一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器。本發(fā)明中的微控制器MCU利用自身功能端口，通過ICE負荷調整電路檢測和控制內燃機ICE，通過ISG整流與逆變電路檢測和控制起動發(fā)電一體機ISG工作；通過蓄電池SOC、驅動需求功率檢測電路讀取當前蓄電池充放電狀態(tài)、驅動電機及其控制器放電狀態(tài)；通過雙向DC/DC電路調整增程器和蓄電池兩端電壓比，優(yōu)化增程器內燃機運行工況；控制器電源調整電路為控制器中各模塊提供所需工作電源。本發(fā)明可根據(jù)當前蓄電池的剩余電量水平和整車驅動需求功率起停增程器、調整增程器輸出功率和運行工況、協(xié)調蓄電池充放電管理，在整車能量管理上實施最優(yōu)控制。
【專利說明】—種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，用于管理增程式電動車的內燃發(fā)電及蓄電池復合能源系統(tǒng)，協(xié)調控制增程器運行及蓄電池充放電管理。

【背景技術】
[0002]增程式電動車通過在純電動車上匹配增程系統(tǒng)，一定程度上解決了傳統(tǒng)純電動車存在的蓄電池容量小、續(xù)航里程短、充電不方便等問題。現(xiàn)有增程式電動車一般采用內燃發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池直接耦合方式，蓄電池虧電情況下利用內燃發(fā)電直接給車輛供電及蓄電池充電。盡管結構簡單、增程效果明顯，但內燃發(fā)電增程系統(tǒng)內燃機工況(包括轉速和負荷)無法根據(jù)電氣和充電負載變化靈活調節(jié)以保證較佳的燃油經濟性和排放特性；蓄電池充放電不便控制，影響電池壽命；無法實施復雜的保證系統(tǒng)工作最優(yōu)的協(xié)調內燃發(fā)電增程器和蓄電池充放電能量管理算法。設計和開發(fā)一種兼顧續(xù)航里程、蓄電池高效充放電管理、內燃發(fā)電增程器工作效率及排放性能的增程式電動車整車能源管理控制器對改善電動車的實用性和節(jié)能減排具有重要意義。
[0003]


【發(fā)明內容】

本發(fā)明針對傳統(tǒng)內燃發(fā)電增程式電動車增程器和蓄電池充放電之間協(xié)調控制問題，提出了一種用于增程式電動車的整車能量管理控制器，可根據(jù)當前蓄電池的剩余電量水平和整車驅動需求功率起停增程器、調整增程器輸出功率和運行工況、協(xié)調蓄電池充放電管理，在整車能量管理上實施最優(yōu)控制。
[0004]本發(fā)明所述一種用于增程式電動車的整車能量管理控制器主要包括以下幾個模塊:增程器內燃機ICE負荷調整電路，增程器起動發(fā)電一體機ISG整流和逆變電路，蓄電池S0C、整車驅動需求功率檢測電路，雙向DC/DC電路，控制器電源調整電路以及微控制器MCU最小系統(tǒng)。微控制器MCU利用自身功能端口，通過ICE負荷調整電路和ISG整流與逆變電路分別檢測和控制內燃機ICE和起動發(fā)電一體機ISG工作；通過蓄電池S0C、驅動需求功率檢測電路讀取當前蓄電池充放電狀態(tài)、驅動電機及其控制器放電狀態(tài)；通過雙向DC/DC電路調整增程器和蓄電池兩端電壓比，優(yōu)化增程器內燃機運行工況；控制器電源調整電路為控制器中各模塊提供所需工作電源。
[0005]所述的ICE負荷調整電路由MCU通過晶體管陣列芯片ULN2003以雙四拍模式控制步進電機轉動，進而改變與其機械相連的ICE節(jié)氣門開度。本發(fā)明增程器所采用的內燃機為小型化油器式、電控節(jié)氣門汽油機，通過調整節(jié)氣門開度即可改變內燃機負荷。
