摘要
在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，利用无污染的绿色能源，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。
本课题以电动汽车他励电机控制器为例，以实现电动汽车的加、减速，起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计，以及驱动系统的软件部分的仿真调试。
在驱动系统硬件设计中，这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方式，有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR公司的IR2110作为驱动芯片，高端输出驱动电流可到1．9A，低端输出驱动电流可到2.3A，能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块，本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路，这种方式即节约了成本也保证了检测精度。
驱动系统的软件设计中，主要实现的功能为：开关量的检测处理，故障检测，串口通讯，励磁、电枢控制，报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性，提出了节能控制算法和最大转矩控制算法，用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。
他励直流电动机驱动系统能够很好的运行在电动汽车上，性能可靠、结构简
单，并且节约了成本，使电动汽车的性价比大大提高，有利于电动汽车的普及。
关键词：电动汽车，ATmega64，他励直流电机，PID模糊控制
目录
摘要 (1)
第一章绪论
1.1纯电动汽车在国内的发展状况 (3)
1.2 国外电动汽车发展现状 (3)
1.3 本课题的任务和主要工作 (4)
第二章他励电动机的控制理论基础
2．1他励直流电动机的调速与制动 (5)
2．1．1直流电动机电枢电动势和电磁转矩 (5)
2．1．2 他励直流电动机的机械特性 (6)
第三章系统的硬件设计
3．1系统硬件的整体设计方案 (10)
3．2主控制器MCU的介绍 (10)
3．2．1 MCU的选择 (10)
3．2．2 ATmega64的特性与内部结构 (11)
3．3开关电源模块 (12)
3．4电流检测模块 (13)
3．5驱动电路的设计 (16)
3．6电压检测电路 (17)
3．7温度检测电路 (18)
3．8加减速踏板信号检测电路 (19)
3．9 开关量输入信号 (20)
3．10蜂鸣器报警电路 (20)
3．11通讯模块电路设计 (21)
3．12硬件抗干扰的设计 (22)
3．13本章小结 (23)
第四章系统的软件设计
4.1 电动汽车的控制策略研
究 (24)
4．1．1再生制动控制策略 (24)
4．1．2驱动控制策略 (24)
4． 2 主要任务模块的详细设计 (26)
4．2．1主程序 (26)
4．2.2 励磁、电枢PWM控制模块 (27)
4．2．3 电动机速度测量 (28)
4． 3 本章小结 (29)
第五章总结 (30)
参考文献 (31)
第一章绪论
1.1 纯电动汽车在国内的发展状况
与世界其他国家一样，电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着：“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，设立“电动汽车重大科技专项’’，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。为此，从2001年10月起，国家共计拨款8．8亿元作为这一重大科技专项的经费【1】。
我国电动汽车重大科技专项实施4年来，经过200多家企业、高校和科研院所的2 000多名技术骨干的努力，目前已取得重要进展：燃料电池汽车已经成功开发出性能样车，燃料电池轿车累计运行4000km，燃料电池客车累计运行8000km：混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过140000km：纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。
国内主要汽车制造商对纯电动汽车的开发和研制也投入了相当的人力和物力，并取得了一定的成果。北京奥运会期间，奇瑞、长安、东风、一汽、京华及福田等汽车生产企业联合清华大学、北京理工大学等单位，向社会提供了自主研发的55辆纯电动锂电池汽车、25辆混合动力客车、75辆混合动力轿车、20辆燃料电池轿车，以及400辆纯电动场地车等各种新能源汽车为奥运会服务。奥运会后，科技部还将计划连续3年在国内10个
以上有条件的大中城市开展千辆级混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车、以及提供基础设施的大规模示范，到2010年底节能与新能源汽车达到1万辆。
最近，比亚迪公司新推出一款商业化的电动汽车比亚迪e6，为我国电动汽车产业做出了重大贡献。
1.2 国外电动汽车发展现状
近二十多年来，西方工业发达国家把电动汽车的研究开发看是作解决环境问题和能源问题的一种有效手段。美国政府动员全美所有科研机构进行电动汽车(Electric vehicle，简称EV)的研究，在1991年，美国通用汽车公司、福特汽车公司、克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了“先进电池联合体”(USABC)，共同研发新一代电动汽车所需要的高性能电池。为实现新的节能车而能保持现有汽车的价格和性能，美国先后推出了PNGV、Freedom CAR、AVP计划。法国政府推出“PREDIT m--2002／2006"计划，并给购买EV的用户提供5000法郎的补贴。
