí)行+過(guò)流外接鋰電欠壓電機(jī)充電保護(hù)池檢測(cè)插座PV過(guò)流到位檢測(cè)3.4車位鎖電路示意圖3.5為圖3.4所示電路的核心部分的示例。如圖所示，太陽(yáng)能電池的一端與充電電池的一端相連，三極管T1的射極分別與太陽(yáng)能電池的一端和電阻R4相連，T1的集電極經(jīng)過(guò)電容C1與三極管T2的基極相連，T1的基極與T2的集電極相連，在T1的集電極與射極之間接有并聯(lián)的發(fā)光二極管LED1和LED2,T4的射極接電阻R4和太陽(yáng)能電池的另一端，集電極經(jīng)電阻R2接T2的基極，基極接三極管T3的集電極。T3的基極與T4的集電極之間接有電容C2，射極與T4的集電極之間接有電阻R3。在T3的基極與集電極之間接有電阻R1。T3的射極與T2的基極之間接有電容C3。T2的射極與T3的射極相連接。充電電池的另一端與太陽(yáng)能電池的另一端之間接有二極管D1，與T1的集電極之間接有電感L1。T2的射極與充電電池的另一端相連接。-24-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖3.5車位鎖電路核心電路圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該車位鎖具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以通過(guò)遙控進(jìn)行操作，使用簡(jiǎn)單方便。（2）電源系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板和蓄電池混合構(gòu)成。日照充足時(shí)，利用高效率的太陽(yáng)能電池提供電能，不使用蓄電池，并且太陽(yáng)能電池發(fā)出的多余電能還能夠儲(chǔ)存到蓄電池中，一旦日照不足或者夜間時(shí)，整個(gè)裝置的電能由蓄電池提供，這樣就保證了車位鎖始終能夠正常運(yùn)行，而且蓄電池消耗最少，即節(jié)能又環(huán)保。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精巧，造型美觀大方，鎖定安全可靠。（4）通過(guò)車載充電器可以隨時(shí)給車位鎖、備用蓄電池提供電源。雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但是其設(shè)計(jì)也有缺陷，其核心電路部分過(guò)于老舊，現(xiàn)有更簡(jiǎn)單的電路可替代，并且功能更好。（3）由陳國(guó)章設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能車位鎖[26]該太陽(yáng)能車位鎖包括搖臂、升降裝置、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)以及控制模組；其搖臂與升降裝置傳動(dòng)連接，搖臂受升降裝置傳動(dòng)做升降動(dòng)作；升降裝置與太陽(yáng)能供電系統(tǒng)電連接，升降裝置由太陽(yáng)能供電系統(tǒng)提供動(dòng)力；控制模組與升降裝置電連接，控制模組通過(guò)發(fā)送電信號(hào)控制升降裝置做升降動(dòng)作。具體參考圖3.6。-25-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖3.6車位鎖外形圖其供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如下所述：太陽(yáng)能供電系統(tǒng)機(jī)構(gòu)分為太陽(yáng)能板（22）、太陽(yáng)能底架（21）、太陽(yáng)能上架（23）、壓縮彈簧體（3）、整流二極管及各種連接器組成；太陽(yáng)能板將光能轉(zhuǎn)換成電能通過(guò)整流二極管和連接器傳輸給電池組（12）；太陽(yáng)能底架和太陽(yáng)能上架是用來(lái)固定太陽(yáng)能板及配合運(yùn)動(dòng)組件的；壓縮彈簧體是保護(hù)太陽(yáng)能板并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)作用，當(dāng)外力作用下太陽(yáng)能組會(huì)往下保護(hù)太陽(yáng)能板不斷裂，當(dāng)外力去除后在壓縮彈簧體的作用下太陽(yáng)能組會(huì)彈回原始位置；整流二極管保護(hù)電流不回流，太陽(yáng)能板電流通過(guò)整流二極管輸送到電池組（12），當(dāng)太陽(yáng)能板不工作時(shí)防止電池組的電流回流，對(duì)電壓穩(wěn)定起到保護(hù)作用，而如果不加整流二極管，則效果就不同了。其具體結(jié)構(gòu)參考圖3.7。-26-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖3.7車位鎖供電部分剖視圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該車位鎖供電部分的優(yōu)點(diǎn)在于：配置壓縮彈簧體主要控制整個(gè)太陽(yáng)能組能上下運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，且又起到了保護(hù)太陽(yáng)能組不被壓壞的功效；配置太陽(yáng)能上架主要用于對(duì)太陽(yáng)能板的保護(hù)；太陽(yáng)能板與太陽(yáng)能底架之間還墊設(shè)有至少一件絕緣板，主要用于防止太陽(yáng)能板內(nèi)含電能的泄漏，及對(duì)他物的傳導(dǎo)，提高了整個(gè)器具的使用安全。但是同時(shí)其缺點(diǎn)也很明顯，電路設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，只有一個(gè)防倒流二極管，設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有過(guò)充過(guò)放電路的設(shè)計(jì)。