汽车异步集成启动/发电系统控制平台的设计与实现

李小霞

(湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001)

汽车异步集成启动/发电系统控制平台的设计与实现

李小霞

(湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001)

该文针对汽车异步集成起动/发电电源系统，采用一台异步电机兼作起动电机和发电电机两种用途，通过分析，对汽车异步集成起动/发电电源系统控制平台进行了软硬件设计，硬件以TMS320F2812为核心，设计完成了主控电路、外围电路、主功率电路与电源适配器，软件主要完成与上位机的通信及实现起动/发电双功能的控制。通过设计与调试，实验显示控制平台具有较强的通用性，除可用于汽车异步集成起动/发电电源系统外，还可在多种电机控制场合使用。

电动汽车；异步集成；发电系统；嵌入式系统

现代汽车技术的发展，越来越往低能耗、智能化、集成化发展，在这个过程中，许多配合的电子装备，集成设备在汽车系统中得到了广泛的应用。

本文针对汽车系统中启动电机和发电电机一直工作，处于高能耗的状态下，考虑采用一台异步电机实现兼作起动电机和发电电机两种用途，这样将大大较低能耗，对其原理进行了分析，在此基础上，完成了软硬件的设计和调试工作，经过测试，控制平台具有较强的通用性，能较好实现设计功能。

1 系统硬件框图及原理

系统的原理框图如图1所示。

图1 汽车异步电机集成起动/发电系统原理框图

系统由发动机、齿轮箱、异步电机、电力电子变换器、控制器、蓄电池和负载等组成。

为了设计先进的算法，设计采用高性能DSP芯片TMS320F2812进行硬件平台搭建，它内部集成了多种功能强大的外设模块，对电机控制简单方便。其整个系统的组成如图2所示。

图2 汽车异步电机集成起动/发电系统的组成

2 系统硬件设计

2.1 整体设计

根据控制平台的功能及对控制平台的设计要求，控制平台的总体设计框图如图3所示。

2.2 主要单元电路的设计

2.2.1 信号检测电路

电流通过霍尔电流传感器CSM040G进行检测。霍尔电流传感器的输出经精密电阻R1转换成电压信号后再连接一个电压跟随器OP-07以提高输出阻抗。如图4所示。

图3 控制平台总体设计框图

图4 A相电流检测电路

电压通过LM闭环霍尔电压传感器VSM025A来进行检测。同样传感器的输出经精密电阻R5转换成电压信号后再连接一个电压跟随器OP-07以提高输出阻抗。电压检测电路如图5所示。

图5 电压检测电路

2.2.2 A/D输入调理电路

A/D调理基准电源电路和A/D输入调理电路分别如图6、图7所示。图6为A/D调理基准电源电路，由TL084运放组成，通过外围电路的设计，最终实现交流向直流变换的功能，而且还能进行幅值调理，调理电路如图7所示，输出部分用二极管对调理后的物理量进行电压钳位保护，用电容进行低通滤波。

图6 A/D调理基准电源电路

图7 A/D输入调理电路

2.2.3 保护电路

在设计保护电路时，必须考虑如图4和如图5所示的电流检测和电压检测电路，由电流检测电路和电压检测电路提供需要设计的电压和电流的保护阈值，IPM的保护信号由模块内部直接产生，在电信号中，有交流和直流信号两种，直流信号可直接进行比较设置，而交流信号，在电路中设置了精密绝对值电路，实现交流到直流的转换。电路如图8所示。

图8 保护阀值调节电路

3 实现起动/发电控制策略的软件设计

准备采用直接转矩控制技术实现，起动/发电控制流程如图9所示。主要实现转速的检测，通过转速检测后，判断是否大于点火速，大于则发电运行，不大于则启动控制，直到转速大于点火速为止。

图9 起动/发电控制流程图

5 测评与结论

通过设计，对750W的异步电机采用VVVF控制策略在该控制平台空载运行时，电机电动运行状态良好，电机两相的电流波形如图10所示。

图10 750W异步电机采用VVVF控制策略空载运行时两相电流波形

[1]殷战稳,刘豪.电动汽车车载光伏充电系统的研究与设计[J].河南城建学院学报,2012,21(4)：57-59.

[2]申超群,王晓侃,孙忠良.电动汽车充电站智能监控系统研究与设计[J].华东电力,2011,39(6)：1000-1003.

[3]罗卓伟,胡泽春,宋永华,等.电动汽车充电负荷计算方法[J].电力系统自动化,2011,35(14)：36-40.

[4]蒋浩.电动汽车充电站谐波的抑制与消除[J].广东电力, 2010,23(8)：16-19.

[5]Q/CSG 11516.3-2010，电动汽车非车载充电机技术规范[S].

[6]Q/CSG 11516.32-2010，电动汽车充电站及充电桩技术规范[S].

[7]曹一家,谭益,黎灿兵,等.具有反向放电能力的电动汽车充电设施入网典型方案[J].电力系统自动化.2011,35(14)：48-51.

[8]张文亮,武斌,李武峰,等.我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J].电网技术,2009 33(4)：1-5.

[9]姚建歆,王媚,罗伟明.电动汽车充电系统建设应用分析研究[J].华北电力,2008,36(8)：107-110.

[10]MEHDIE,KENT C,JASON S.Rapid-charge electric-vehicle stations[J].IEEE Trans on Power Delivery,2010,25(3)：1883-1887.

Design and Implementation of the System of the Electric Vehicle Photovoltaic Charging

LI Xiao-xia
(Hunan Railway Professional Technology College,Zhuzhou 412001,China)

This paper integrated starter/generator power supply system for automobile using asynchronous,an asynchronous mo⁃tor as the starting two purposes,motor and generator through analysis,integrated starter/generator power supply system to con⁃trol the design of software and hardware platform of auto induction,the hardware with TMS320F2812 as the core,completed the design of the main control circuit and peripheral circuit,main power circuit and power supply.The software mainly completes the communication and control of starter/generator double function and PC.Through the design and debugging,the experi⁃ment shows that the control platform has a strong versatility,and can be used in various motor control situations besides the asyn⁃chronous integrated starter/generator power supply system.

Electric vehicle;asynchronous integration;power generation system;embedded system

TP334

A

1009-3044(2017)21-0213-02

2017-06-15

基金支持：湖南省教育厅科学研究项目(16C1048)