德国政府同9个主要公司签订了一份理解备忘录，为创建一个清洁能源城市(柏林)而结成同盟。英国、意大利等欧洲国家都在开展电动汽车的研发工作。而日本政府更是特别重视电动汽车的研究和开发。1998年日本东京电力公司联合日本电池公司，共同开发了“ZA一牌电动汽车，该电动汽车采用了高新技术，使其具有当时EV的世界最高水平。而丰田汽车公司在1996年就已成功地研制出燃料电池汽车的生产样车，并先于其他汽车厂家在1997年开始批量生产混合动力电池汽车，成为环保技术领域和世界电动汽车产业化的领头羊。以上各国政府在大力扶持大型汽车集团的同时，纷纷通过制定环保和节能法规，采取投资、税收优惠、政府补贴促进消费的政策，旨在抢占电动汽车产业制高点。代表着当代EV先进水平的福特汽车公司的Think、通用汽车公司的Impact、丰田汽车公司的E．corn、Prius 电动汽车、本田公司的Civic电动汽车正是这种竞争的产物。
1.3 本课题的任务和主要工作
本文在广泛查阅相关文献的基础上，设计基于ATmega64的他励电机电动汽车控制系统。本文的主要工作归纳为以下几点：
1．介绍了他励电动机的控制理论基础与调速系统的仿真，为后章系统硬件与软件的设计做好了准备。
2. 讨论系统的硬件设计。详细讨论了开关电源模块电路、电流检测电路、串口通信电路、驱动电路、及抗干扰电路的设计。
3. 讨论系统的软件设计。设计系统的程序整体框架、各任务模块程序、中断服务程序和抗干扰程序。
4. 进行系统调试与实验。系统设计完成后进行硬件调试和软件调试，搭建实验平台，记录实验数据及图表，进行实验分析。
第二章他励电动机的控制理论基础
2．1他励直流电动机的调速与制动
为了满足各种生产机械对负载转矩特性的要求，在实际应用中需通过设法改变电动机的各种控制参数来达到所需的人为机械特性。由于他励直流电动机的可控参数多，易实现所需要的人为机械特性，所以在直流调速中较多地采用他励直流电动机，电动汽车中一般也是选用他励直流电动机作为直流驱动电动机。因此，需要给出直流电动机电枢电动势和电磁转矩的两个数学公式，从而导出他励直流电动机的机械特性数学方程式，即电动机的电磁转矩和转速之间的函数关系式n=f(t)，然后才能说明如何改变方程式中的相关参数来获得所需人为机械特性。
2．1．1直流电动机电枢电动势和电磁转矩
1)电枢电动势。电枢电动势是指直流电动机正常工作时，电枢绕组切割气隙磁通所产生的电动势。无论是发电机还是电动机，只要电枢旋转切割磁通就有电枢电动势。根据前述直流电动机的结构原理可导出直流电动机电枢电动势Ea为：
（2.1）
式(2．1)中P——电动机极对数；
N——电枢绕组总的导体数；
a——电枢绕组的支路对数；
φ——电动机每极磁通(Wb)；
n——电动机转速(r／min)；
c（e）——电动势常数。
2)电磁转矩。电磁转矩是指直流电动机的电枢绕组流过电流时，这些载流导体在磁场中所受力而形成的总转矩。同样按直流电动机的结构原理可推得直流电动机的电磁转矩T为：
（2.2）
式(2．2)中I（a）——电枢电流(A)；
C（t）——转矩常数。
电动势常数C(e)和转矩常数C(t)都是决定于电动机结构的数据，对于一台已制的电动机C(e)和C(T)都是恒定不变的常数，并且从式(2．1)和式(2．2)可知两者之间的关系为：
2．1．2 他励直流电动机的机械特性
得出他励直流电动机的机械特性数学方程式：
(2.3)
式（2.3）中R（a）——电枢绕组内电阻；
R（c）——电枢外串联电阻；
n(0) ——理想空载转速；
β——机械特性斜率
其中，
2．1．3他励直流电动机的调速
通过对他励直流电动机的机械特性数学方程式(2．3)的分析，可知改变其中U、φ、R（c）三个参数即可改变其转速n。因此相应的调速方法也要降压、弱磁、串电阻三种：降压调速是改变电源电压U来获得恒转矩调速；弱磁调速是通过改变励磁电流I(f)，从而改变电动机磁通量Φ来获得恒功率调速；串电阻调速是通过逐级改变电枢回路中所串电阻R(c)来进行调速，它使机械特性变软，并增加了功耗，所以目前很少采用，主要用在大电动机的起动过程，即通过逐级减小电枢回路中所串电阻来减小起动电流。而前两种调速方法目前用得较多，并也是电动
汽车中需配合采用的方法，现分别具体介绍如下：
(1)降低电源电压的恒转矩调速
保持他励直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串电阻，若将电源电压分别降低为U1、U2、U3等不同数值时，则可获得与固有机械特性平行的人为机械特性，如图2．1所示。图中所示的负载为恒转矩负载，在电源电压为额定值U(e)时，其工作点为e，电动机为额定转速n(e)；当电压降
低到U1时，工作点为A，转速为n(a)；电压为U2时，工作点为B，转速为n(b)等。即转速随电源电压降低，调速方向是从基数(额定转速N(e))向下调节，并且电源电压为不同值时，其机械特性的斜率都与固有机械特性斜率相等，即特性较硬。通常电源电压不超过额定值，即采用连续降低电源电压来实现恒转矩无级调速，以获得如图2．3所示的从基速到零速段的调速控制。
(2)减弱磁通的恒功率调速
由于通常电动机额定运行时均已在磁通近饱和状态，故一般只能采用减弱磁通量的方法来调速。保持他励直流电动机电源为额定值，电枢回路不串联电阻，通过减小电动机的励磁电流I(f)，即减弱电动机磁通Φ时，其机械特性方程式为：
(2.4)
