专利名称：基于dsp的电动汽车电机和超级电容控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种基于DSP的电动汽车电机和超 级电容控制系统。
背景技术：
目前，节能环保成为汽车行业发展的新趋势，尤其是电能驱动车辆的技术普遍得 到应用。电能驱动车辆核心在于利用大功率磷酸铁锂电池储存电能、驱动电机。但是现有的 技术存在如下问题车辆运行启动时，电流大；当车辆制动时，通过变频控制器的控制，将 制动能回馈为电能，此时回馈电流很大；电池循环次数相对较多，每次制动均给电池充电。 而磷酸铁锂电池充放电电流均不宜过大，否则会导致电池寿命缩短，电池使用效率降低。超 级电容可以在短时间内大电流充放电且可循环次数多，利用超级电容与大功率磷酸铁锂电 池构成混合电能动力系统，可以发挥超级的均衡作用，降低电池的充放电电流，减少电池充 电次数，既提高电池寿命，又提高电动汽车的动力性和续驶里程。超级电容与大功率磷酸铁锂电池构成混合电能动力系统，使用电池控制开关101 和超级电容控制开关102切换电池和电容，可使电池和超级电容分别通过变频控制器5(即 电机驱动器)给交流电机供电，存在如下问题电池和超级电容特性不同，电压不同，电池 控制开关101和超级电容控制开关102不能同时导通，电池和超级电容无法同时给电机供 电，超级电容的均衡作用不能充分发挥；开关101、开关102与电机别使用不同的控制器控 制(电机控制器4和直流电源控制器3)，控制的时钟信号需要同步，控制精度不高；控制器 之间需要相互通讯，占用大量通讯资源；整个控制器结构也较为复杂。
实用新型内容为了解决现有技术的上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于DSP的同时控 制电动车电机和超级电容控制系统，以进一步发挥超级电容均衡作用，使电池电流更加平 稳，提高电池寿命和制动能利用率；节省成本、简化结构和体积，提高控制精度；减小通讯 负荷，节省整车控制器的资源。为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于DSP的同时控制电动车电机和超 级电容控制系统，包括大功率电池、超级电容、电机驱动器，其特征在于，还包括DSP控制电 路和DC-DC变换器，所述DC-DC变换器连接在所述大功率电池和所述超级电容之间，所述 电动汽车电机通过电机驱动器连接到所述大功率电池，所述DSP控制电路的输出与所述 DC-DC变换器和所述电机驱动器相连接。作为优选，所述DSP控制电路具体包括DSP,所述DSP包括模拟量输入端、增量码输入端、第一 PWM输出端和第二 PWM输出 端；第一输入缓冲电路，其输入端接入所述电动汽车电机的编码信号，输出端连接所 述增量码输入端；[0009]第一输出缓冲电路，其输入端连接所述第一 PWM输出端，输出端连接所述电机驱 动器；第二输出缓冲电路，其输入端连接所述第二 PWM输出端，输出端连接所述DC-DC变 换器；所述模拟量输入端接入所述电机驱动器、所述DC-DC变换器、所述大功率电池和 所述超级电容的反馈信号。作为优选，所述DSP控制电路还包括第一 AD运放与比较电路，其输入端接入所述电动汽车电机的三相电流信号、所述 电机驱动器的温度信号，输出端连接所述模拟量输入端；第二 AD运放与比较电路，其输入端接入所述超级电容的电压信号和电流信号，输 出端连接所述模拟量输入端；第三AD运放与比较电路，其输入端接入所述大功率电池的电压信号和电流信号， 输出端连接所述模拟量输入端。作为优选，所述第一输出缓冲电路和第二输出缓冲电路均具有使能端，所述第一 AD运放与比较电路、第二 AD运放与比较电路和第三AD运放与比较电路均具有控制信号输 出端；所述第一 AD运放与比较电路的控制信号输出端连接所述第一输出缓冲电路的使能 端，用于当所述电动汽车电机的三相电流信号和/或所述电机驱动器的温度信号异常时封 锁所述第一输出缓冲电路的输出；所述第二 AD运放与比较电路的控制信号输出端连接所 述第二输出缓冲电路的使能端，用于当所述超级电容的电压信号和/或电流信号异常时封 锁所述第二输出缓冲电路的输出；所述第三AD运放与比较电路的控制信号输出端与所述 第一输出缓冲电路的使能端和所述第二输出缓冲电路的使能端均连接，用于当所述大功率 电池的电压信号或电流信号异常时同时封锁所述第一输出缓冲电路的输出和所述第二输 出缓冲电路的输出。