車輛太陽能輔助供電系統(tǒng)*

王二陽 李俊 郝亮 孟久昌 鄭利民

（遼寧工業(yè)大學汽車與交通工程學院）

將太陽能應用于汽車可以減少環(huán)境污染，緩解能源危機。傳統(tǒng)車輛的供電設備包括蓄電池和發(fā)電機2 種，在實際運行過程中，發(fā)電機為蓄電池和供電設備供電，一旦運行過程中發(fā)電機發(fā)生故障，車輛運行的實際效果會大大受到影響，例如引起燃油燃燒不充分從而導致排放污染物增加和續(xù)駛里程變短等現(xiàn)實問題。因此開發(fā)一種應急供電系統(tǒng)很有必要。文章采用STC89C52RC 作為微處理器，開發(fā)了一種車輛太陽能輔助供電系統(tǒng)，通過軟硬件的選擇及編譯，實現(xiàn)了太陽能充放電實時智能化控制，可以起到對傳統(tǒng)車輛供電系統(tǒng)實時監(jiān)測預警的作用，保證了車輛用電系統(tǒng)的使用安全性，同時減輕了駕駛員行駛過程中人為監(jiān)測并判斷的負擔，保證了駕駛員的駕駛舒適性和行車的安全性。

1 系統(tǒng)總體設計

車輛太陽能輔助供電系統(tǒng)主要由以下部分組成：

1）STC89C52RC 最小系統(tǒng)：系統(tǒng)的微控制器；

2）ADC0809CCN 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片：用于將蓄電池電壓值變化的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供控制器讀取[1]；

3）LCD1602 液晶顯示模塊：首先顯示車輛太陽能輔助供電系統(tǒng)的相關信息，然后顯示當前蓄電池電壓和其工作狀態(tài)，同時還具有發(fā)電機故障標志顯示功能；

4）大功率可調(diào)降壓電源模塊：采用非隔離方式的大功率可調(diào)降壓模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)恒壓恒流充電，廣泛應用于蓄電池充電、車載電源及穩(wěn)壓電源等場合；

5）1 路繼電器控制模塊：系統(tǒng)通過繼電器模塊控制蓄電池充電電路的通斷，保證蓄電池的使用壽命，同時延長汽車一定的行駛里程；

6）蓄電池：汽車啟動或怠速運轉(zhuǎn)時需要蓄電池給車上用電設備供電；

7）供電模塊：采用5 V 鋰電池獨立供電，保證系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)；

8）語音報警模塊：當發(fā)電機出現(xiàn)故障或檢測到蓄電池電壓值過高，系統(tǒng)均會發(fā)出語音報警，另外，當蓄電池欠壓時，會有短暫的警報發(fā)出，提醒駕駛員應當立即檢修蓄電池或發(fā)電機；

9）傳感器信號采集電路：主要進行蓄電池的分壓，保證其電壓值在可檢測范圍內(nèi)。

當汽車發(fā)電機發(fā)生故障時，系統(tǒng)開始工作，控制器通過ADC0809CCN 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采集數(shù)據(jù)，經(jīng)處理得到蓄電池電壓，使其實時顯示在LCD1602 液晶顯示屏上。當蓄電池電壓在預設值范圍內(nèi)時，驅(qū)動繼電器模塊接通，太陽能電池板開始向蓄電池供電，同時會報警提醒駕駛員發(fā)電機出現(xiàn)故障[2-3]；當檢測到的蓄電池電壓高于上限或低于下限時，控制器斷開繼電器模塊，使太陽能電池板無法向蓄電池供電，實現(xiàn)了對蓄電池欠壓、過壓和短路的保護[4]。系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 太陽能輔助供電系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件平臺主要包括微控制器最小系統(tǒng)、電源模塊、LCD1602 液晶顯示模塊、大功率可調(diào)降壓電源模塊、1 路繼電器控制模塊等[5]。其硬件平臺框圖，如圖2所示。

圖2 太陽能輔助供電系統(tǒng)硬件設計框圖

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)采用嵌入式C 語言在Keil uVision3 集成開發(fā)環(huán)境中進行代碼編寫，然后編譯成.Hex 機器碼文件，運行于宏晶科技公司（STC）生產(chǎn)的基于MCS-51 內(nèi)核的增強型STC89C52RC 微處理器，例如：STC89C52RC，STC8A8K64S4A1，2STC15W4K32S4，STC23C5A60S2 等嵌入式芯片上。此外還包括1602 液晶顯示屏、蜂鳴器、發(fā)電機電壓信號傳感器等外圍電子模塊。

基于ADC0809CCN 的車輛太陽能充放電輔助管理系統(tǒng)共包含六大功能模塊：系統(tǒng)初始化模塊、LCD 液晶顯示模塊、傳感器信號采集模塊、穩(wěn)壓模塊、繼電器控制模塊及語音報警模塊。系統(tǒng)上電首先進行各個硬件的初始化操作，然后通過電壓信號采集模塊進行蓄電池的電壓信號采集，將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給單片機控制單元，同時在LCD 液晶顯示模塊上實時顯示蓄電池電壓。此外，車輛太陽能充放電輔助管理系統(tǒng)還檢測發(fā)電機工作信號，在檢測到發(fā)電機故障時啟動繼電器控制開關，開始對蓄電池進行緊急充電，保證汽車能夠繼續(xù)行駛一定的里程到達附近的維修站。當蓄電池處于高壓狀態(tài)時，蜂鳴器發(fā)出警報，并通過繼電器控制模塊的斷開切斷電路，實現(xiàn)對蓄電池的保護，同時還防止了高壓的蓄電池在給負載供電時燒毀負載。系統(tǒng)還在穩(wěn)壓模塊輸出端設置了一個整流二極管，防止蓄電池對太陽能電池板進行倒灌，達到保護系統(tǒng)電路的目的[6]。系統(tǒng)總的運行流程，如圖3所示。

圖3 太陽能輔助供電系統(tǒng)運行流程圖

4 結(jié)論

汽車具有交流發(fā)電機和蓄電池兩大供電設備。蓄電池用來給用電系統(tǒng)供電（起動系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)等），以保證汽車順利起動；汽車在正常行駛過程中，由交流發(fā)電機給相關的用電系統(tǒng)供電（除了起動系統(tǒng)外），保證汽車正常行駛。如果蓄電池沒電或者在嚴寒地區(qū)蓄電池發(fā)電不足以及發(fā)電機運行過程中出現(xiàn)了故障，都會導致汽車不能正常運行。鑒于此，本項目利用太陽能裝置實時監(jiān)測蓄電池電壓的變化情況，智能化判斷兩大供電設備的工作狀態(tài)，如果檢測出故障，啟動這套系統(tǒng)將存儲的太陽能轉(zhuǎn)化為電能來實時地為蓄電池供給能量，可以保證汽車順利、正常地起動和繼續(xù)行駛。同時，在停車后駕駛員離車狀態(tài)下，也可實時監(jiān)測蓄電池狀態(tài)，提醒駕駛員及時對沒電的蓄電池進行更換處理，避免耽誤出行。該系統(tǒng)將來不僅可應用于傳統(tǒng)車輛能源的升級改造，同時還可以向新能源汽車拓展，對于供電系統(tǒng)使用安全性的實時監(jiān)測具有很好的指導作用，并具有良好的推廣價值。