从式(2．4)中可看出n(0)随φ的减弱成反比例增加，而△n随φ的二次方成反比地增加，若将近饱和额定磁通φ(e)的比例定为l，减弱后其比例也就小于l，平方后其比例是减小，因此n(0)比△n增加得快，即减弱磁通φ后电动机的转速n将升高，调速方向是从基速(额定转速n(e))向上调节。’弱磁调速的机械特性如图2．2所示。设电动机拖动恒转矩负载互运行于固
有机械特性e点上，转速为n(e)。当磁通从φ(e)降到φ(1)时，转速n未能及时变化，而电枢电动势E(a)= c(e) φn(e)，则因φ下降而减小，使电枢电流I(a)=(U-E(a))／R(a)增大。由于R(a)较小，E(a)稍有减小就能使I(a)增加很多，此时虽然φ减小了,但它减小的幅度小于I(a)增加的幅度，所以电磁转矩T=c(t) φI(a)还是增大了。增大后的电磁转矩即为图4-9中的T’，工作点由e点过渡到φ=φ1的人为机械特性曲线上的C点。由于T>T(L)，转速n上升，E(a)随之增大，I(a)及T也跟着下降，当T下降到T=T(L)时，又建立新的转矩平衡，电动机转速升至n(a)稳定运行于A点。
在弱磁调速中，电枢电压U为额定电压U(e)，若保持电枢电流I(a)为额定电流I(e)不变时，则输出转矩T=C(T)φI(e)，代人式(2．3)即可得变化磁通φ与转速n的关系式：
(2.5)
式（2.5）中C1——常数1；
于是电磁转矩可表示为，
（2.6）
式（2.6）中C2——常数，C2=C1C(T)I(e)。
带入电动机输出的功率公式有
该式说明了弱磁调速时电动机允许输出功率为常数，与转速无关；允许输出转矩与转速成反比变化，即属恒功率调速方式。
由于励磁电流一般较小，因此弱磁调速控制较方便、功耗也小，通过连续调节励磁电源的电压，即可实现无级的弱磁恒功率调速，以获得如图2．3所示的低速恒转矩、高速恒功率的调速特性。他励直流电动机弱磁升速能达到的最高转速，受电动机换向条件和机械强度的限制，一般他励直流电动机的最高转速只能升到额定转速n(e)的1．2~2倍，对于特制的调速电动机才可升到ne的3~4倍。在此需特别注意的是励磁电流I(f)，在运行中绝对不能为0，否则φ趋近于0，n趋近于无穷即将产生飞车，因此必须采取相应的互锁保护措施。为满足电动汽车行驶时能有较宽的速度要求，可把降低电枢电压和减弱磁通两种调速方法合起来实用，以获得低速恒转矩、高速恒功率的调速特性。【7-9】
第三章系统的硬件设计
本章主要介绍了他励直流电机电动汽车控制器的硬件设计，其中包括了控制器整体电路模块的设计、电源模块设计、驱动模块设计、电流检测模块设计和通信模块设计等。下面做具体的介绍。
3．1系统硬件的整体设计方案
本电动汽车动力系统是基于他励直流电机设计的，控制器的硬件设计既要达到动力性能要求，也要达到便捷的操控性要求。根据第二章对他励
直流电机调速系统提出的性能要求结合电动汽车的操控性要求，设计了如图3．1所示的硬件系统。
本控制系统包括对电枢和励磁的分别PWM控制模块，电源模块，开关量处理模块，和模拟量处理模块，硬件性能满足设计要求，可在此硬件系统上对MCU进行软件设计，从而达到最终的控制要求。
3．2主控制器MCU的介绍
3．2．1 MCU的选择
MCU是整个系统的控制核心，实现对数据的处理、存储和通讯等功能。选择一款合适的控制器对整个系统起着至关重要的作用。对于明确应用对象的系统，选择功能过少的控制器，难于完成控制任务，外围器件的扩展也会使系统的硬件结构笨重复杂从而使精确度降低。选择功能过强的控制器，则会造成资源浪费，使产品的性能价格比下降。目前，市面上的控制器不仅种类繁多，而且在性能方面也各有不同。考虑到单片机结构简单容易上手且系统对速度要求不高，因此本系统选用一款高性价比的单片机充当MCU。在实际应用中，选择单片机时应考虑以下几点：【5】
(1)单片机的基本性能参数，例如指令执行速度，程序存储器容量，中断能力及可用I／O口引脚数量等。
(2)单片机的增强功能，例如看门狗，A／D功能，双串口，RTC(实时时钟)，EEPROM，CAN接口等。
(3)单片机的存储介质，对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP(一次性可编程)存储器相比较，最好是选择Flash存储器。
(4)芯片的封装形式，如DIP封装，PLCC封装及表面贴附封装等。
(5)芯片工作温度范围符合工业级、军品级还是商业级，如果设计户外产品，必须选用工业级芯片。。
(6)单片机的工作电压是否在常用范围内。
(7)单片机的抗干扰性能。
(8)编程器以及仿真器的价格，单片机开发是否支持高级语言以及编程环境要好用易学。
(9)供货渠道是否畅通，价格是否低廉，是否具有良好的技术服务支持。
根据上面所述的原则，结合本系统实际情况，仪表选用ATMEL公司生产的ATmega64单片机作为主控模块的核心芯片
3．2．2 ATmega64的特性与内部结构
ATmega64是ATMEL公司生产的高性能、低功耗的8位AVR高档微处理器，采用RISC结构，具备IMIPS／MHz(百万条指令每秒／兆赫兹)的高速处理能力，有效缓减了系统在功耗和处理速度之间的矛盾。它可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。其主要特点和优点如下：【6】
(1)自带廉价的程序存储器(FLASH)和非易失的数据存储器(EEPROM)。这些存储器可可擦写1000次以上，新工艺AVR器件，程序存储器擦写可达1万次以上，基本不再会有报废品产生。这样使程序开发更加方便，工作更可靠。
(2)高速度，低功耗。在和M51单片机外接相同晶振条件下，AVR单片机的工作速度是M51单片机的30--一40倍；并且增加了休眠功能及低功率、非挥发的CMOS工艺，一般耗电在1～2．5mA，典型功耗情况，WDT 关闭时为100hA，其功耗远低于M51单片机，更适用于电池供电的应用设备。