作为优选，所述大功率电池的标准电压高于超级电容标准高电压，所述超级电容 的标准低电压为100V，所述超级电容的标准高电压为440V。作为优选，所述DSP还用于当汽车静止且所述超级电容电压小于标准高电压时，控制所述DC-DC变换器以恒 定电流对所述超级电容进行充电；当汽车高速行使且所述超级电容的电压大于标准低电压时，控制所述DC-DC变换 器对所述超级电容进行小电流放电；当汽车启动或加速且所述超级电容的电压大于标准低电压时，控制所述DC-DC变 换器对所述超级电容进行放电，此时大功率电池以一预先设定的恒定电流放电；当汽车制动且所述超级电容的电压小于超级电容标准高电压时，控制所述DC-DC 变换器对所述超级电容进行大电流充电，此时大功率电池以小电流放电；当汽车中速行使时，控制所述DC-DC变换器以小电流对超级电容充电或放电，此 时超级电容电量与汽车行使速度成正比。作为优选，所述DSP还包括I/O端口，所述I/O端口通过光耦合器电路与外接接口 相连接。作为优选，所述DSP还用于[0026]根据所述第三AD运放与比较电路接入的所述大功率电池的电压信号和电流信 号，对所述电动汽车电机和所述DC-DC变换器分别进行过压或欠压保护。作为优选，所述DSP还包括CAN通讯接口，所述CAN通讯接口通过CAN总线通讯电 路与所述整车控制器相连接。作为优选，所述DSP还包括SPI接口，所述SPI接口与存储电路相连接。本实用新型的有益效果在于，使用DC-DC变换器对超级电容进行精确充放电管理 控制，调整大功率电池放电电流，使电池电流更加平稳，在制动能回收中只对超级电容进行 充电，减少大功率电池充电次数，提高电池寿命，同时也使电能合理分配，进而提高整车的 效率。用一个基于DSP的控制电路实现了同时控制电动汽车电机和超级电容，减少了一个 控制器，节省了成本，简化了结构和体积；只涉及一个时钟信号，没有同步问题，控制精度更 高；省去了多个控制器之间的相互通讯，减小了通讯负荷，节省了整车控制器的资源。对大 功率电池进行检测，在不同电压时对所述电机和所述DC-DC变换器进行过压或欠压保护， 提高了控制系统的可靠性和灵活性。
图1是现有技术的电动汽车电机和超级电容的控制系统的原理框图；图2是本实用新型实施例的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统的原理 框图；图3是图2中的DSP控制电路的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的实施例。如图2所示的本实施例的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统的原理框 图，DC-DC变换器13连接在大功率电池11 (通常是标准电压高于超级电容标准高电压的磷 酸铁锂电池，比如标准电压为600V)和超级电容131 (通常是标准电压为100V 440V的 超级电容)之间，所述电机141通过电机驱动器14连接到所述大功率电池11，该控制系统 包括DSP控制电路2，该DSP控制电路2与整车控制器16相互通讯(例如CAN通讯)，所述 DSP控制电路2的输出与所述DC-DC变换器13和所述电机驱动器14相连接，用于控制所 述DC-DC变换器13和所述电机驱动器14。DSP控制电路2可以根据需要进行硬件和软件 设计，可以有很多种具体不同的基于DSP的控制电路。