智能型电动汽车充电系统及其控制器的硬件设计.docx

1、智能型电动汽车充电系统及其控制器的硬件设计 摘要：针对当前我国电动汽车充电系统研究还比较欠缺的问题，结合当前以及未来电动汽车快速发展对电动汽车充电站的应用需求，本文对电动汽车充电系统的硬件设计进行深入的研究，开发出数字化、智能化、大功率的电动汽车充电系统的硬件设备，以推进对我国的电动汽车的发展和普及。 下载 关键词：电动汽车 充电系统 硬件设计 1.充电系统控制器回路的硬件设计 1.1 充电系统控制器回路的整体构成设计 本课题充电系统的控制单元选用 TI 公司的数字信号处理器 TMS320F2812为核心，通过对编程和外部电路的配合，实现电动汽车用蓄电池的充电控制。具体而言，系统控制器单元包括

2、如下部分： 1.1.1 控制器回路的 PWM 调制部分：在该部分中， TMS320F2812 根据设定的基准电流、电压值采样所得的实际电流、电压值，对实测值与基准值之间的误差信号进行 P（比例）、 I（积分）运算，得到电压反馈值，由 SPI DA 输出引脚的输出，该输出电压作为调制波与 PWM 专用模块 SG3525 的载波进行比较输出 PWM 信号 IGBT，以实现对充电端电压和电流的控制。 1.1.2 控制器回路的数据采样部分：通过霍尔电压、电流传感器以及滤波电路对充电侧的电流、电压信号加以处理，由 A/D采样电路进行数字采样。 1.1.3 控制器回路的现场通讯部分：该模块通过 RS 48

3、5 总线完成控制器与控制面板的通信。控制面板主要包括输入（键盘）和输出（ LCD 显示器）两部分。控制机键盘采用 4x4阵循环扫描键阵，用于输入基准电压、电流等参数；控制 器 LCD 显示器选用 VK65，可以为控制现场操作人员获得各种系统充电参数提供了良好的界面。 1.1.4 控制器回路的远程通讯部分：通过 CAN2.0 控制器与上位机 BMS 进行通信，以获取系统开机命令、系统紧急停机指令、系统电池组状态信息；系统充电过程中的基准电压、电流值实时回传到智 CAN总线上并交由上位机BMS 显示。 1.2 智能型电动汽车充电系统控制器回路的硬件设计模块 控制器回路的硬件设计内容包括 SPI-D

4、A 电压输出电路的设计、 PWM 产生电路的设计、 IGBT 的驱动电路设计等具体硬件 设计模块。 1.2.1 SPI-DA 电压输出电路设计。 对 SPI-DA 电压输出电路的设计， TMS320F2812 根据设定的基准电流、电压值以及采样所得的实际电流和控制器回路的电压值，对实测值与基准值之间的误差信号通过 PI（比例、积分）运算，得到反馈值，该反馈值由TMS320F2812SPX模块配合 TLV5626芯片通过电压信号模拟输出，并作为 PWM专用模块的调制波比较产生控制器回路的 PWM 信号。 TMS320F2812 在控制器回路的引脚 SPISIMO 上将数据输出，与之相对应的是 T

5、LC5620I 的 DIN 数据接收引脚； TLC5626 的 CLK 引脚与 DSP 的 SPICLK 引脚相对应，二者共用串行时钟。 1.2.2 PWM 产生电路的设计。 考虑到 DSP 的开销比较大， PWM 信号没有通过 DSP 的 EV 模块实现，而是采用性能优异的专用模块 SG3525A。因此，课题对 PWM 产生电路采用了DSP+SG3525A 的方案设计，以优化智系统的性能。 SG3525A 是电压型 PWM 集成控制器，外接元器件少，性能好。 PWM 产生电路的 SG3525A 有两路驱动输出， OUT-A 与 OUT-B 反向输出，可设置死区时间 。其主要特性包括：回路的外

6、同步、制器回路的软启动功能；死区调节、控制器回路的欠压锁定功能；误差放大以及关闭输出驱动信号等功能。路输出级采用推挽式电路结构，关断速度快，输出电流为 400mA ； PWM 产生电路可提供精密度为5V1% 的基准电压； PWM 产生电路开关频率范围 100Hz-400KHz。 PWM 产生电路内部结构主要包括 PWM 产生电路基准电压源、 PWM 产生电路欠压锁定电路、 PWM 产生电路锯齿波振荡器、 PWM 产生电路误差放大器等。 1.2.3 IGBT 的驱动电路设计。 在 IGBT 的驱动电路设计中，功率 IGBT 是控制器回路的电压驱动元件，具有一个 3-6V 的闭值电压，有一个较大的