(3)工业级产品。具有大电流输出可直接驱动SSR和继电器，内有看门狗定时器，防止程序跑飞，从而提高了产品的抗干扰能力。工作电压范围宽(2．7"-6．ov)，电源抗干扰性强。I／O口功能强、驱动能力大。AVR 的I／O口是真正的I／O口，能正确反映I／O口输入／输出的真实情况。I ／O口有输入／输出，三态高阻输入，也可设定内部拉高电阻作输入端的功能，便于作各种应用特性所需(多功能I／O口)。
(4)程序下载方便。AVR程序写入可以并行写入(用万用编程器)，也可用串行ISP(通过PC机RS232H或打印E1)在线编程擦写。也就是说不需要将IC芯片拆下拿到万用编程器上擦写，可直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，方便产品升级。
(5)具有模拟比较器、脉宽调制器、模数转换功能。AVR内带模拟比较器，I／O口可作A／D转换用，可组成廉价的A／D转换器。使得工业控制中的模拟信号处理更为简单方便。
(6)强大的通讯功能。内置了同步串行接HSH、通用串行接HUART、两线串行总线接HTWI(12C)，使网络控制、数据传送更为方便。
(7)超级保密功能，应用程序可采用多重保护锁功能。不可破解的位加密锁Lock bit技术，Flash保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到保密位，可多次烧写的Flash且具有多重密码保护锁死(LOCK)功能，因此可快速完成产品商品化，并可多次更改程序(产品升级)而不必浪费IC芯片或电路板，大大提高产品质量及竞争力。
由上述内容可知，ATmega64的处理速度快且功耗低，内部自带的EPROM能够满足车辆运行曲线参数的存储，FOE]的推挽设计使抗干扰能力更加增强，在线仿真功能使得程序开发更加简单，两USARTD满足系统的需要(232和485)，内部各种增强功能的设计使得控制器外设更加简单。因此，本系统选用ATmega64作为主控制芯片。
3．3开关电源模块、
近年来，随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源朝着高频化，集成化的方向发展，开关电源已经得到广泛的应用。高频开关稳压电源与线性电源相比，具有如下优点1)效率高；2)体积小、重量轻；3)稳压范围广；
4)性能灵活、驱动能力强；5)可靠性高，当开关损坏时，也不会有危及负载的高低压出现。而传统的开关电源普遍采用电压型PWM技术。电流型PWM是近年兴起的新技术，与电压型PWM相比，电流型PWM开关电源具有更好的电压和负载调整率，系统的稳定性和动态特性得以明显改善，特别是其内在的限流能力和并联均流能力可以使控制电路简单可靠。目前，小功率开关电源正从电压控制模式向电流控制模式方向转化。
UC3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需要最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。此集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。本文以UC3842为核心控制部件，设计了DC60 V输入、DCl2V输出的单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环PI控制系统。主要的功能模块包括：启动电路、反馈电路、保护电路、整流电路。
系统电源电路原理图如图3．3所示。
在电路设计中，利用UC3842控制芯片内部的误差放大器、由R1、R2构成的电压反馈电路，和R3、C1共同构成电压闭环PI调节器，利用芯片内部的比较器与由R5电流检测和R4、C2滤波电路构成的电流反馈电路构成电流闭环。外接的定时电阻R（T）和定时电容C（T），决定系统的工作频率，f=1．8／R（T）C（T）。系统中取R（T）为7．5KΩ，取C，为0．01uf。系统的工作频率f=24KHz。采用LM7905变换芯片产生-5V 电源，给运放工作提供负电源。
3．4电流检测模块
在功率变换器中，经常要对流过主功率开关器件的电流进行检测，其目的主要有两个：1)对功率变换器进行过流保护；2)作为功率变换器控制器的电流反馈检测量。通常的做法是在功率变换器的直流母线上安装电流霍尔或电流互感器以提供电流反馈检测量。由于流过主开关器件的电流通常都较大，所采用的霍尔器件或电流互感器的额定参数也必须很大，不仅成本高、体积大、安装不方便，且不便于实现功率变换器的高功率密度。文中介绍一种用半导体器件构成的电流检测电路，可以直接布置在功率变换器的控制器的印制板上，不仅成本低廉，体积小，安装方便，而且性能良好，还可以同功率变换器固化在一起形成专用集成电路(ASIC)。3．4．1 MOSFET电流检测原理
MOSFET的通态电阻具有正的温度系数，约为0．4％一0．8％，有利于采用多MOSFET管并联。多只元件并联工作时，MOSFET间可以自动均流。当MOSFET功率开关流过通态电流时，由于通态导通电阻的存在，在其导通沟道上有一定的压降，又因器件的导通沟道电阻基本稳定，该压降与器件的通态电流成正比。所以，检测出主开关器件的通态压降也就是检测流过器件的电流大小。即：
（3.1）
式（3.1）中，V（DSN）——OS开关的漏源通态压降；
R（D）——沟道等效电阻；Id——漏极电流。
3．4．2他励直流电机电流检测方法
他励直流电机控制器要采集的电流信号是电枢电流信号和励磁电流信号，电枢电流只有一相，励磁电流要采集的信号有两相，如图3．1硬件结构框图所示，电枢电流采集流过下桥MOSFET的电流，励磁采集流过H桥下桥MOSFET的电流。因为原理都是一样的，故只分析采集电枢电流的电路。由于电机所需功率比较大，所以每一项都是多个MOSFET管并联【251。他励电机电枢电流检测电路
如图3．4所示。
