專利名稱：基于dsp的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及車輛控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DSP的電動汽車電機和超 級電容控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，節(jié)能環(huán)保成為汽車行業(yè)發(fā)展的新趨勢，尤其是電能驅(qū)動車輛的技術(shù)普遍得 到應(yīng)用。電能驅(qū)動車輛核心在于利用大功率磷酸鐵鋰電池儲存電能、驅(qū)動電機。但是現(xiàn)有的 技術(shù)存在如下問題車輛運行啟動時，電流大；當(dāng)車輛制動時，通過變頻控制器的控制，將 制動能回饋為電能，此時回饋電流很大；電池循環(huán)次數(shù)相對較多，每次制動均給電池充電。 而磷酸鐵鋰電池充放電電流均不宜過大，否則會導(dǎo)致電池壽命縮短，電池使用效率降低。超 級電容可以在短時間內(nèi)大電流充放電且可循環(huán)次數(shù)多，利用超級電容與大功率磷酸鐵鋰電 池構(gòu)成混合電能動力系統(tǒng)，可以發(fā)揮超級的均衡作用，降低電池的充放電電流，減少電池充 電次數(shù)，既提高電池壽命，又提高電動汽車的動力性和續(xù)駛里程。超級電容與大功率磷酸鐵鋰電池構(gòu)成混合電能動力系統(tǒng)，使用電池控制開關(guān)101 和超級電容控制開關(guān)102切換電池和電容，可使電池和超級電容分別通過變頻控制器5(即 電機驅(qū)動器)給交流電機供電，存在如下問題電池和超級電容特性不同，電壓不同，電池 控制開關(guān)101和超級電容控制開關(guān)102不能同時導(dǎo)通，電池和超級電容無法同時給電機供 電，超級電容的均衡作用不能充分發(fā)揮；開關(guān)101、開關(guān)102與電機別使用不同的控制器控 制(電機控制器4和直流電源控制器3)，控制的時鐘信號需要同步，控制精度不高；控制器 之間需要相互通訊，占用大量通訊資源；整個控制器結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本實用新型的目的是提供一種基于DSP的同時控 制電動車電機和超級電容控制系統(tǒng)，以進(jìn)一步發(fā)揮超級電容均衡作用，使電池電流更加平 穩(wěn)，提高電池壽命和制動能利用率；節(jié)省成本、簡化結(jié)構(gòu)和體積，提高控制精度；減小通訊 負(fù)荷，節(jié)省整車控制器的資源。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種基于DSP的同時控制電動車電機和超 級電容控制系統(tǒng)，包括大功率電池、超級電容、電機驅(qū)動器，其特征在于，還包括DSP控制電 路和DC-DC變換器，所述DC-DC變換器連接在所述大功率電池和所述超級電容之間，所述 電動汽車電機通過電機驅(qū)動器連接到所述大功率電池，所述DSP控制電路的輸出與所述 DC-DC變換器和所述電機驅(qū)動器相連接。作為優(yōu)選，所述DSP控制電路具體包括DSP,所述DSP包括模擬量輸入端、增量碼輸入端、第一 PWM輸出端和第二 PWM輸出 端；第一輸入緩沖電路，其輸入端接入所述電動汽車電機的編碼信號，輸出端連接所 述增量碼輸入端；[0009]第一輸出緩沖電路，其輸入端連接所述第一 PWM輸出端，輸出端連接所述電機驅(qū) 動器；第二輸出緩沖電路，其輸入端連接所述第二 PWM輸出端，輸出端連接所述DC-DC變 換器；所述模擬量輸入端接入所述電機驅(qū)動器、所述DC-DC變換器、所述大功率電池和 所述超級電容的反饋信號。作為優(yōu)選，所述DSP控制電路還包括第一 AD運放與比較電路，其輸入端接入所述電動汽車電機的三相電流信號、所述 電機驅(qū)動器的溫度信號，輸出端連接所述模擬量輸入端；第二 AD運放與比較電路，其輸入端接入所述超級電容的電壓信號和電流信號，輸 出端連接所述模擬量輸入端；第三AD運放與比較電路，其輸入端接入所述大功率電池的電壓信號和電流信號， 輸出端連接所述模擬量輸入端。