（4）由朱嘉斌設(shè)計(jì)的一種太陽(yáng)能遙控車位鎖[27]-27-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙?jiān)撎?yáng)能遙控車位鎖包括一個(gè)太陽(yáng)能電池板、一個(gè)盒體、兩個(gè)擋車臂、一個(gè)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、一個(gè)以電源為驅(qū)動(dòng)源的電機(jī)、一個(gè)蓄電池、一個(gè)控制電路和一個(gè)用來(lái)操控控制電路的遙控器；該擺動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在盒體內(nèi)并與也安裝在盒體內(nèi)的電機(jī)相聯(lián)動(dòng)；兩個(gè)擋車臂安裝在盒體外并與盒體內(nèi)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)連接；太陽(yáng)能電池板通過(guò)控制電路與蓄電池相連，太陽(yáng)能電池板向蓄電池充電；蓄電池通過(guò)控制電路與電機(jī)相連接，蓄電池向電機(jī)提供電源信號(hào)；盒體內(nèi)部還裝有密封盒，電路部分裝在這個(gè)盒子內(nèi)，使車位鎖具有防水特性。具體參考圖3.8。圖3.8車位鎖結(jié)構(gòu)剖視圖該車位鎖的控制電路包括反充電路、過(guò)充保護(hù)電路、過(guò)放保護(hù)電路、滯回保護(hù)電路、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、限位開(kāi)關(guān)和無(wú)線接收電路；無(wú)線接收電路用來(lái)接收遙控器的操控信號(hào)，-28-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙無(wú)線接收電路的輸出接至電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路；限位開(kāi)關(guān)的輸出端接至電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路；反充電路的輸入端接至太陽(yáng)能電池板，反充電路的輸出端接至過(guò)充保護(hù)電路的輸入端，過(guò)充保護(hù)電路的輸出端接至蓄電池；過(guò)放保護(hù)電路的輸入端接至蓄電池，過(guò)放保護(hù)電路的輸出端接至電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路；過(guò)放保護(hù)電路與滯回保護(hù)電路相連接；電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的輸出通過(guò)防水控制開(kāi)關(guān)接至電機(jī)。其線框圖如圖3.9所示。遙控器模205260251603塊太陽(yáng)能無(wú)線接收606電池板601605模塊914過(guò)充保蓄電過(guò)放電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制防水控制電機(jī)開(kāi)關(guān)反充電路保護(hù)護(hù)電路池608電路電路汽車電源接口607限位開(kāi)關(guān)報(bào)警電路滯回保護(hù)91電路604圖3.9車位鎖電路線框圖反充電路（601）用來(lái)連接在太陽(yáng)能電池板（52）與蓄電池（51）之間，反充電路采用二極管D3，太陽(yáng)能電池板的正極通過(guò)二極管D3接到蓄電池的正極，用來(lái)防止太陽(yáng)能電池板在沒(méi)有太陽(yáng)光或陽(yáng)光較弱時(shí)成為蓄電池的耗電器。過(guò)充保護(hù)電路（602）的作用：通過(guò)雙電壓比較器的第二路電壓比較器，利用調(diào)整電阻R1、電阻R3、電阻R5、電阻R6和電阻R7設(shè)置一個(gè)過(guò)充電壓的保護(hù)門限，當(dāng)蓄電池的電壓升到這個(gè)門限值之后，雙電壓比較器的第二路電壓比較器的輸出端輸出由低電位變?yōu)楦唠娢?，此時(shí)P溝道的MOSFET管自動(dòng)關(guān)閉，斷開(kāi)太陽(yáng)能電池板到蓄電池的回路，太陽(yáng)能電池板停止對(duì)蓄電池充電。過(guò)放保護(hù)電路（603）的作用是：通過(guò)雙電壓比較器的第一路電壓比較器，利用調(diào)整電阻R2、電阻R4、電阻R5、電阻R6和電阻R7設(shè)置一個(gè)過(guò)放電壓的保護(hù)門限，當(dāng)蓄電池的電壓降到這個(gè)門限值之后，雙電壓比較器的第一路電壓比較器的輸出端輸出電位由低電位變?yōu)楦唠娢?，此時(shí)P溝道的MOSFET管自動(dòng)關(guān)閉，斷開(kāi)太陽(yáng)能電池板和蓄電池到電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、無(wú)線接收電路的回路，太陽(yáng)能電池板和蓄電池停止對(duì)負(fù)載電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（605）、-29-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙無(wú)線接收電路（606）的供電。滯回保護(hù)電路（604）的作用是：當(dāng)雙電壓比較器的第一電路比較器的輸出端輸出電位由低電位變?yōu)楦唠娢贿M(jìn)入過(guò)放保護(hù)時(shí)，N溝道的MOSFET管自動(dòng)閉合，電阻R7被短路，提高了過(guò)放電壓的保護(hù)門限值，則可以形成一個(gè)滯回區(qū)，防止了負(fù)載電機(jī)被斷開(kāi)之后，蓄電池端電壓會(huì)迅速升高至過(guò)放電壓的保護(hù)門限電壓一下，蓄電池又被重新接入電路給負(fù)載電機(jī)供電，會(huì)重復(fù)產(chǎn)生“斷開(kāi)—接通—斷開(kāi)—接通”的震蕩過(guò)程，直到電池徹底耗盡，這會(huì)對(duì)電池壽命產(chǎn)生很大影響，甚至損壞電池。以上控制電路具體電路圖如圖3.10所示。圖3.10車位鎖控制電路具體電路圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該結(jié)構(gòu)通過(guò)使用太陽(yáng)能來(lái)供電，不但消除了不斷更換電池所帶來(lái)的使用不便，更重要的是節(jié)約了能源損耗，使得車位鎖使用成本大大降低；同時(shí)，該遙控車位鎖的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，防水防塵，抗沖擊、碰撞，作為室外機(jī)，使用時(shí)還具有耐高溫的優(yōu)越性。