电路工作原理：Vlow驱动下桥MOSFET管，当Vlow为低电平时，D2右端也被钳位为低电平，U1的正向输入端即为低电平，U1的负向输入端为固定电平，此时U1输出为低电平，U2输出也为低电平，经过U3，正反输入端都为0，所以U3输出为0。MCU电流采样点V04为O。
当Vlow为高电平时，D2右端电压为高电平，此时U1输出为高阻态，Vol的电压为MOSFET电流在内阻上的压降加上D1的管压降，因为加上了D1的管压降，所以检测的电流不准，故我们采用了U2来去除管压降，此时U2输出为高阻态，V02的电压为二极管管压降。
V03=K*(V01．V02)；K=(R9／R8)为电压放大倍数；
V03经过C1和R10组成的滤波电路可得电压V04，此时V04的电压即能准确Ql上的管压降，将V04的电压送入MCU进行处理。
开关管管压降和电流检测电路相关点的波形分析如图3．5所示。
T1和T3是导通时刻，T2是MOSFET关断时刻，Vl是导通时D3的管压降，V2是运放的零飘电压。
3．5驱动电路的设计
驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是实现主电路中的电力电子器件按照预定设想运行的重要环节。采用性能良好的驱动电路，可以使电力电子器件工作在较为理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。此外，对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现，因此驱动电路对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的影响。功率MOSFET为电压型驱动功率器件，常见的MOSFET 栅极集成驱动器为IR公司生产的IR21XX系列高压浮动MOS栅极驱动集成电路，该集成电路将驱动一个高压侧和一个低压侧MOSFET所需的绝大
部分功能集成在一个封装内，它们依据自举原理工作，驱动高压侧和低压侧两个元件时，不需要独立的驱动电源，因而使电路得到简化，而且开关速度快，可以得到理想的驱动波形。在设计功率主电路的驱动电路中，要综合考虑减小开关损耗、驱动的一致性、抑制感生电压等问题，因此驱动电路对系统的可靠性有重要的影响。在系统设计中，选用IR2110作为驱动芯片。图3．6为单桥臂的驱动电路的原理图。
在MOSFET栅极串联一个限流电阻Rl，降低MOSFET的开关速度，减小电压电流的变化率，降低EMI，且对动态均流有显著的作用，但增大了MOSFET的开关损耗，经过反复实验，取R1的电阻值为15Ω；电阻R2是防静电电阻，以免由于静电烧损功率管；采用15V的TvS防止驱动电压过高，损坏功率管。
3．6电压检测电路
在驱动控制系统中使用的功率器件是IRFB4310，其耐压值为100V，当电压过高时，功率器件会因过压而损坏，所以电压信号的检测是很重要的一个信号量。电压检测电路如图3．7所示。我们需要测量蓄电池电压值，在信号的采样点的选择上，我可以选择钥匙开关的接口点KEY作为蓄电池电
压的采样点，为了配合系统的故障检测功能的实现，选择B+点作为蓄电池电压采样点。在驱动系统上电后，系统先通过二极管和PTC功率热敏电阻给功率电路中的滤波电容充电，延时lS后，通过检测B+点的电压，电压过低，可以判断功率电路出现故障，发出故障报警信号；电压过高，发出报警信号。如果系统正常，吸合主接触器，系统进入运行状态，但也存在主接触器不能可靠吸合在运行的过程中断开的故障情况，此时B+点的电压将下降，系统应及时停止运行。当功率电路出现故障时，充电电路的电流较大，PTC功率电阻温度升高，其阻值升高，起到抑制充电电流，保护电路板的功能。
3．7温度检测电路
在驱动控制系统的功率电路中利用MOSFET的关断与导通来控制电机的转速。MOSFET的损耗都转换成热量，并变成温升，但MOSFET温度过高时，驱动控制系统的稳定性和可靠性将会下降，甚至造成功率器件损坏。因此控制器设计时，考虑功率器件温升情况，通过采集功率结构散热器的温度信号，间接检测功率器件工作的环境温度，当功率器件的工作环境温度大于60℃时，驱动系统将发出警报声音，提醒用户；当功率器件的工作环境温度大于70℃时，驱动系统将强制停止运行，并发出报警声音，等待功率器件的工作环境温度小于60℃时，重新恢复正常工作状态。在驱动控制系统中电路设计中，温度信号的检测采用玻封的NTC热敏电阻装在散热器上作为温度传感器，NTC热敏电阻是负温度系数热敏电阻，当温度升高时，其电阻值变小，通过查阅器件资料，可得到具体型号的NTC热敏电阻在不同环境温度下所对应的阻值。通过电阻分压，将温度信号转换成电压信号，输入微处理器的A／D口。温度检测电路如图3．8所示。
3．8加减速踏板信号检测电路
电动机的运转速度由加速踏板的加速器控制。在本驱动系统中，加速器采用线性霍尔测量驾驶员的速度给定信号，其输出为0．5V4．5V的电压信号，该信号经过RC滤波和电压跟随器后送人微处理器的A／D口。加速信号处理电路如图3．9所示。
在加减速踏板中，安装了微动开关，配合加速器的使用，可以提高系统的可靠性，微动开关闭合时，系统根据加速器的信号进入电动状态运行，微动开关断开时，系统进入制动状态，速度为零，转入静止准备状态。
3．9 开关量输入信号
控制系统中使用的开关量输入有：加速器内部的微动开关信号、档位信号及电机驱动使能开关信号。当外部的开关闭合时，相应的I／O口接收到4V的高电平信号；当外部的开关断开时，相应的I／0口接收到0的低电平信号。开关输入信号处理电路如图3．10所示。
3．10蜂鸣器报警电路
故障报警器件采用12V压电式蜂鸣器。当系统运行时发生电池电压在