[0006]所述的ISG整流和逆變電路主要用于實現(xiàn)增程器啟動時ISG電機電源直流電壓的逆變以及增程器起動后ISG電機輸出電壓的三相整流。三相六個高低邊MOS管組成全橋逆變電路，MCU通過IR2130驅動芯片控制逆變電路工作；利用逆變電路MOS管并聯(lián)的整流二極管組成ISG輸出三相整流電路。
[0007]所述的蓄電池S0C、驅動需求功率檢測電路包括檢壓和檢流電路，用于檢測蓄電池充放電狀態(tài)、驅動電機及控制器放電狀態(tài)，方便MCU計算蓄電池剩余電量及整車需求功率。檢壓電路通過分壓法搭建；檢流電路以取樣電阻為傳感器，利用LM258運放芯片搭建信號放大電路輸入MCU。
[0008]所述的雙向DC/DC電路屬于非隔離BUCK-B00ST級聯(lián)型雙向DC/DC電路，MCU通過2塊IR2101搭建BUCK-B00ST兩個半橋驅動。雙向DC/DC電路將蓄電池(VBATT)與ISG電機電源(VISG)進行了分離，通過雙向BOOST升壓功能實現(xiàn)增程器的快速起動以及增程模式下的增程器內燃機運行工況調節(jié)。
[0009]所述的控制器電源調整電路由DC/DC電源和相應調穩(wěn)壓模塊組成，主要用于為控制器中各個模塊提供所需工作電源。蓄電池電源VBATT通過WD648D12電源DC/DC模塊實現(xiàn)蓄電池電源到±12V轉變，±12V電源再通過由78L05和79L05組成的三端穩(wěn)壓電路得到控制器所需的±5V。
[0010]所述的微控制器MCU最小系統(tǒng)是MCU正常工作所需的基本電路，包括各模塊電源供給電路、外部晶振電路、復位電路及BDM背景調試電路.本發(fā)明的有益效果:
1.將ISG整流與逆變電路通過雙向DC/DC與蓄電池電源并聯(lián)。在增程器起動時，雙向DC/DC通過BOOST可以抬高蓄電池向ISG輸出電壓，使ISG快速帶動內燃機ICE到較高轉速。縮短起動和怠速過程，改善內燃機ICE燃油經濟性和排放。
[0011]2.將ISG整流與逆變電路通過雙向DC/DC與蓄電池電源并聯(lián)。在增程模式下，雙向DC/DC通過BOOST可以抬高ISG向蓄電池及驅動電機控制器的輸出電壓，從而可以讓增程器內燃機保持在較低轉速和較高的負荷率下，改善增程器ICE燃油經濟性和排放。
[0012]3.將MCU最小系統(tǒng)與ICE負荷調整電路、蓄電池SOC及驅動需求功率檢測電路相連。在增程模式下，MCU可根據(jù)當前蓄電池剩余電量和整車驅動需求功率情況，靈活調整增程器輸出功率和蓄電池充放電狀態(tài)，從而對整車能量傳遞實施最優(yōu)控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1.整車能量管理控制器結構示意圖。
[0014]圖2.增程器ICE負荷調整電路。
[0015]圖3.增程器ISG整流與逆變電路。
[0016]圖4.蓄電池S0C、整車驅動需求功率檢測電路:
a.檢流電路；b.檢壓電路。
[0017]圖5.非隔離BUCK-B00ST級聯(lián)型雙向DC/DC電路圖6.控制器電源調理電路。
[0018]圖7.微控制器MCU最小系統(tǒng)電路。

【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器主要包括以下幾部分電路:增程器ICE負荷調整電路11，增程器ISG整流與逆變電路10，蓄電池S0C、整車驅動需求功率檢測電路6，非隔離BUCK-B00ST級聯(lián)型雙向DC/DC電路8，控制器電源調整電路7和微控制器MCU最小系統(tǒng)9。微控制器MCU利用自身1 口，通過ICE負荷調整電路檢測和控制內燃機ICE 1，通過ISG整流與逆變電路檢測和控制起動發(fā)電一體機ISG 2工作；通過蓄電池S0C、驅動需求功率檢測電路讀取當前蓄電池3充放電狀態(tài)、驅動電機5及其控制器4放電狀態(tài)；通過雙向DC/DC電路調整增程器和蓄電池兩端電壓比，優(yōu)化增程器內燃機運行工況；控制器電源調整電路信號為控制器中各模塊提供所需工作電源。