由于使用蓄電池，可以避免使用干電池在陽(yáng)光的高溫下易爆的弊端。但是其控制電路部分設(shè)計(jì)過(guò)于繁瑣，可以使用更簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)進(jìn)行替代。（5）由西安建筑科技大學(xué)的段夢(mèng)、高晶銘設(shè)計(jì)的一種智能車位鎖[28]-30-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙?jiān)撥囄绘i包括了車輛上安裝的RFID控制器以及車位上的底座，底座上設(shè)有控制箱和擋桿，在控制箱一側(cè)還有電源箱，電源箱內(nèi)有蓄電池；控制箱內(nèi)有單片機(jī)，單片機(jī)上有RFID接收器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和報(bào)警器，其中，RFID控制器與RFID接收器通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)相連通，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接有電機(jī)，電機(jī)與擋桿相連接；單片機(jī)、RFID接收器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路均連接在太陽(yáng)能光伏電池板。具體連接線框圖如圖3.11所示。報(bào)警器RFIDRFID單片機(jī)電機(jī)驅(qū)電機(jī)擋桿控制器接收器動(dòng)電路太陽(yáng)能光伏電池板圖3.11車位鎖連接線框圖重點(diǎn)介紹其供電部分的設(shè)計(jì)，包括：光伏電池板、變壓/保護(hù)電路、蓄電池組，電源結(jié)構(gòu)圖如3.12所示光伏電池板變壓/保護(hù)電路蓄電池組圖3.12車位鎖電源結(jié)構(gòu)圖（1）光伏電池板該車位鎖選用了嘉恒光伏生產(chǎn)的具有鋁合金高強(qiáng)度電池板，其參數(shù)指標(biāo)如下：額定功率：1W-31-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙尺寸：250*193*25mm凈重：1.5kg工作電壓：15V工作電流：0.278A開(kāi)路電壓：21.9V短路電流：0.34A使用壽命：正常使用達(dá)20年以上，衰減小于20%使用溫度：-40℃~+90℃該太陽(yáng)能電池配有防水接線盒，鋼化玻璃面板，超長(zhǎng)壽命陽(yáng)極氧化鋁邊框，適合戶外使用；機(jī)械強(qiáng)度高，具有良好的抗風(fēng)性和防雹性，可在各種復(fù)雜惡劣的氣候條件下使用。（2）變壓/保護(hù)電路電池板發(fā)出的電能全部輸出電源箱，在箱內(nèi)由太陽(yáng)能變壓/保護(hù)電路進(jìn)行調(diào)控，把調(diào)整后的電能送往蓄電池儲(chǔ)存，由蓄電池驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)工作。變壓電路采用LM2576芯片將輸入的12V直流電壓變?yōu)?V直流電壓為單片機(jī)供電，該芯片能耗低發(fā)熱小，輸出電壓穩(wěn)定，很適合作為單片機(jī)的供電電源變壓芯片。12VDC-5VDC變壓電路如圖3.13所示，Vin端輸入12V電壓，經(jīng)芯片變壓后Vout輸出穩(wěn)定的5V電壓。圖3.1312VDC-5VDC變壓電路圖（3）蓄電池-32-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙蓄電池由太陽(yáng)能進(jìn)行充電，工作狀態(tài)特點(diǎn)如圖3.14所示；蓄電池采用光合12V、7A*h的普通開(kāi)口液體鉛酸電池，固定在電池箱內(nèi)。液體鉛酸蓄電池參數(shù)如下：額定電壓：12V額定容量：7A*h長(zhǎng)*寬*高：151mm*65mm*95mm總高：100mm循環(huán)最大充電電流：1.75A充電電壓：14.5~15.0V/12V25℃該蓄電池可以在戶外使用，容量較低，體積小、重量輕，減輕了硬件成本。圖3.14蓄電池工作狀態(tài)特點(diǎn)圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該車位鎖使用太陽(yáng)能光伏電池為之供電，無(wú)觸電危險(xiǎn)，不需挖溝埋線施工。能大大改善有車族的生活水平以及物業(yè)管理公司的管理水平，大大提高了使用的方便性。適用于智能小區(qū)、各醫(yī)院、政府機(jī)構(gòu)和學(xué)校等公共單位。同時(shí)也有明顯缺點(diǎn)，其保護(hù)電路過(guò)于簡(jiǎn)單，對(duì)于控制電路的保護(hù)較差，需要進(jìn)行改進(jìn)。3.2經(jīng)改良后車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)由上文所舉例的五種車位鎖可知，它們的優(yōu)勢(shì)各不相同，但基本上可總結(jié)為結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)潔；使用太陽(yáng)能光伏電池供電，環(huán)保節(jié)能；具有一定的防水防碰撞功能，安全性能好。但是它們的缺點(diǎn)卻很相似，主要集中于車位鎖的電池管理系統(tǒng)上，上文所述的五種車位鎖，要么-33-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙電源管理系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單，甚至沒(méi)有；要么電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)于老舊復(fù)雜，不符合工業(yè)生產(chǎn)節(jié)省成本的要求。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一種集上文所述車位鎖優(yōu)點(diǎn)，又要盡量克服它們?cè)O(shè)計(jì)缺陷的車位鎖，而設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就在于電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鑒于此，我參考了前人車位鎖電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精華，并進(jìn)行改造，彌補(bǔ)其缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以下車位鎖的新型電池管理系統(tǒng)：該新型電池管理系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：光伏電池板、保護(hù)電路、鋰電池。其結(jié)構(gòu)線框圖如圖3.15所示。防反充電路光伏電外接充池板電插座