纯电动汽车整车控制器（TAC） 项目介绍： 纯电动汽车整车控制器对新能源汽车的动力性、安全性、经济性、操纵稳定性和舒适性等都有重要影响，它是新能源汽车上的一种关键装置。在车辆行驶过程中，整车控制器通过开关输入端口、模拟量转换模块、CAN总线等硬件线路采集路况信息、驾驶员意图、车辆状态、 设备运行状态等参数，依托高速运行的 CPU和控制端口来执行预设的控制算法和管理策略，再将指令和信息等通过 CAN总线、开关输出端口等对动力系统的执行部件进行实时的、可靠的、科学的控制，以实现车辆的动力性、可靠性和经济性。 其硬件结构框图如图一所示。
tihJTJt 川“ J人 整车控制器实物图如图二所 示。 it电" * st 电 M U 电柢第iC 4- if 邨 ESlh 卜 [? ■: *■ DC IX*科电乳 ■ 1 .^ptt'AN :■' - 彝竝 tt」 7%谢洩M!* WI KX T.7*帀小
性能指标: 1）工作环境温度：-30 C—+80C 2）相对湿度：5%~93% 3）海拔高度：不大于3000m 4）工作电压：18VDC —32VDC 5）防护等级：IP65 功能指标： 1）系统响应快，实时性高 2）采用双路 CAN总线（商用车 SAE J1939协议） 3）多路模拟量采样（采样精度10位）；2路模拟量输出（精度 12位）4）多路低/高端开关输出 5）多路I/O输入 6）关键信息存储 7）脉冲输入捕捉 8）低功耗，休眠唤醒功能 该项目使用的INFINEON 的物料清单:
整车控制器(VMS, vehicle management Syetem ),即动力总成控制器。是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后， 控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，动力总成控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网 络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此VMS的优劣直接影响着整车性能。 纯电动汽车整车控制器 (Vehicle Controller)是纯电动汽车整车控制系统的核心部件，它对汽车的正常行驶，再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理，车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。 与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于管理协调型控制。 整个车辆系统采用一体化集成控制与分布式处理的车辆控制系统的体系结构，各部件都有 独立的控制器，整车控制器对整个系统进行能量管理及各部件的协调控制。为满足系统数 据交换量大，实时性、可靠性要求高的特点，整个分布式控制系统之间采用CAN总线进 行通讯。 整车控制器主要由控制器主芯片，Flash存储器和RAM存储器及相关电路组成，控制器主 芯片的输出与Flash存储器和RAM存储器的输入相连。 整车控制器通过 CAN总线接口连接到整车的 CAN网络上与整车其余控制节点进行信息交换和控制。 控制器硬件包括微处理器、CAN通信模块、BDM调试模块、串口通信模块、电源及保护 电路模块等。微处理器选用了Motorola公司专门为汽车电子开发的MCgS12，它具有运 算速度快和内部资源与接口丰富的特点，适合实现整车复杂的控制策略和算法。CAN通信 模块符合CAN2.0B技术规范，采用了光电隔离、电源隔离等多项抗干扰设计；BDM调试模块用于实时对控制程序进行调试、修改;串口通信模块用于对控制系统的诊断和标定；电源模块进行了二级滤波的冗余设计，保证控制器在车载12V系统供电情况下正常工作，并具短路保护功能。 CAN，全称为"Controller Area Network ”，即控制器局域网，是一种国际标准的，高性价的现场总线，在自动控制领域具有重要作用。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，具有较高的实时性能，因此，广泛应用于汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域。 决策层控制单元是车辆智能化的关键，其收集车辆运行过程中的信息，并根据智能算法的决 策向物理器件层控制单元发送命令；动力源控制单元负责调节动力源系统部件以满足决策层控制单元的命令要求；驱动/制动控制单元则调节双向变量电机和能耗制动系统实现车辆的各种工况，如驱动控制、防抱制动等。 整车控制器功能需求： 整车控制器在汽车行驶过程中执行多项任务，具体功能包括：(1)接收、处理驾驶员的驾驶
基于纯电动汽车的整车控制器分析 发表时间：2019-09-12T11:46:14.157Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：丘东海[导读] 摘要：本文主要对纯电动汽车整车控制器做进一步的分析和了解。中兴智能汽车有限公司 519040 摘要：本文主要对纯电动汽车整车控制器做进一步的分析和了解。随着纯电动汽车的快速发展，整车电控系统成为一种非常重要的应用技术。纯电动汽车整车控制对整车控制系统的设计开发具有较强的指导意义。关键词：纯电动汽车；整车控制器；分析引言： 整车控制系统是纯电动汽车电控系统的三大核心技术之一，纯电动电控系统与传统汽车的控制系统相比，纯电的汽车电控系统的控制单元数量与复杂程度高出很多。电控系统是保证纯电动汽车整车功能集成和优化的核心单元，为保证纯电动汽车各部件系统在最佳工况下能够协调运行，需要制定相应的控制策略。纯电动汽车电控系统主要包括整车控制系统（简称VCU）、电池管理系统（简称BMS）、电机控制系统（简称MCU）、辅件控制系统等环节。整车控制系统确保各系统之间要协调工作，方能保证整车的稳定性和安全性，对纯电动汽车的发展意义重大。 