CAN總線混合動力汽車電控系統的設計與實現
混合動力汽車是一種由內燃機和電動機混合驅動的汽車,其主要特點是節能、環保。這種汽車在起步時用電動機驅動,消除了內燃機起步時由于燃燒不充分而排黑煙的現象。在汽車減速或剎車時,利用發電機把動能轉化成電能,貯存到蓄電池中,實現能量回收達到節能的目的。由于這種汽車是內燃機和電動機兩種動力并存,僅用傳統的針對內燃機的電控系統無法實現兩種動力的最佳配合,因此開發混合動力車的全新電控系統是十分必要的.本文以一種電機并聯式混合動力汽車成功實現為背景,從系統角度介紹了混合動力汽車電控系統結構、功能及效果。
并聯式混合動力驅動結構簡介
并聯式混合動力汽車的驅動系統結構見圖1。發動機通過機械傳動裝置與驅動橋連接,電動機通過動力復合裝置也與驅動橋相連,汽車可由發動機和電動機共同驅動或各自單獨驅動。并聯式混合動力電動汽車的結構形式更像是附加了一個電動機驅動系統的普通內燃機汽車.電動機起“調峰”作用:當汽車運行工況所需的功率超過了發動機的功率時,電動機從電池取得電能產生電磁力矩,并向驅動橋提供額外的驅動功率.有的并聯式混合動力電動汽車也有發電機,但其主要作用是向電池充電,以保持電池的荷電狀態(SOC)。
圖1 并聯式混合驅動系統簡圖
電控系統結構設計
電控系統以國際業界先進的CAN總線作為通信媒介,以智能化的多能源管理單元為控制核心,以五個功能相對獨立的智能化節點(前艙傳感器單元、室內傳感器單元、電機驅動單元、電池管理單元及顯示單元)為輔助節點構成網絡控制系統。系統的結構框圖如圖2所示。多能源通過CAN總線獲得系統當前的狀態信息,并根據此狀態信息產生控制命令,亦通過總線將命令發送到發動機控制單元、電機驅動器使兩種動力相互配合,以發揮混合動力汽車節能和環保的目的。各單元(或稱節點)在本設計中的統一編號:N1為多能源控制單元;N2為電機驅動器單元;N3為前艙傳感器單元;N4為室內傳感器單元;N5為電池管理單元;N6為顯示單元。
圖2 電控系統結構
1)多能源管理單元
是整個系統的指揮中心,它由性能較高的微處理器為核心,配合大容量的程序和數據存存器及總線接口構成,由此它能對從總線上傳來的系統信息進行迅速處理,大容量的數據存儲器中存放了系統運行最佳狀態參數,這樣處理器就能及時并精確按控制策略對電機和發動機兩種動力進行最佳配合。當電控系統出現故障時,它會及時對故障進行處理,保證系統的安全運行。
2)發動機控制單元
由微處理器、程序和數據存儲器、D/A轉換電路、開關量接口及總線接口構成。它的功能是通過總線接收多能源管理單元發出的對發動機的命令,進行判斷處理后通過模擬量輸出及開關量輸出對發動機進行控制,其中主要包括對發動機的空然比、點火系統等在各種工況下的控制。另外,本單元還會將執行情況及其當前狀況(正常狀態還是故障狀態)及時通過總線想多能源進行報告。
3)電機驅動控制單元
由微處理器、程序和數據存儲器、D/A轉換、開關量接口及電機調速控制幾部分構成。它的功能是通過總線接收多能源的對電機的控制命令并及時執行,它主要控制電機的發電與電動狀態的切換、電機的轉速及輸出力矩的控制,通過總線向多能源管理單元報告電機的狀態如轉速、充電電流、放電電流及故障等狀態,當電機出現故障時能進行自處理以保證車輛的安全運行。
4)數據采集單元
由處理器、微處理器、程序和數據存儲器、開關量接口、A/D轉換、頻率變換及總線接口構成。其功能是準確且及時檢測車輛系統的各參數如:發動機轉速、車速、節氣門開度、剎車、水溫、真空度、擋位、空調狀態、鑰匙狀態、離合器狀態等,并通過總線傳送給多能源管理單元,多能源管理單元以此作為決策依據.另外,此數據也作為顯示單元進行顯示的依據,因此,此單元是整個系統的眼睛。
5)電池管理單元
本混合動力車采用鋰電池組,此電池組由40個電池串聯而成,每個電池正常工作電壓為3.6V,為保證系統的安全及電池的可靠工作,對每個電池都配備一以功能較簡單微處理器為核心的控制器,每個控制器對其所管理的電池的電壓、容量、溫度參數進行檢測并通過485 總線通知電池管理單元,同時控制器也對所管理的電池的充電及放電電流進行控制,防止電池過充和過放,以保證系統的安全.電池管理單元由較高級的微處理器和必要的外圍電路構成,本單元通過RS485總線與各電池的控制器進行通信,收集各電池的當前狀態參數(電壓、容量、溫度),并將這些信息進行處理后通過 CAN總線通知多能源管理單元,同時也會將電池組的SOC傳送到顯示單元進行顯示。
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