保護(hù)電鋰電池用電器路圖3.15車位鎖電源管理系統(tǒng)線框圖下文將對(duì)三個(gè)部分分別論述：3.2.1光伏電池板[29,30]在該車位鎖電池管理系統(tǒng)中，光伏電池板作為重要組成部分，選擇十分重要，經(jīng)過(guò)對(duì)比，最后選擇單晶硅電池板作為光伏電池板，為鋰電池充電。其原因如下：首先，單晶硅光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率比多晶硅的光伏電池高，在同樣面積的情況下，單晶硅光伏電池板產(chǎn)生電量更多，可以節(jié)省充電時(shí)間和節(jié)約電池板所占的空間；第二，單晶硅光伏電池壽命比多晶硅的光伏電池長(zhǎng)，在相同的條件下工作，單晶硅光伏電池板可以提供更長(zhǎng)久的工作年限，延長(zhǎng)了車位鎖產(chǎn)品的壽命；第三，單晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝比多晶硅的光伏電池高，這點(diǎn)保證了單晶硅電池在使用壽命與性能上優(yōu)于其他光伏電池。但是，單晶硅光伏電池也有其缺點(diǎn)，單晶硅光伏電池價(jià)格比多晶硅的光伏電池貴，相同-34-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙面積的條件下，單晶硅光伏電池價(jià)格高出其他光伏電池許多。綜上，綜合單晶硅光伏電池的優(yōu)缺點(diǎn)，最終認(rèn)為選擇單晶硅光伏電池是光伏電池板的合適選擇。3.2.2保護(hù)電路[31,32]在該車位鎖電池管理系統(tǒng)中，保護(hù)電路作為保護(hù)鋰電池的重要部分，是整個(gè)電池管理系統(tǒng)的核心，其功能有過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下：（1）正常狀態(tài)在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO"與“DO"腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μA級(jí)，通常小于7μA。（2）過(guò)充電保護(hù)鋰離子電池作為可充電池的一種，要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過(guò)程，電壓會(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來(lái)越小。電池在被充電過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過(guò)4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過(guò)4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.28V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“CO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無(wú)法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過(guò)該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制IC檢測(cè)到電池電壓超過(guò)4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。（3）過(guò)放電保護(hù)電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電過(guò)程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過(guò)程中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定，不同的IC-35-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙有不同的值)時(shí)，其“DO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于V1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。由于在過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1μA。在控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，通常設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。（4）過(guò)電流保護(hù)由于鋰電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過(guò)2C(C=電池容量/小時(shí))，當(dāng)電池超過(guò)2C電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。電池在對(duì)負(fù)載正常放電過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-"腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測(cè)，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓＃够芈冯娏髟龃?