作為優(yōu)選，所述第一輸出緩沖電路和第二輸出緩沖電路均具有使能端，所述第一 AD運放與比較電路、第二 AD運放與比較電路和第三AD運放與比較電路均具有控制信號輸 出端；所述第一 AD運放與比較電路的控制信號輸出端連接所述第一輸出緩沖電路的使能 端，用于當(dāng)所述電動汽車電機的三相電流信號和/或所述電機驅(qū)動器的溫度信號異常時封 鎖所述第一輸出緩沖電路的輸出；所述第二 AD運放與比較電路的控制信號輸出端連接所 述第二輸出緩沖電路的使能端，用于當(dāng)所述超級電容的電壓信號和/或電流信號異常時封 鎖所述第二輸出緩沖電路的輸出；所述第三AD運放與比較電路的控制信號輸出端與所述 第一輸出緩沖電路的使能端和所述第二輸出緩沖電路的使能端均連接，用于當(dāng)所述大功率 電池的電壓信號或電流信號異常時同時封鎖所述第一輸出緩沖電路的輸出和所述第二輸 出緩沖電路的輸出。作為優(yōu)選，所述大功率電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓高于超級電容標(biāo)準(zhǔn)高電壓，所述超級電容 的標(biāo)準(zhǔn)低電壓為100V，所述超級電容的標(biāo)準(zhǔn)高電壓為440V。作為優(yōu)選，所述DSP還用于當(dāng)汽車靜止且所述超級電容電壓小于標(biāo)準(zhǔn)高電壓時，控制所述DC-DC變換器以恒 定電流對所述超級電容進(jìn)行充電；當(dāng)汽車高速行使且所述超級電容的電壓大于標(biāo)準(zhǔn)低電壓時，控制所述DC-DC變換 器對所述超級電容進(jìn)行小電流放電；當(dāng)汽車啟動或加速且所述超級電容的電壓大于標(biāo)準(zhǔn)低電壓時，控制所述DC-DC變 換器對所述超級電容進(jìn)行放電，此時大功率電池以一預(yù)先設(shè)定的恒定電流放電；當(dāng)汽車制動且所述超級電容的電壓小于超級電容標(biāo)準(zhǔn)高電壓時，控制所述DC-DC 變換器對所述超級電容進(jìn)行大電流充電，此時大功率電池以小電流放電；當(dāng)汽車中速行使時，控制所述DC-DC變換器以小電流對超級電容充電或放電，此 時超級電容電量與汽車行使速度成正比。作為優(yōu)選，所述DSP還包括I/O端口，所述I/O端口通過光耦合器電路與外接接口 相連接。作為優(yōu)選，所述DSP還用于[0026]根據(jù)所述第三AD運放與比較電路接入的所述大功率電池的電壓信號和電流信 號，對所述電動汽車電機和所述DC-DC變換器分別進(jìn)行過壓或欠壓保護(hù)。作為優(yōu)選，所述DSP還包括CAN通訊接口，所述CAN通訊接口通過CAN總線通訊電 路與所述整車控制器相連接。作為優(yōu)選，所述DSP還包括SPI接口，所述SPI接口與存儲電路相連接。本實用新型的有益效果在于，使用DC-DC變換器對超級電容進(jìn)行精確充放電管理 控制，調(diào)整大功率電池放電電流，使電池電流更加平穩(wěn)，在制動能回收中只對超級電容進(jìn)行 充電，減少大功率電池充電次數(shù)，提高電池壽命，同時也使電能合理分配，進(jìn)而提高整車的 效率。用一個基于DSP的控制電路實現(xiàn)了同時控制電動汽車電機和超級電容，減少了一個 控制器，節(jié)省了成本，簡化了結(jié)構(gòu)和體積；只涉及一個時鐘信號，沒有同步問題，控制精度更 高；省去了多個控制器之間的相互通訊，減小了通訊負(fù)荷，節(jié)省了整車控制器的資源。對大 功率電池進(jìn)行檢測，在不同電壓時對所述電機和所述DC-DC變換器進(jìn)行過壓或欠壓保護(hù)， 提高了控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電動汽車電機和超級電容的控制系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本實用新型實施例的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)的原理 框圖；圖3是圖2中的DSP控制電路的原理框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的實施例。如圖2所示的本實施例的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)的原理框 圖，DC-DC變換器13連接在大功率電池11 (通常是標(biāo)準(zhǔn)電壓高于超級電容標(biāo)準(zhǔn)高電壓的磷 酸鐵鋰電池，比如標(biāo)準(zhǔn)電壓為600V)和超級電容131 (通常是標(biāo)準(zhǔn)電壓為100V 440V的 超級電容)之間，所述電機141通過電機驅(qū)動器14連接到所述大功率電池11，該控制系統(tǒng) 包括DSP控制電路2，該DSP控制電路2與整車控制器16相互通訊(例如CAN通訊)，所述 DSP控制電路2的輸出與所述DC-DC變換器13和所述電機驅(qū)動器14相連接，用于控制所 述DC-DC變換器13和所述電機驅(qū)動器14。