[0021]如圖2所示，增程器ICE負荷調整電路11將MCU信號通過ULN2003芯片以雙四拍模式驅動步進電機，帶動并調節(jié)內燃機節(jié)氣門開度，是增程器內燃機ICE負荷調節(jié)的執(zhí)行機構。
[0022]如圖3所示，增程器ISG整流與逆變電路10實時檢測ISG電機的3路霍爾相位信號并傳遞給MCU增強型定時器輸入捕捉口，同時將MCU計算輸出PWM控制信號通過IR2130芯片驅動3個由高低邊MOS管組成的半橋，每個半橋輸出對應ISG電機某一相，完成增程器起動時候直流電源的逆變過程。利用3個半橋上與高低邊MOS管并聯(lián)的整流二極管組成橋式整流電路對增程模式下ISG電機輸出交流電進行全波整流。
[0023]如圖4所示，蓄電池S0C、整車驅動需求功率檢測電路6包括檢流電路和檢壓電路。圖4a中檢流電路采用兩個取樣電阻分別檢測蓄電池充放電電流和驅動電機控制器放電電流，取樣電阻兩端電壓通過由雙運放芯片LM258建立得兩路反向運算放大電路放大合理倍數(shù)后輸入MCU的AD 口。圖4b中檢壓電路檢測蓄電池端電壓和驅動電機控制器輸入電壓，輸入MCU的AD 口。蓄電池S0C、整車驅動需求功率檢測電路主要是為MCU提供計算蓄電池SOC值所需蓄電池開路電壓和放電電流信號，以及計算整車驅動需求功率所需驅動電機控制器輸入電壓和電流信號。
[0024]如圖5所示，非隔離BUCK-B00ST級聯(lián)型雙向DC/DC電路8，由MCU輸出4路信號通過2個功率器件高/低邊驅動芯片IR2101組成兩組半橋驅動，分別控制4個MOS管Q7、Q8、Q9、QlO的開關狀態(tài)，實現(xiàn)雙向DC/DC變換功能。具體工作過程為:當增程器起動時，來自車載蓄電池3的VBATT電源作為雙向DC/DC輸入，此時Q7常通，Q8和Q9常斷，QlO處于PWM開關狀態(tài)，雙向DC/DC電路8正向(車載蓄電池3電壓VBATT到增程器ISG2輸入電壓VISG) BOOST升壓，升壓比由QlO柵極PWM占空比決定從而實現(xiàn)增程器快速和高轉速起動；當增程器處于發(fā)電狀態(tài)時，增程器ISG2整流后輸出VISG作為雙向DC/DC輸入，此時Q9常通，QlO和Q7常斷，Q8處于PWM開關狀態(tài)，雙向DC/DC電路8反向(增程器ISG2整流輸出電壓VISG到車載蓄電池3電壓VBATT) BOOST升壓，升壓比由Q8柵極PWM占空比決定，從而在特定的整車驅動和蓄電池充電需求功率下，維持增程器內燃機較低的轉速和較高的負荷率，從而改善其燃油經濟性和排放。
[0025]如圖6所示，控制器電源調整電路7并聯(lián)在車載蓄電池上，通過WD648D12直流轉換模塊將車載蓄電池3電壓VBATT轉換成± 12V輸出電壓。WD648D12模塊輸出的± 12V電壓，再通過由78L05和79L05三端穩(wěn)壓塊組成的三端穩(wěn)壓電路輸出±5V輸出電壓。控制器電源調整電路的功能是調理車載蓄電池電壓及增程器輸出電壓為控制器內部各類器件提供合理的工作電壓。
[0026]如圖7所示，微控制器MCU最小系統(tǒng)9搭建了控制器MCU正常工作所需的基本電路，其中MCU各個模塊電源引腳及AD轉換參考電壓VDDX1，VDDX2，VDDAl, VDDR，VRH接入+5V電源；VSS1，VSS2，VRL, VSSXl等接電源地；每路輸入+5V電源均采用電感濾波，添加去耦電容；采用外部晶振電路；配備背景調試BDM接口以及帶保護的復位電路。
【權利要求】