，?dāng)回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，其“DO"腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過(guò)電流保護(hù)作用。在控制IC檢測(cè)到過(guò)電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由C3決定，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。在上述控制過(guò)程中可知，其過(guò)電流檢測(cè)值大小不僅取決于控制IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對(duì)同樣的控制IC，其過(guò)電流保護(hù)值越小。（5）短路保護(hù)電池在對(duì)負(fù)載放電過(guò)程中，若回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。該電路的具體設(shè)計(jì)如圖3.16所示。-36-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖3.16鋰電池保護(hù)電路原理圖上面電路中所用的控制IC為日本理光公司的R5421系列，在實(shí)際的電池保護(hù)電路中，還有許多其它類型的控制IC，如日本精工的S-8241系列、日本MITSUMI的MM3061系列、臺(tái)灣富晶的FS312和FS313系列、臺(tái)灣類比科技的AAT8632系列等等，其工作原理大同小異，只是在具體參數(shù)上有所差別，有些控制IC為了節(jié)省外圍電路，將濾波電容和延時(shí)電容做到了芯片內(nèi)部，其外圍電路可以很少，如日本精工的S-8241系列。除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開(kāi)關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對(duì)電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。該保護(hù)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，同時(shí)功能齊全，而且適合鋰電池保護(hù)電路使用，故使用該電路作為車位鎖電源管理系統(tǒng)的保護(hù)電路。3.2.3鋰電池[33,34]該車位鎖電池管理系統(tǒng)中，電池的選擇是其中的重點(diǎn)之一，在上文的車位鎖設(shè)計(jì)中，電池的選擇基本上為蓄電池，但是蓄電池的體積較大，電量容量小，且自放電現(xiàn)象比較嚴(yán)重，故作為對(duì)電池部分的改良，我選用了高聚合物鋰電池作為車位鎖的電源部分。高聚合物鋰電池作為電源有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）安全性能好聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱-37-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙患，液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會(huì)氣鼓。（2）厚度薄普通液態(tài)鋰電采用先定制外殼，后塞正負(fù)極村料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技術(shù)瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問(wèn)題，厚度可做到1mm以下，符合時(shí)下手機(jī)需求方向。（3）重量輕聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%.（4）容量大聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高10~15%，較鋁殼電池高5~10%，成為彩屏手機(jī)及彩信手機(jī)的首選。（5）內(nèi)阻小聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，目前國(guó)產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長(zhǎng)手機(jī)的待機(jī)時(shí)間，完全可以達(dá)到與國(guó)際接軌的水平。（6）形狀可定制聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減少電芯厚度，開(kāi)發(fā)新的電芯型號(hào)，價(jià)格便宜，開(kāi)模周期短，有的甚至可以根據(jù)手機(jī)形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。（7）放電特性佳聚合物電池采用膠體電解質(zhì)，相比液態(tài)電解質(zhì)，膠體電解質(zhì)具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺(tái)。（8）保護(hù)板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單由于采用聚合物材料，電芯不起火、不爆炸,電芯本身具有足夠的安全性,因此聚合物電池的保護(hù)線路設(shè)計(jì)可考慮省略PTC和保險(xiǎn)絲,從而節(jié)約電池成本。綜上高聚合物鋰電池的優(yōu)勢(shì)，最后認(rèn)為高聚合物鋰電池是該車位鎖的電源的合適選擇。3.2.4驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為了證實(shí)上述設(shè)計(jì)的合理性，現(xiàn)設(shè)計(jì)一驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的合理性，根據(jù)上述設(shè)計(jì)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中選用了兩塊7V的光伏電池板