DSP控制電路2可以根據(jù)需要進(jìn)行硬件和軟件 設(shè)計，可以有很多種具體不同的基于DSP的控制電路。本實施例中給出一種具體的DSP控 制電路2，如圖3所示，整個控制電路設(shè)置在控制板20上，所述DSP控制電路2具體包括DSP 21 (本實施例中以型號為TMS320F2812的DSP芯片為例)，所述DSP 21包括 模擬量輸入端、增量碼輸入端、第一 PWM輸出端和第二 PWM輸出端；第一輸入緩沖電路221，其輸入端接入所述電機的編碼信號(增量碼)，輸出端連 接所述增量碼輸入端，第一輸入緩沖電路221將5V信號降壓至DSP允許(兼容)的3.3V;第一輸出緩沖電路222，其輸入端連接所述第一 PWM輸出端，輸出端連接所述電機 驅(qū)動器14，第一輸出緩沖電路222將DSP 21的3. 3V信號升壓至通用的5V信號，將PWM信 號發(fā)送給電機驅(qū)動器14 (6路PWM信號)；第二輸出緩沖電路232，其輸入端連接所述第二 PWM輸出端，輸出端連接所述DC-DC變換器13，第二輸出緩沖電路232將DSP 21的3. 3V信號升壓至通用的5V信號，將 PWM信號發(fā)送給DC-DC變換器13 (1至4路PWM信號，假定本例電源使用升降壓電路實現(xiàn)，則 需要2路PWM控制信號)；所述模擬量輸入端接入所述電機驅(qū)動器14、所述DC-DC變換器13、所述大功率電 池11和所述超級電容131的各種反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)控制。第一 AD運放與比較電路223，其輸入端接入所述電機的三相電流信號(IA，IB, IC)、所述電機驅(qū)動器14的溫度信號(TIGBT)，輸出端連接所述AD端，電機驅(qū)動器14 一般會 包括IGBT驅(qū)動和IGBT驅(qū)動模塊，采集的溫度信號主要是IGBT模塊的溫度；第二 AD運放與比較電路233，其輸入端接入所述超級電容131的電壓信號(VDC_ EDLC)和電流信號(IDC_EDLC)，輸出端連接所述模擬量輸入端，本實施例中以標(biāo)準(zhǔn)電壓為 100V 440V的超級電容作為超級電容131進(jìn)行說明；第三AD運放與比較電路243，其輸入端接入所述大功率電池11的電壓信號(VDC_ PILE)和電流信號(IDC_PILE)，輸出端連接所述AD端。所述第一輸出緩沖電路222和第二輸出緩沖電路232均具有使能端，所述第一 AD 運放與比較電路223、第二 AD運放與比較電路233和第三AD運放與比較電路243均具有控 制信號輸出端(根據(jù)設(shè)置輸出高電平信號或低電平信號，比如接入信號正常時輸出低電平 信號，接入信號異常時輸出高電平信號)；所述第一 AD運放與比較電路223的控制信號輸 出端連接所述第一輸出緩沖電路222的使能端(使能端能夠封鎖輸出信號，比如使能端輸 入低電平信號時正常輸出，輸入高電平信號時封鎖輸出)，用于當(dāng)所述電機141的三相電流 信號和/或所述電機驅(qū)動器14的溫度信號異常時封鎖所述第一輸出緩沖電路222的輸出； 所述第二 AD運放與比較電路233的控制信號輸出端連接所述第二輸出緩沖電路232的使 能端，用于當(dāng)所述超級電容131的電壓信號和/或電流信號異常時封鎖所述第二輸出緩沖 電路232的輸出；所述第三AD運放與比較電路243的控制信號輸出端與所述第一輸出緩沖 電路222的使能端和所述第二輸出緩沖電路232的使能端均連接，用于當(dāng)所述大功率電池 11的電壓信號和/或電流信號異常時同時封鎖所述第一輸出緩沖電路222的輸出和所述第 二輸出緩沖電路232的輸出。通過控制信號輸出控制使能端，相當(dāng)于設(shè)置了硬件保護(hù)電路， 反饋信號出現(xiàn)異常時及時封鎖輸出。由于大功率電池11既給超級電容131供電，又給電機 141供電，因此它的電壓信號或電流信號異常時可能需要同時封鎖所述第一輸出緩沖電路 222的輸出和所述第二輸出緩沖電路232的輸出，例如，當(dāng)電壓超過電池標(biāo)準(zhǔn)電壓/2 電池 標(biāo)準(zhǔn)電壓的范圍時，封鎖第一輸出緩沖電路222的輸出；當(dāng)電壓超過電池標(biāo)準(zhǔn)電壓/3 電 池標(biāo)準(zhǔn)電壓的范圍時，封鎖第二輸出緩沖電路232的輸出；若電流超過設(shè)定值，則封鎖全部 第一、第二輸出緩沖電流，實現(xiàn)保護(hù)。當(dāng)然，硬件保護(hù)功能和控制功能可以通過軟件編程實 現(xiàn)。所述DSP 21還用于對超級電容131進(jìn)行精確充放電管理控制，在保證充電效率的 前提下，提高電池的壽命，同時也使電能合理分配，進(jìn)而提高整車的效率。