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基于DSP的智能充电系统在电动汽车中的应用研究

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基于DSP的智能充电系统在电动汽车中的应用研究 【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,以DSP T...

基于DSP的智能充电系统在电动汽车中的应用研究
【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 第33卷 第7期 2011-7(上) 【127】 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 【128】 第33卷 第7期 2011-7(上) 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。 ! ؛๔ࣅ ܁ຕ਍ ܔ֑ᄣڦۉუĂۉ ୁĂ࿒܈ت૙ ఇࢵ QJE੦዆؊ ۉ঩܎ ៜ؊ྼࢺ ಒ܏ۉ׾๟ ޏ؊஢ Z O 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。 参考文献: [1] 梁敬.浅议影响阀控式铅酸蓄电池使用寿命的因素[J].广 东电力,2005,18(2):19-21. [2] TMS320LF/LC240xA.DSP Controllers Reference Guide System and Peripherals.Texas Instruments,2001:225-228. [3] 徐小东.蓄电池快速充电技术[J]电源技术,2004,2(1):38-39. [4] 冯义.一种智能充电系统的初步研究[D].北京:中国农业 大学,2000. [5] 刘丹伟.智能模糊充电技术的研究[J].电工技术,2001,12 (4):22-26. [6] 李敬兆.基于模糊控制的轻型智能充电装置[J].煤炭科学 技术,2001,7(2):32-33. [7] 毛常亮,殳国华,张仕文.基于68HC08 MCU的智能充电器 的设计[J].电力电子技术,2007,4l(7):45-49. 图10 曲率小的曲面清角刀路 【上接第76页】 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。
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