本实施例中给出一种具体的DSP控 制电路2，如图3所示，整个控制电路设置在控制板20上，所述DSP控制电路2具体包括DSP 21 (本实施例中以型号为TMS320F2812的DSP芯片为例)，所述DSP 21包括 模拟量输入端、增量码输入端、第一 PWM输出端和第二 PWM输出端；第一输入缓冲电路221，其输入端接入所述电机的编码信号(增量码)，输出端连 接所述增量码输入端，第一输入缓冲电路221将5V信号降压至DSP允许(兼容)的3.3V;第一输出缓冲电路222，其输入端连接所述第一 PWM输出端，输出端连接所述电机 驱动器14，第一输出缓冲电路222将DSP 21的3. 3V信号升压至通用的5V信号，将PWM信 号发送给电机驱动器14 (6路PWM信号)；第二输出缓冲电路232，其输入端连接所述第二 PWM输出端，输出端连接所述DC-DC变换器13，第二输出缓冲电路232将DSP 21的3. 3V信号升压至通用的5V信号，将 PWM信号发送给DC-DC变换器13 (1至4路PWM信号，假定本例电源使用升降压电路实现，则 需要2路PWM控制信号)；所述模拟量输入端接入所述电机驱动器14、所述DC-DC变换器13、所述大功率电 池11和所述超级电容131的各种反馈信号，构成闭环控制。第一 AD运放与比较电路223，其输入端接入所述电机的三相电流信号(IA，IB, IC)、所述电机驱动器14的温度信号(TIGBT)，输出端连接所述AD端，电机驱动器14 一般会 包括IGBT驱动和IGBT驱动模块，采集的温度信号主要是IGBT模块的温度；第二 AD运放与比较电路233，其输入端接入所述超级电容131的电压信号(VDC_ EDLC)和电流信号(IDC_EDLC)，输出端连接所述模拟量输入端，本实施例中以标准电压为 100V 440V的超级电容作为超级电容131进行说明；第三AD运放与比较电路243，其输入端接入所述大功率电池11的电压信号(VDC_ PILE)和电流信号(IDC_PILE)，输出端连接所述AD端。所述第一输出缓冲电路222和第二输出缓冲电路232均具有使能端，所述第一 AD 运放与比较电路223、第二 AD运放与比较电路233和第三AD运放与比较电路243均具有控 制信号输出端(根据设置输出高电平信号或低电平信号，比如接入信号正常时输出低电平 信号，接入信号异常时输出高电平信号)；所述第一 AD运放与比较电路223的控制信号输 出端连接所述第一输出缓冲电路222的使能端(使能端能够封锁输出信号，比如使能端输 入低电平信号时正常输出，输入高电平信号时封锁输出)，用于当所述电机141的三相电流 信号和/或所述电机驱动器14的温度信号异常时封锁所述第一输出缓冲电路222的输出； 所述第二 AD运放与比较电路233的控制信号输出端连接所述第二输出缓冲电路232的使 能端，用于当所述超级电容131的电压信号和/或电流信号异常时封锁所述第二输出缓冲 电路232的输出；所述第三AD运放与比较电路243的控制信号输出端与所述第一输出缓冲 电路222的使能端和所述第二输出缓冲电路232的使能端均连接，用于当所述大功率电池 11的电压信号和/或电流信号异常时同时封锁所述第一输出缓冲电路222的输出和所述第 二输出缓冲电路232的输出。通过控制信号输出控制使能端，相当于设置了硬件保护电路， 反馈信号出现异常时及时封锁输出。由于大功率电池11既给超级电容131供电，又给电机 141供电，因此它的电压信号或电流信号异常时可能需要同时封锁所述第一输出缓冲电路 222的输出和所述第二输出缓冲电路232的输出，例如，当电压超过电池标准电压/2 电池 标准电压的范围时，封锁第一输出缓冲电路222的输出；当电压超过电池标准电压/3 电 池标准电压的范围时，封锁第二输出缓冲电路232的输出；若电流超过设定值，则封锁全部 第一、第二输出缓冲电流，实现保护。当然，硬件保护功能和控制功能可以通过软件编程实 现。所述DSP 21还用于对超级电容131进行精确充放电管理控制，在保证充电效率的 前提下，提高电池的寿命，同时也使电能合理分配，进而提高整车的效率。根据第二 AD运放 与比较电路233采集到的超级电容131的反馈电压进行控制。