基于AVR单片机的太阳能电动车光伏控制系统研究

【摘要】：由于人类对能源的需求不断提高,传统不可再生能源即将枯竭,同时环境的污染也是人类需要面对的重要问题之一。为了解决这些关乎生存的大问题,人们对新型的绿色可再生能源寄予了厚望,太阳能便是其中重要的一种。 太阳能作为一种无污染、可再生的绿色能源,被应用于汽车领域,可以达到减少尾气排放,降低车辆对环境污染的目的。太阳能电动车结合了光伏技术和电动车技术,利用新型绿色可再生能源替换传统不可再生的化石能源驱动车辆行驶,是未来交通工具发展的趋势。 本课题隶属于吉林省科技厅的20080353号微流控太阳能电动车项目,主要研究目的是试图以车载太阳能板和汽车通用的铅酸蓄电池为实验研究对象,寻求其能量转换的最佳方法并运用当前科研的先进手段得以实现。 首先,以普通的电动高尔夫球车和现在广泛应用的铅酸蓄电池为实验研究对象,利用电池测试系统对其进行全面的性能参数采集,包括采集蓄电池的充电电压、充电电流、蓄电池容量以及蓄电池放电时的电压和电流等；通过分析这些数据得到与实验对象匹配的光伏控制系统的设计参数。 其次,根据相关理论研究了光伏电池的输出特性和数学模型,分析比较了光伏充电中的各种最大功率点跟踪技术的优缺点,确定了以阶段充电法结合电导增量法为核心的铅酸蓄电池充电策略,并根据设计参数制定了用于实现控制功能的直流/直流(DC/DC)变换技术方案。 再次,为了迎合车辆智能一体化控制需求,便于与车辆CAN总线技术相结合,也为了满足实验中可对控制程序进行修改完善的要求,设计选定速度快、功耗低、存储容量大、扩展性强、可反复多次擦写的AVR单片机作为直流变换电路的核心控制芯片。并根据充电策略和实验方案的要求,进行AVR单片机开发,编写了系统控制程序,结合电路结构设计,使用Proteus和ICCAVR单片机开发软件对系统控制程序进行了仿真,验证了程序的可行性。 然后,利用太阳能发电测试系统,并在2010年夏季采集了长春地区实际的温度和日照强度数据,利用所采集数据在Simulink环境下对所设计光伏控制系统进行了仿真。仿真结果显示利用本文中设计的光伏控制系统的系统输出功率比通常的连接方式提高了7.78%左右,而且在日照强度趋于稳定时,系统跟踪效果比较平稳；日照强度发生变化时,最大功率跟踪系统可以快速反应,符合设计要求。 最后,电动高尔夫球场用车上搭建光伏电池支架,重新设计了整车结构以优化电动车质量分布,将其改造为实验所需的太阳能电动车。利用AVR单片机ATmega16-16AU芯片制作了太阳能电动车光伏控制系统样机,安装在实验用太阳能电动车上进行实验测试。实验证明,该光伏控制系统能够正确的判定系统工作状态,并选取合适的充电方式利用太阳能对蓄电池进行快速、高效、安全的充电。 【关键词】：光伏电池 太阳能电动车 MPPT AVR DC/DC
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 太阳能电动车的研究目的与意义14-15
• 1.2 太阳能在车辆上的主要应用方式15-18
• 1.2.1 太阳能作为车辆辅助能源15-16
• 1.2.2 太阳能作为车辆驱动力16-18
• 1.3 太阳能电动车相关技术发展18-19
• 1.4 光伏电池最大功率点跟踪发展现状19-25
• 1.4.1 传统的MPPT控制方法分析21-22
• 1.4.2 新型MPPT控制方法22-25
• 1.5 本文主要研究工作25-26
• 第2章 光伏控制系统基础理论与原理26-48
• 2.1 光伏系统的特点26-30
• 2.1.1 光伏电池I-V特性26-29
• 2.1.2 光伏电池特性曲线29-30
• 2.2 一般铅酸蓄电池充电控制方法30-34
• 2.2.1 常规充电法30-31
• 2.2.2 快速充电法31-33
• 2.2.3 维护性浮充电33-34
• 2.3 光伏系统中电路的工作原理34-44
• 2.3.1 直流降压斩波变换电路34-37
• 2.3.2 直流升压斩波变换电路37-39
• 2.3.3 Cut变换电路39-41
• 2.3.4 半桥式变换电路41-43
• 2.3.5 带隔离变压器的全桥式直流斩波电路43-44
• 2.4 太阳能电动车充电策略的提出44-46
• 2.5 本章小结46-48
• 第3章 光伏控制系统的硬件结构设计48-66
• 3.1 ATMEGA16单片机及外围电路48-55
• 3.1.1 单片机特性介绍48-49
• 3.1.2 单片机外围电路设计49-55
• 3.2 系统状态检测电路设计55-61
• 3.2.1 测量电路设计55-58
• 3.2.2 LCD显示部分设计58-59
• 3.2.3 汽车电源信号采集部分设计59-60
• 3.2.4 串口通信MAX3232芯片电路设计60-61
• 3.3 MPPT及充电控制电路设计61-64
• 3.3.1 DC/DC电路结构设计61-63
• 3.3.2 PWM开关部分63-64
• 3.3.3 充电控制方法64
• 3.5 本章小结64-66
• 第4章 光伏控制系统的软件设计66-72
• 4.1 主程序66-67
• 4.2 充电模式67-68
• 4.3 太阳能最大功率点跟踪(MPPT)68-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 光伏控制系统仿真72-84
• 5.1 光伏电池及最大功率跟踪SIMUlink仿真72-76
• 5.1.1 PV模型仿真72-73
• 5.1.2 Buck系统模型仿真73-75
• 5.1.3 MPPT系统仿真75
• 5.1.4 车载太阳能充电系统仿真75-76
• 5.2 单片机控制电路PROTEUS仿真76-83
• 5.2.1 主要软件介绍76-77
• 5.2.2 系统电路模型77-81
• 5.2.3 光伏控制系统中单片机程序仿真81-83
• 5.3 本章小结83-84
• 第6章 光伏控制系统实验研究84-104
• 6.1 实验对象及前期数据采集84-95
• 6.1.1 实验对象84-85
• 6.1.2 实验用车改装85-86
• 6.1.3 数据采集86-95
• 6.2 系统仿真结果分析95-99
• 6.3 实验电路制作及实验99-102
• 6.4 电路实验结果及分析102-103
• 6.5 本章小结103-104
• 第7章 总结与展望104-106
• 7.1 全文总结104-105
• 7.2 展望105-106
• 参考文献106-112
• 作者简介112-114
• 致谢114

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