根據(jù)第二 AD運放 與比較電路233采集到的超級電容131的反饋電壓進(jìn)行控制。如圖3所示，以超級電容131 的標(biāo)準(zhǔn)高電壓為440V，標(biāo)準(zhǔn)低電壓為100V為例(其他電壓原理相同)，當(dāng)電動汽車靜止，且所述超級電容131的電壓小于440V(標(biāo)準(zhǔn)高電壓)時，控制所 述DC-DC變換器13以恒定電流對所述超級電容進(jìn)行充電(通常電流值為電容最大電量C的十分之一)；當(dāng)汽車高速行駛(通常為80千米/小時)，且所述超級電容的電壓大于100V (標(biāo) 準(zhǔn)低電壓)時，控制DC-DC變換器對所述超級電容進(jìn)行恒流放電(通常電流值為當(dāng)前電容 剩余電量的2倍)。當(dāng)汽車啟動或加速，且所述超級電容的電壓大于100V(標(biāo)準(zhǔn)低電壓)時，控制 DC-DC變換器對所述超級電容進(jìn)行放電，大功率電池以一預(yù)先設(shè)定的恒定電流放電。當(dāng)汽車制動，且所述超級電容的電壓小于440V(標(biāo)準(zhǔn)高電壓)時，控制DC-DC變換 器對所述超級電容進(jìn)行大電流充電，大功率電池以小電流(小于大功率電池容量的百分之 一)放電。當(dāng)汽車中速行使(通常為10 60千米/小時)時，控制DC-DC變換器以小電流 對超級電容充電或放電，超級電容電量與汽車行使速度成正比，其公式如下，充電或放電電 流為超級電容欲調(diào)整電量的2倍。
當(dāng)前超級電容電量=超級 ^ 量χ汽車轉(zhuǎn)速+超級電容最小電量
80千米/小時 所述DSP 21還用于根據(jù)所述第三AD運放與比較電路243接入的所述大功率電池 的電壓信號和電流信號，參考電機141和DC-DC變換器13的工作范圍(允許范圍)，在不同 電壓時對所述電機和所述DC-DC變換器13進(jìn)行過壓或欠壓保護(hù)，以提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。所述DSP還包括IO接口端，所述IO接口端通過光耦合器電路25與外接接口相連 接，用于數(shù)字量的輸入輸出。所述DSP還包括CAN通訊接口，所述CAN通訊接口通過CAN總線通訊收發(fā)電路271 與所述整車控制器16相連接，保持相互通訊。所述DSP還包括SPI接口，所述SPI接口與存儲電路272相連接，用于存儲數(shù)據(jù)。電源電路26用于給整個DSP控制電路2供電。本實施例中，使用DC-DC變換器對超級電容進(jìn)行精確充放電管理控制，調(diào)整大功 率電池放電電流，使電池電流更加平穩(wěn)，在制動能回收中只對超級電容進(jìn)行充電，減少大功 率電池充電次數(shù)，提高電池壽命，同時也使電能合理分配，進(jìn)而提高整車的效率。用一個基 于DSP的控制電路同時控制電動汽車電機和超級電容DC-DC變換器，減少了 一個控制器，節(jié) 省了成本，簡化了結(jié)構(gòu)和體積；只涉及一個時鐘信號，沒有同步問題，控制精度更高；省去 了多個控制器之間的相互通訊，減小了通訊負(fù)荷，節(jié)省了整車控制器的資源。對大功率電池 進(jìn)行檢測，在不同電壓時對所述電機和所述DC-DC變換器進(jìn)行過壓或欠壓保護(hù)，提高了控 制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用于限制本實用新型，本實用新 型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本實用新型的實質(zhì)和保護(hù)范圍 內(nèi)，對本實用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本實用新 型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，包括大功率電池、超級電容、電 機驅(qū)動器，其特征在于，還包括DSP控制電路和DC-DC變換器，所述DC-DC變換器連接在所 述大功率電池和所述超級電容之間，所述電動汽車電機通過電機驅(qū)動器連接到所述大功率 電池，所述DSP控制電路的輸出與所述DC-DC變換器和所述電機驅(qū)動器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述DSP控制電路具體包括DSP,所述DSP包括模擬量輸入端、增量碼輸入端、第一 PWM輸出端和第二 