如图3所示，以超级电容131 的标准高电压为440V，标准低电压为100V为例(其他电压原理相同)，当电动汽车静止，且所述超级电容131的电压小于440V(标准高电压)时，控制所 述DC-DC变换器13以恒定电流对所述超级电容进行充电(通常电流值为电容最大电量C的十分之一)；当汽车高速行驶(通常为80千米/小时)，且所述超级电容的电压大于100V (标 准低电压)时，控制DC-DC变换器对所述超级电容进行恒流放电(通常电流值为当前电容 剩余电量的2倍)。当汽车启动或加速，且所述超级电容的电压大于100V(标准低电压)时，控制 DC-DC变换器对所述超级电容进行放电，大功率电池以一预先设定的恒定电流放电。当汽车制动，且所述超级电容的电压小于440V(标准高电压)时，控制DC-DC变换 器对所述超级电容进行大电流充电，大功率电池以小电流(小于大功率电池容量的百分之 一)放电。当汽车中速行使(通常为10 60千米/小时)时，控制DC-DC变换器以小电流 对超级电容充电或放电，超级电容电量与汽车行使速度成正比，其公式如下，充电或放电电 流为超级电容欲调整电量的2倍。
当前超级电容电量=超级 ^ 量χ汽车转速+超级电容最小电量
80千米/小时 所述DSP 21还用于根据所述第三AD运放与比较电路243接入的所述大功率电池 的电压信号和电流信号，参考电机141和DC-DC变换器13的工作范围(允许范围)，在不同 电压时对所述电机和所述DC-DC变换器13进行过压或欠压保护，以提高系统的可靠性和灵活性。所述DSP还包括IO接口端，所述IO接口端通过光耦合器电路25与外接接口相连 接，用于数字量的输入输出。所述DSP还包括CAN通讯接口，所述CAN通讯接口通过CAN总线通讯收发电路271 与所述整车控制器16相连接，保持相互通讯。所述DSP还包括SPI接口，所述SPI接口与存储电路272相连接，用于存储数据。电源电路26用于给整个DSP控制电路2供电。本实施例中，使用DC-DC变换器对超级电容进行精确充放电管理控制，调整大功 率电池放电电流，使电池电流更加平稳，在制动能回收中只对超级电容进行充电，减少大功 率电池充电次数，提高电池寿命，同时也使电能合理分配，进而提高整车的效率。用一个基 于DSP的控制电路同时控制电动汽车电机和超级电容DC-DC变换器，减少了 一个控制器，节 省了成本，简化了结构和体积；只涉及一个时钟信号，没有同步问题，控制精度更高；省去 了多个控制器之间的相互通讯，减小了通讯负荷，节省了整车控制器的资源。对大功率电池 进行检测，在不同电压时对所述电机和所述DC-DC变换器进行过压或欠压保护，提高了控 制系统的可靠性和灵活性。以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新 型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围 内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新 型的保护范围内。
权利要求1.一种基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，包括大功率电池、超级电容、电 机驱动器，其特征在于，还包括DSP控制电路和DC-DC变换器，所述DC-DC变换器连接在所 述大功率电池和所述超级电容之间，所述电动汽车电机通过电机驱动器连接到所述大功率 电池，所述DSP控制电路的输出与所述DC-DC变换器和所述电机驱动器相连接。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在于， 所述DSP控制电路具体包括DSP,所述DSP包括模拟量输入端、增量码输入端、第一 PWM输出端和第二 PWM输出端；第一输入缓冲电路，其输入端接入所述电动汽车电机的编码信号，输出端连接所述增 量码输入端；第一输出缓冲电路，其输入端连接所述第一 PWM输出端，输出端连接所述电机驱动器；第二输出缓冲电路，其输入端连接所述第二 PWM输出端，输出端连接所述DC-DC变换器；所述模拟量输入端接入所述电机驱动器、所述DC-DC变换器、所述大功率电池和所述 超级电容的反馈信号。