一、整车控制系统的介绍 整车控制系统主要包括整车控制器、CAN总线通讯网络以及驾驶员意图解析系统、信息显示系统、动力驱动系统、电机控制系统、辅件控制系统等。作为纯电动汽车的核心部分，控制各个系统之间的相互配合。通过接收其他控制器发出的信号，比如驾驶员控制指令信息、加速踏板信息、制动踏板信息等，然后通过特定算法来处理这些信号，通过CAN总线通讯网络输出信号给相应的下层控制器去执行对应的动作。 整车控制策略作为VCU重要的软件部分。一套成熟、可靠的整车控制策略须包括以下部分：驾驶员解析控制策略、驱动控制策略、上下电管理控制策略、扭矩解析控制策略、辅件控制策略、能量回收控制策略、安全控制策略、故障诊断控制策略等。要能够符合驾驶员的操作需求，具备智能化的安全控制，从而保证车上人员的安全，提升汽车性能，提高纯电动汽车的续驶里程。 二、整车控制器的功能 VCU作为上层控制单元负责协调动力系统各个部件的运行，根据驾驶员操作信号进行驾驶意图解析、根据各部件和整车工作状态进行整车时序逻辑控制、安全管理和能量分配决策，向各部件控制器发送控制指令，并向仪表等显示设备输出整车电控系统状态信息。各部件控制器根据其指令控制相应部件，驱动汽车正常行驶。概括起来整车控制系统就是实现：（1）上下电管理，（2）驾驶员意图识别，（3）动力系统的扭矩解析控制，（4）能量回收管理，（5）辅件控制管理，（6）整车网络管理，（4）车辆状态监视和故障诊断及保护。整车控制器技术水平直接影响整车的动力性、经济性及安全性，是电动汽车的关键技术。 三、整车控制器的组成 VCU作为纯电动汽车控制系统最核心的部件，其承担了数据交换、安全管理、驾驶员意图解析、能量流管理的任务。VCU的功能划分如图1所示。 （1）数据交换层。该层对直接馈入整车控制器的物理量信息（如驾驶员的操作反馈的信息和其它执行部件的工作状态信息）进行采样处理，并通过I/O、D/A和PWM，提供对显示单元、继电器等的控制信号。（2）安全故障管理层车辆出现故障时，故障只体现在数据交换层。在检测出故障后，该层会做出相应的处理，在保证车辆安全性的条件下，给出执行部件可供使用的范围，以尽可能满足驾驶员的驾驶意图。（3）驾驶员意图解释层驾驶员的所有与驾驶操作相关的操作信号都直接进入整车控制器，整车控制器对采集的信息进行处理分析，计算出驱动系统的目标转矩和车辆行驶时的需求功率来实现驾驶员的驾驶意图。（4）能量流管理层，该层的主要工作是能量源之间进行需求功率分配。 四、整车控制器的硬件设计 （1）微控制器模块：本设计采用主从芯片设计，主从芯片之间进行校验，确保主芯片工作状态正常，主控制芯片选用SPC5606，是整车控制器的控制核心，包括主控制芯片（微控制器）及其外围电路，负责数据的运算及处理，也是控制方法实现的载体；（2）电源模块：为各输入和输出模块提供电源，并对蓄电池电压进行监控，与微控制器相连；（3）信号处理模块：用于模拟和数字量输入信号的调理，包括模拟量信号处理和数字量信号处理，其一端与传感器或开关相连，另一端与微控制器相接； （4）功率驱动模块：用于驱动多个继电器或系统状态指示灯，包括低端驱动和PW M驱动两部分，与微控制器通过I/O相连，另一端与被控继电器（低端驱动）或指示灯（PW M驱动）相接，微处理器可通过SPI总线进行故障诊断；（5）通讯模块：整车控制器与其他设备相连的接口，包括两路CAN总线、一路FlexRay总线、一路LIN总线及一路RS232总线，其中CAN总线是整车控制器最重要的对外通讯接口。整车控制器的整体硬件框图，如图2所示。
由于世界石油资源日趋贫乏和大气污染日益严重,因此即大量消耗能源又产生大量有害废气的传统汽车,自然而然成了全世界人类关注的焦点。中国文库网为大家带来的电动汽车技术毕业论文，希望能帮助到大家! 电动汽车技术毕业论文 摘要近年来随着经济发展，我国已迈进汽车社会。汽车保有量迅速增加，导致环境严重污染、交通堵塞等严重问题，因此，为了建设资源节约、环境友好的和谐社会，倡导并鼓励研发、使用环保节能的新能源汽车―电动汽车。 关键词电动汽车动力能源燃料电池 前言 在污染日益严重、能源日益缺乏的今天，电动汽车的出现给人们带来了新的希望，可以形象地把它称为21世纪的交通工具、明日之星。 电动汽车是一种高新技术产品，它集光、电、机、化等各学科领域中的最新技术于一体，是汽车、电力拖到、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源、新材料等工程技术中最新成果的集成物。从外形上看，电动汽车于常见的
汽车并没有什么区别，它们的区别主要在于来自蓄电池。汽车行驶时，蓄电池电流通过控制器输入到电机中，电机输出扭矩，经离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器、半轴等驱动车轮转动。电动汽车在行驶过程中，不排出任何污染物，噪声也很小，而且不仅不消耗汽油、柴油等石油产品，还可应用多种能源，具有结构简单、使用维修保养方便的特点，是一种新型的交通工具。 电动汽车定义 电动汽车是指全部或部分用电能驱动电动机作为动力系统的汽车。驱动电动汽车的电力常见的有各种蓄电池，燃料电池、太阳能电池等。 电动汽车分类 电动汽车的种类纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)。 1纯电动汽车 纯电动汽车(BEV)由电动机驱动的汽车。电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。