PWM輸出端；第一輸入緩沖電路，其輸入端接入所述電動汽車電機的編碼信號，輸出端連接所述增 量碼輸入端；第一輸出緩沖電路，其輸入端連接所述第一 PWM輸出端，輸出端連接所述電機驅(qū)動器；第二輸出緩沖電路，其輸入端連接所述第二 PWM輸出端，輸出端連接所述DC-DC變換器；所述模擬量輸入端接入所述電機驅(qū)動器、所述DC-DC變換器、所述大功率電池和所述 超級電容的反饋信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述DSP控制電路還包括第一 AD運放與比較電路，其輸入端接入所述電動汽車電機的三相電流信號、所述電機 驅(qū)動器的溫度信號，輸出端連接所述模擬量輸入端；第二 AD運放與比較電路，其輸入端接入所述超級電容的電壓信號和電流信號，輸出端 連接所述模擬量輸入端；第三AD運放與比較電路，其輸入端接入所述大功率電池的電壓信號和電流信號，輸出 端連接所述模擬量輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一輸出緩沖電路和第二輸出緩沖電路均具有使能端，所述第一 AD運放與比較電路、 第二 AD運放與比較電路和第三AD運放與比較電路均具有控制信號輸出端；所述第一 AD 運放與比較電路的控制信號輸出端連接所述第一輸出緩沖電路的使能端，用于當(dāng)所述電動 汽車電機的三相電流信號和/或所述電機驅(qū)動器的溫度信號異常時封鎖所述第一輸出緩 沖電路的輸出；所述第二 AD運放與比較電路的控制信號輸出端連接所述第二輸出緩沖電 路的使能端，用于當(dāng)所述超級電容的電壓信號和/或電流信號異常時封鎖所述第二輸出緩 沖電路的輸出；所述第三AD運放與比較電路的控制信號輸出端與所述第一輸出緩沖電路 的使能端和所述第二輸出緩沖電路的使能端均連接，用于當(dāng)所述大功率電池的電壓信號和 /或電流信號異常時同時封鎖所述第一輸出緩沖電路的輸出和所述第二輸出緩沖電路的輸 出ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述大功率電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓高于超級電容標(biāo)準(zhǔn)高電壓，所述超級電容的標(biāo)準(zhǔn)低電壓為 100V，所述超級電容的標(biāo)準(zhǔn)高電壓為440V。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5之一所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述DSP還用于根據(jù)所述第三AD運放與比較電路接入的所述大功率電池的電壓信號和電流信號，對所述電動汽車電機和所述DC-DC變換器分別進(jìn)行過壓或欠壓保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述DSP還包括I/O端口，所述I/O端口通過光耦合器電路與外接接口相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述DSP還包括CAN通訊接口，所述CAN通訊接口通過CAN總線通訊電路與所述整車控制 器相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述DSP還包括SPI接口，所述SPI接口與存儲電路相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于DSP的電動汽車電機和超級電容控制系統(tǒng)，包括大功率電池、超級電容、電機驅(qū)動器、DSP控制電路和DC-DC變換器，DC-DC變換器連接在大功率電池和超級電容之間，電機通過電機驅(qū)動器連接到大功率電池，DSP控制電路的輸出與控制DC-DC變換器和電機驅(qū)動器相連接。本實用新型使用DSP控制電路實現(xiàn)了同時控制電機和超級電容，提高了整車效率；簡化了結(jié)構(gòu)和體積，提高了控制精度；省去多個控制器之間相互通訊，節(jié)省了成本。對電池和超級電容同時進(jìn)行精確充放電管理控制，提高了電池的壽命。對電池和超級電容進(jìn)行檢測，在不同電壓時對電機和超級電容過壓或欠壓保護(hù)，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
文檔編號B60L15/20GK201781330SQ20102018210
公開日2011年3月30日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者廖竹山 申請人:江蘇常隆客車有限公司