3.根据权利要求2所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在于， 所述DSP控制电路还包括第一 AD运放与比较电路，其输入端接入所述电动汽车电机的三相电流信号、所述电机 驱动器的温度信号，输出端连接所述模拟量输入端；第二 AD运放与比较电路，其输入端接入所述超级电容的电压信号和电流信号，输出端 连接所述模拟量输入端；第三AD运放与比较电路，其输入端接入所述大功率电池的电压信号和电流信号，输出 端连接所述模拟量输入端。
4.根据权利要求3所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在于， 所述第一输出缓冲电路和第二输出缓冲电路均具有使能端，所述第一 AD运放与比较电路、 第二 AD运放与比较电路和第三AD运放与比较电路均具有控制信号输出端；所述第一 AD 运放与比较电路的控制信号输出端连接所述第一输出缓冲电路的使能端，用于当所述电动 汽车电机的三相电流信号和/或所述电机驱动器的温度信号异常时封锁所述第一输出缓 冲电路的输出；所述第二 AD运放与比较电路的控制信号输出端连接所述第二输出缓冲电 路的使能端，用于当所述超级电容的电压信号和/或电流信号异常时封锁所述第二输出缓 冲电路的输出；所述第三AD运放与比较电路的控制信号输出端与所述第一输出缓冲电路 的使能端和所述第二输出缓冲电路的使能端均连接，用于当所述大功率电池的电压信号和 /或电流信号异常时同时封锁所述第一输出缓冲电路的输出和所述第二输出缓冲电路的输 出ο
5.根据权利要求4所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在 于，所述大功率电池的标准电压高于超级电容标准高电压，所述超级电容的标准低电压为 100V，所述超级电容的标准高电压为440V。
6.根据权利要求2至5之一所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其 特征在于，所述DSP还用于根据所述第三AD运放与比较电路接入的所述大功率电池的电压信号和电流信号，对所述电动汽车电机和所述DC-DC变换器分别进行过压或欠压保护。
7.根据权利要求2所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在于， 所述DSP还包括I/O端口，所述I/O端口通过光耦合器电路与外接接口相连接。
8.根据权利要求2所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在于， 所述DSP还包括CAN通讯接口，所述CAN通讯接口通过CAN总线通讯电路与所述整车控制 器相连接。
9.根据权利要求2所述的基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，其特征在于， 所述DSP还包括SPI接口，所述SPI接口与存储电路相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于DSP的电动汽车电机和超级电容控制系统，包括大功率电池、超级电容、电机驱动器、DSP控制电路和DC-DC变换器，DC-DC变换器连接在大功率电池和超级电容之间，电机通过电机驱动器连接到大功率电池，DSP控制电路的输出与控制DC-DC变换器和电机驱动器相连接。本实用新型使用DSP控制电路实现了同时控制电机和超级电容，提高了整车效率；简化了结构和体积，提高了控制精度；省去多个控制器之间相互通讯，节省了成本。对电池和超级电容同时进行精确充放电管理控制，提高了电池的寿命。对电池和超级电容进行检测，在不同电压时对电机和超级电容过压或欠压保护，提高了控制系统的可靠性和灵活性。
文档编号B60L15/20GK201781330SQ20102018210
公开日2011年3月30日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者廖竹山 申请人:江苏常隆客车有限公司