1.一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，包括增程器內燃機ICE負荷調整電路，增程器起動發(fā)電一體機ISG整流與逆變電路，蓄電池SOC、整車驅動需求功率檢測電路，雙向DC/DC電路，控制器電源調整電路以及微控制器MCU最小系統(tǒng)，其特征在于:微控制器MCU利用自身功能端口，通過ICE負荷調整電路檢測和控制內燃機ICE，通過ISG整流與逆變電路檢測和控制起動發(fā)電一體機ISG工作；通過蓄電池SOC、驅動需求功率檢測電路讀取當前蓄電池充放電狀態(tài)、驅動電機及其控制器放電狀態(tài)；通過雙向DC/DC電路調整增程器和蓄電池兩端電壓比，優(yōu)化增程器內燃機運行工況；控制器電源調整電路為控制器中各模塊提供所需工作電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，其特征在于:所述的ICE負荷調整電路由MCU通過晶體管陣列芯片ULN2003以雙四拍模式控制步進電機轉動，進而改變與其機械相連的ICE節(jié)氣門開度，所采用的內燃機為小型化油器式、電控節(jié)氣門汽油機，通過調整節(jié)氣門開度即可改變內燃機負荷。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，其特征在于:所述的ISG整流和逆變電路主要用于實現(xiàn)增程器啟動時ISG電機電源直流電壓的逆變以及增程器起動后ISG電機輸出電壓的三相整流；三相六個高低邊MOS管組成全橋逆變電路，MCU通過IR2130驅動芯片控制逆變電路工作；利用逆變電路MOS管并聯(lián)的整流二極管組成ISG輸出三相整流電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，其特征在于:所述的蓄電池S0C、驅動需求功率檢測電路包括檢壓和檢流電路，用于檢測蓄電池充放電狀態(tài)、驅動電機及控制器放電狀態(tài)，方便MCU計算蓄電池剩余電量及整車需求功率；檢壓電路通過分壓法搭建；檢流電路以取樣電阻為傳感器，利用LM258運放芯片搭建信號放大電路輸入MCU。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，其特征在于:所述的雙向DC/DC電路屬于非隔離BUCK-B00ST級聯(lián)型雙向DC/DC電路，MCU通過2塊IR2101搭建BUCK-B00ST兩個半橋驅動；雙向DC/DC電路將蓄電池與ISG電機電源進行了分離，通過雙向BOOST升壓功能實現(xiàn)增程器的快速起動以及增程模式下的增程器內燃機運行工況調節(jié)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，其特征在于:所述的控制器電源調整電路由DC/DC電源和相應調穩(wěn)壓模塊組成，主要用于為控制器中各個模塊提供所需工作電源；蓄電池電源VBATT通過WD648D12電源DC/DC模塊實現(xiàn)蓄電池電源到±12V轉變，±12V電源再通過由78L05和79L05組成的三端穩(wěn)壓電路得到控制器所需的±5V。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于內燃發(fā)電增程式電動車的整車能量管理控制器，其特征在于:所述的微控制器MCU最小系統(tǒng)是MCU正常工作所需的基本電路，包括各模塊電源供給電路、外部晶振電路、復位電路及BDM背景調試電路。
【文檔編號】B60L11/18GK104175896SQ201410362483
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】姚棟偉, 吳鋒, 張翀, 范港, 蔣建華 申請人:浙江大學