【126】 第33卷 第7期 2011-7(上)
基于DSP的智能充电系统在电动汽车中的应用研究
Intelligent charging system in electric vehicle application
随顺科,孙长江
SUI Shun-ke, SUN Chang-jiang
(中国矿业大学 信息与电气工程学院,徐州 221116 )
摘 要:针对电动汽车的充电控制技术进行了论述,提出了一种把电压控制与电池温度控制相结合的综
合控制方法,对主电源电路中的交换器进行了详细的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
,以DSP TMS320F2812为核心设计
了控制电路,并引入模糊PID控制算法,实现充电器的智能快速充电。
关键词:充电;交换器;智能
中图分类号:TP272 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2011)7(上)-0126-03
Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.7(上).37
0 引言
汽车带给人们生活很多便利的同时也给人们
带来了环境污染、能源消耗的问题。电动汽车作
为新能源汽车是解决上述问题的有效途径之一。
由全部或部分电能驱动电机作为动力系统的汽车
称为电动汽车,主要包括纯电动汽车、混合动力
电动汽车和燃料电池汽车三种类型。目前,电动
汽车的发展还有很多制约因素,诸如一些关键技
术像蓄电池的开发,驱动效率的提高,快速充电
装置的研制等方面需取得较大突破,才能使电动
汽车得到广泛应用。
1 智能充电装置
快速充电法是指在短时间完成对蓄电池的充
电过程。为了保证蓄电池不因大电流短时内充满
而损坏和不过充,因此需要相应的控制电路。
该电路能在充电末期实时地检测蓄电池的充电电
压、充电电流和端电压的温度,并根据实时检测
到的相关参数来控制充电过程。图1是智能充电电
路框图。控制器选用TMS320F2812,它是32位定
点DSP芯片,具有强大的事件管理能力和嵌入式控
制能力。充电器电路主要包括主电源回路、控制
电路和变换电路三部分组成。
2 变换器与控制电路的设计
2.1 变换器的设计
文中选用反激式变换器,下面针对反激式
DC-DC变换器进行研究。反激式DC-DC变换器是
一种电气隔离的升压/降压变换器,也是最简单的
隔离型直流变换器。其电路主要由输入/输出滤波
电容器、电感变压器、功率开关管、高频整流管
等构成。电路拓扑结构如图2所示。
电路工作原理与电磁能量转换原理:功率开
关管VF导通期间,输入电压Vin经输入滤波电容滤
波,功率开关管VF导通,高频整流管VD反偏关
断, 由于,
收稿日期:2011-02-01
作者简介:随顺科(1989 -),男,山东鱼台人,本科,主要从事电气自动化的学习及在工程应用方面的研究工作。
图1 智能充电电路框图
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Vm>0,变压器初级线圈电流iL上升,磁储能W上
升,变压器电感将输入电能转化为磁储能,变压
器储能增加。输出端所接负载由输出滤波电容供
电。Vin从不向Vout直接提供电能,而是将Vm输入的
电能转化为变压器电感中的磁储能,再通过VF关
断期间,将磁储能转化为电能传送到负载和输出
滤波电容,其中输出滤波电容吸收的能量大于负
载功率的那部分能量。
2.2 控制电路
图3 DSP控制系统框图
主控制器直接向TMS320F2812发送命令进行
控制,同时防止主控制器突然发生故障而不能与
下位机通讯时,保证设备仍能正常运行,同时还
可以进行各种参数设定。当TMS320F2812接收到
来自主控制器的命令时,使得电源与电池组成充
电或者放电回路,开通或者关断功率管。当需要
调节电流到给定值时,采用模糊PID调节方式,
TMS320F2812通过事件管理模块实时调整输出
PWM,使电源达到给定值。系统运行过程中,以
10位A/D通道采样电流电压值,将采样结果值定
时上传给主控制器,并对电流电压进行监控。图3
为DSP控制系统框图。
图4为电压检测系统,当充电器的充电峰值电
压确定后,当检测电路检测到蓄电池的端电压达
到设定值时,由控制电路自动改变充电器的充电
方式。
图4 电压检测框图
蓄电池在充电后期,负极发生氧复合反应而
聚集了热量,使蓄电池温度升高。图5是蓄电池温
度检测框图。充电电流将随着温度的升高增大,
为了控制后期的电流,需要在蓄电池外壳装上温
度传感器,对温度实时检测,并将信息传递给控
制电路。当蓄电池温度升至设定值时,控制电路
即改变充电器的充电方式或直接终止充电。
图5 温度检测框图
3 软件设计
通常的PID控制方法主要是通过建立系统的数
学模型,获得传递函数,进行闭环控制。尽管该
种方法具有一定的控制效果,但参数整定过程十
分复杂。为此引入模糊控制技术,将模糊控制与
PID控制结合,形成具有智能性的模糊PID控制算
图6 模糊PID控制框图
图2 反激式直流变换器电路拓扑结构
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法将模糊控制器的偏差和偏差变化率分别选为电
池理想最高电压与设计测量电压之差 和相邻两次
采样信号之差与采样周期的比值 ,并进行量
化,从而指导PID三个参数的调整。图6为模糊PID
控制框图。
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图7 主程序流程图
充电系统要求能够实时采集电池的电压、电
流和温度这三个参数值,在对实时数据采集完成
后,需要对数据进行及时处理。实时处理包括A/D
采样值的滤波处理、A/D采样值转换为电压实际值
的计算处理。然后利用模糊PID控制算法计算控制
量,并对控制对象发出控制命令,实现实时控制
PWM功能。图7为主程序流程图。
在整个充电过程中最终需要对蓄电池是否充满
进行准确判断。当检测系统检测到零增量时,此时
可能已经充满,但也可能是充电过程中出现的,因
此可能出现误检测。此时可以根据预估的充电时间、
蓄电池端电压等参数进行判断,有效降低错误检测。
4 结论
采用DSP芯片作为控制核心,负责控制开关电
源,采集电压温度等数据,并使用模糊PID控制算
法实现了智能快速的充电。同时使用设计的变换
器降低了充电过程的能量损耗。提高了蓄电池的
充电效率。
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图10 曲率小的曲面清角刀路
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假如是一水平面中有一下凹曲面。如图8所
示,我们可以先精加工曲面,再用平刀精加工上面
水平面,但在精加工上部水平面时,必须使刀具运
行水平超出上部水平面的内、外边界。刀路如图9所
示,这样水平面与中间的凹曲面便不会有接刀刀痕。
1.3 曲面与曲面的接顺。
如图10所示,大部分曲面先已精加好了,
但一些曲率小的地方
还没精加工到位,须
换小球刀进行清角精
加工,刀路如图10所
示。数控机床装好清
角 球 刀 , 对 好 刀 ,
要把数控机床Z轴抬
高(0.003mm到0.02mm),最好起初抬高多一
点,运行(如图10)的清角刀路生成的NC代码,
试切削,并用目测小曲率曲面与旁边曲面的接刀效
果,也可用手去摸感觉接刀效果,如接刀不好,再
把Z轴再下降少许,再试切削,如此反复,直到接
刀良好再放心运行数控机床进行清角精加工。
2 结论
本文对平面、曲面的接刀光顺问题进行了较
为详尽的探讨和论述,使人们对平面、曲面的如
何接刀光顺有一定深入认识和理解。从而使加工
出的零件更加光顺,这样零件外观更加美观,同
时也可有效避免零件在接刀不顺处出现应力其中
现象,防止零件开裂发生。