题目名称：                汽车蓄电池低压报警设计

学生姓名

专业

汽车服务工程0354

学号

指导教师姓名

所学专业

控制理论与控制工程

职称

讲师

完成期限

2018-11-20至2019-03-14

一、选题的目的意义

当今，汽车蓄电池已经得到广泛使用，较之一次性充电电池，蓄电池具有多次循环利用，高效节能的优点。蓄电池组作为直流系统向外供电的唯一设备，为电力系统和通信系统中的信号装置、继电保护装置和控制装置等重要负载提供工作电源，其性能的好坏直接关系到电力系统和通信系统的安全可靠性。因此为了确保用电设备即使在交流电源全部中断的情况下也能正常安全连续运行，必须保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特别是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。但即便是电量充足的蓄电池，在使用一段时间后随着电量的减少会导致电池输出电压的降低，轻者将会影响电器的正常工作，重者甚至带来一系列的安全事故。本电路就是利用电量降低时输出电压也随之降低的原理，在电池电量降到正常工作的底限时，以此时对应的输出电压值为临界电压值,当蓄电池电压低于这个值时电路将通过蜂鸣器进行报警，提醒用户进行充电或更换电池，当蓄电池输出电压高于这个临界值时，电路则不进行报警。

二、国内外研究现状

由于内阻与电池的性能密切相关，国际上有许多公司一起进行电池内阻测量的开发工作，以便通过内阻来有效监测蓄电池的状况。目前国际上主要有两家公司在进行电池内阻测量仪器的开发工作，它们是MIDTRONICS和AVO公司。测试方法是用交流发电装置向电池单体或蓄电池组注入一个低频20～30HZ60H的交流信号，测量通过电池的交流电流和每只电池两端的交流电压，则得出电池的电导或电阻值，并显示这个值。

美国BMS(Battery Monitoring System)蓄电池监测系统技术发展于电力应用工业。11989年美国电力研究所与国家电能研究公司合作，共同研究了无人值守场站PWBC铅酸蓄电池综合在线状态监测系统。经过4年的研究与开发，耗资200万美元，于1994年完成样机的现场试验。测定的参数包括电池组电压、单体电压、(浮充电)维持电流、电池内部温度、电池组环境温度、电解液比重、电解液液面高度以及电极利用情况等。其方法是采用安装在每一只电池上的多传感器电池检测模块(叫“电池监测器”，是真空密封的)这种模块通过光缆将状态数据传输到蓄电池组监测器，每一电池组监测器可能测256个单电池。远程控制中心通过MODEMS和公司电话线对电池组监测器进行监测。可能测的电池组监测器的数量不受限制。控制中心PC机能定期查询所有运行组的监测器，下载并处理储存的数据，存储和显示电池状态及其趋势的信息，能获得每一节电池的参数。其主要特征是运用特定传感器对电池组的每个电池进行独立的监测。单电池电压的测量是使用传统的一个直接带有A/D稳压的转换器(由电池组供电)电池组电流的测量用霍尔效应磁域传感器来测量。电池内部温度的测量通常是用直接与电池壁接触的固态集成电路温度传感器来测量。并且同外部环境如气流和阳光这样一来的热效应隔离。电池组温度的测量是用同样的装置来测量。为了描述电池组周围空气的平均温度，传感器一般位于电池组支架上。此项研究成果应用于电厂、变电站、通信、电动车辆及医疗领域。关于BMS蓄电池的检测有多种检测目的。因此，监测的重点也有差异，在监测的方法和手段上人们进行了大量的研究和探索。

国内研制并投产的ZXJ24/2-1型蓄电池组智能监测仪，采用浮动地技术测量蓄电池组中各单体电池电压，测量结果比较准确，但也存在模拟开关切换以及各器件的不一致性问题对浮动地的电位的影响，从而使测量结果偏差加大。国外有人研究VMS（VRLA Battery Management System）阀控密封铅酸蓄电池管理系统。因为恒压充电的方法不能满足不同蓄电池所需的不同充电电流。系统监测的内容包括：单电池电压、电池内部温度、放电电流及放电过程中测量电池组总电压。VMS中包含了BMS，它是在监测的基础上对蓄电池进行分析，并进行管理和控制。这样更有利于对蓄电池的维护，延长蓄电池使用寿命。

三、主要研究内容

根据系统的需求分析，设计主要分为两部分：数据采集和数据处理，这两部分都需要硬件和软件的相互配合才能完成。蓄电池的电压、电流及温度等数据参数经采样电路得到后送单片机，经单片机运算处理，进行LCD显示、与上位机通讯等操作。信号采样电路选用DS2438蓄电池监测专用芯片，对单体电池电压、电流、温度等信号参数进行测量；单片机通过连接的键盘，可以设置产生报警的限值，同时能够实现显示数据的切换；当参数值超限时，自动进行声光报警。设计中加入硬件看门狗电路，进行保护。

本设计中模块单元的功能如下：

1)单体电池电压、电流、温度等信号采集电路：将被监测的蓄电池单体电池的电压、温度等信号进行采集，并且送到单片机内；

2)键盘单元：设定报警上下限值，并对显示内容进行切换；

3)89C51单片机：对接收到的二进制信号进行相应的处理，并产生相应的控制信号；

4)LCD显示电路：显示电压、电流、温度等参数值；

四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线

本设计是基于单片机的蓄电池在线监测电路系统的设计。其主要任务是完成蓄电池各个参数（电压、电流、温度、剩余电量）的采集，并且可以显示输出，当各参数超限时，产生声光报警。

设计过程中要有理论的分析，选择合适的器件；运用Protel绘制电路；编辑相应的程序；通过仿真器来测试系统的可行性；按照学校有关文件的要求完成毕业设计前期材料。

五、主要参考文献与资料

1 王建、钱敏.免维护铅酸电池的状态监测[J].华东地址学院学报，1999，22(4)：309-313

2 陈剑、徐剑虹.阀控密封铅酸蓄电池失效机理及检[J].电源技术，1999，23(6)：332-334

3 张红润，孙悦等著.单片机原理及应用[M].清华大学出版社.2008

4 吴国经主编.单片机应用技术[M].中国电力出版社.2004

5 沈红卫著.基于单片机的智能系统设计与实现[M].电子工业出版社.2005

6 冯建华等著.单片机应用系统设计与产品开发[M].人民邮电出版社.2004

7 马忠梅，籍顺心，张凯等编著.单片机的C语言程序设计（第三版）[M].北京航空航天大学出版社.2003

8 徐薇莉， 曹柱中．控制理论与设计[M].上海交大出版社，2003：74-82

9 先锋工作室．单片机程序设计实例[M].清华大学出版社，2003：104-110

10 徐曼珍.新型蓄电池原理与应用[M].北京人民邮电出版社.2005

11 徐薇莉 曹柱中．控制理论与设计[M].上海交大出版社，2003：74-82

六、指导教师审批意见

同意开题

签名：

2019年3月1 日