7、容性输入阻抗，对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠， IGBT 开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路性能的变化而变化，驱动电路性能直接决定 IGBT 能否正常工作。 IGBT常采用栅极驱动，与其他自关断器件一样， IGBT 对控制器回路的驱动电路也有一些特殊要求。本课题对 IGBT 的驱动电路的设计要求其满足如下两个功能：一是实现控制电路与被驱动 IGBT 栅极的电隔离；二是为系统提供合适的栅极驱动脉冲。 IGBT 的驱动电路 很多，主要为分控制器回路的立元件搭成的驱动电路，这种电路简单、廉价。而专用集成驱动电路保护功能完善、性能稳定，但专用集成驱动电路价格稍贵些。本课题对控制器回路的IG

8、BT 的驱动电路的设计，选用 EXB841。 EXB841 是日本富士公司生产的混合集成电路，能驱动高达 400A 的 600V IGBT 和高达 300A 的 1200V IGBT，模块功能较完善，具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性，是一种比较典型的驱动电路。 2.充电系统控制面板的硬件设计 2.1 充电系统控制器面板电路的总体 设计 充电系统控制面板是集键盘控制、 LCD 显示、 RS-485 通信为一体。在一些智能化仪表中，人机接口通常是 LED显示器和小型键盘。控制器面板系统常见的工作方式有两种：一是直接 CPU对显示器进行动态扫描和键盘检测，为保证系统显示的稳定和

9、键盘的及时响应， CPU 需要频繁地执行动态扫描程序，显然在系统 CPU工作比较繁忙的情况下不太适用；二是专用的系统显示、键盘芯片如 8279， SAA1064 等，这些芯片由于种种原因在实际应用中总有不便之处，如可显示的位数均较少，价格较高等。 2.2 汽车充电系统控 制器面板的键盘电路设计 汽车充电系统控制器面板的键盘电路设计中，本课题选择用 4 行 4 列矩阵式键盘。 4 行 4 列矩阵式键盘能够用于实现控制面板系统中的数据和控制命令的输入，控制面板键盘输入也是单片机应用系统中使用最广泛的一种输入方式。控制面板键盘输入的主要对象是各种按键或开关。这些控制面板的按键或者控制面板的开关可以独

10、立使用，也可以组合成键阵使用。 2.3 汽车充电系统控制器面板的液晶电路设计 在控制器面板的液晶电路设计方面，本课题选用了一款最新式的工业级控制器面板的 LCD 液晶电路一一 VK65 智能型液晶，作为控制器面板的人机交互界面。控制器面板的人机交互界面具有显示稳定可靠，抗强电磁干扰的特点。控制器面板的人机交互界面带有国家二级汉字库，避免了烦琐的点阵操作，只需使用简单的命令就可显示出汉字、字符和一些规则图形。控制器面板的人机交互界面显示器可显示 8种颜色，分别为：黑、蓝、绿、青、红、粉、黄、白，只需用软件命令即可以选用不同的颜色作为字体颜色或背景颜色。 参考文献 张文亮，武斌，李武峰，等 .我国

11、纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨 .电网技术， 2009， 33（ 4）： 1-5 欧阳明高 .我国节能与新能源汽车发展战略与对策 .汽车工程， 2006， 28 （ 4）： 317-321 李竟成 .电动汽车智能充电站研究与开发 D.杭州：浙江大学， 2006 4 章异辉 .基于现有监控系统的蓄电池精确监控与故障预测方法 J.通信电源技术， 2008， 25（ 2）： 84-86 王健，姜久春 .电动汽车充电站信息管理系统的设计与实现 J.微计算机信息， 2006， 22（ 5-3）： 16-17 胡玉祥 .大功率蓄电池组运行状况监测 J.微计算机信 息， 2006， 2 （ 2）： 232-234 王云艳，姜久春，牛利勇 .电动汽车充电站管理系统 J.微机发展，2005， 15（ 11）： 57-59