車輛太陽能輔助供電系統*

王二陽 李俊 郝亮 孟久昌 鄭利民

（遼寧工業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境污染，緩解能源危機。傳統車輛的供電設備包括蓄電池和發電機2 種，在實際運行過程中，發電機為蓄電池和供電設備供電，一旦運行過程中發電機發生故障，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駛里程變短等現實問題。因此開發一種應急供電系統很有必要。文章采用STC89C52RC 作為微處理器，開發了一種車輛太陽能輔助供電系統，通過軟硬件的選擇及編譯，實現了太陽能充放電實時智能化控制，可以起到對傳統車輛供電系統實時監測預警的作用，保證了車輛用電系統的使用安全性，同時減輕了駕駛員行駛過程中人為監測并判斷的負擔，保證了駕駛員的駕駛舒適性和行車的安全性。

1 系統總體設計

車輛太陽能輔助供電系統主要由以下部分組成：

1）STC89C52RC 最小系統：系統的微控制器；

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

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

4）大功率可調降壓電源模塊：采用非隔離方式的大功率可調降壓模塊，能夠實現可調恒壓恒流充電，廣泛應用于蓄電池充電、車載電源及穩壓電源等場合；

5）1 路繼電器控制模塊：系統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，保證系統的正常運轉；

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

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。

當汽車發電機發生故障時，系統開始工作，控制器通過ADC0809CCN 模數轉換芯片采集數據，經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時，驅動繼電器模塊接通，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電機出現故障[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，實現了對蓄電池欠壓、過壓和短路的保護[4]。系統總體架構，如圖1所示。

圖1 太陽能輔助供電系統總體架構

2 系統硬件設計

系統硬件平臺主要包括微控制器最小系統、電源模塊、LCD1602 液晶顯示模塊、大功率可調降壓電源模塊、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硬件設計框圖

3 系統軟件設計

本系統采用嵌入式C 語言在Keil uVision3 集成開發環境中進行代碼編寫，然后編譯成.Hex 機器碼文件，運行于宏晶科技公司（STC）生產的基于MCS-51 內核的增強型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共包含六大功能模塊：系統初始化模塊、LCD 液晶顯示模塊、傳感器信號采集模塊、穩壓模塊、繼電器控制模塊及語音報警模塊。系統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換為電信號發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還檢測發電機工作信號，在檢測到發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時，蜂鳴器發出警報，并通過繼電器控制模塊的斷開切斷電路，實現對蓄電池的保護，同時還防止了高壓的蓄電池在給負載供電時燒毀負載。系統還在穩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，達到保護系統電路的目的[6]。系統總的運行流程，如圖3所示。

圖3 太陽能輔助供電系統運行流程圖

4 結論

汽車具有交流發電機和蓄電池兩大供電設備。蓄電池用來給用電系統供電（起動系統、點火系統和燃油噴射系統等），以保證汽車順利起動；汽車在正常行駛過程中，由交流發電機給相關的用電系統供電（除了起動系統外），保證汽車正常行駛。如果蓄電池沒電或者在嚴寒地區蓄電池發電不足以及發電機運行過程中出現了故障，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，如果檢測出故障，啟動這套系統將存儲的太陽能轉化為電能來實時地為蓄電池供給能量，可以保證汽車順利、正常地起動和繼續行駛。同時，在停車后駕駛員離車狀態下，也可實時監測蓄電池狀態，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。該系統將來不僅可應用于傳統車輛能源的升級改造，同時還可以向新能源汽車拓展，對于供電系統使用安全性的實時監測具有很好的指導作用，并具有良好的推廣價值。