第22卷 第3期 2005年3月 公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and T ransportation Research and Development V ol 122 N o 13 Mar 12005 文章编号:1002Ο0268(2005)03Ο0119Ο05 收稿日期:2004Ο03Ο16 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重大专题项目(2003AA501100) 作者简介:付正阳(1978-),男,北京人,清华大学汽车工程系硕士研究生,主要从事电动汽车方面的研究1 电动汽车电池组热管理系统的关键技术 付正阳,林成涛,陈全世 (清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084) 摘要:电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程,并对设计热管理系统提出了建议。文章重点分析了设计电池组热管理系统过程中的关键技术,包括电池最优工作温度范围的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计等。关键词:电动汽车;电池组;热管理系统 中图分类号:T M911141 文献标识码:A K ey Technologie s of Thermal Management System for EV Battery Packs FU Zheng Οyang ,LIN Cheng Οtao ,CHEN Quan Οshi (S tate K ey Laboratory of Autom otive Safety and Energy ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China ) Abstract :Research and development of battery thermal management system (BT MS )is very im portant for the operation safety and relia 2bility of electric vehicle (E V )1In this paper ,by analyzing the in fluence of tem perature on the per formance and service life of batteries ,the desired function of a BT MS was outlined ,a procedure for designing BT MS was introduced 1Several key technologies during designing a BT MS were introduced and analyzed ,including optimum operating tem perature range of a battery ,heat generation mechanism ,ac 2quisition of the therm odynamic parameters ,calculation of tem perature distribution ,selection of heat trans fer medium ,design of cooling structure and s o on 1 K ey words :E lectric vehicle ;Battery pack ;Thermal management system 0 引言 能源与环境的压力使传统内燃机汽车的发展面临前所未有的挑战,各国政府、汽车公司、科研机构纷纷投入人力物力开发内燃机汽车的替代能源和动力,这大大促进了电动汽车的发展。 电池作为电动汽车中的主要储能元件,是电动汽车的关键部件[1,2],直接影响到电动汽车的性能。电池组热管理系统的研究与开发对于现代电动汽车是必需的,原因在于:(1)电动汽车电池组会长时间工作 在比较恶劣的热环境中,这将缩短电池使用寿命、降 低电池性能;(2)电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体性能的不均衡;(3)电池组的热监控和热管理对整车运行安全意义重大。 清华大学从承担国家“八五”电动汽车攻关项目以来,在电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车关键技术的研究中,积极开展了电池组热管理系统的研究,并在样车上进行了道路试验,目前电池组热管理系统的优化设计与改进工作正在进行中。本文是对前阶段研究工作的总结和今后工作的展望。
纯电动汽车整车控制器硬件电路开发与设计 摘要：纯电动汽车整车控制器作为纯电动汽车控制系统的核心部件，直接影响 着整车的动力性、经济性和可靠性。 关键词：纯电动汽车；整车控制器硬件；电路开发；设计 引言：纯电动汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统，各子系统几乎都通 过其控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。为了满足整车动力性、经济性、 安全性和舒适性的目标，各系统还必须彼此协作，优化匹配。因此，必须要有一 个整车控制器来管理协调电动汽车中的各个部件。整车控制器通过采集驾驶员的 操作信息与汽车状态，进行分析与运算，通过 CAN 总线对网络信息进行管理和调度，并针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优 化控制、制动回馈控制和网络管理等。 1纯电动汽车电控系统组成及工作原理 1.1 电控系统组成 纯电动汽车电控系统主要由整车控制器（VCU）、驱动电机及其控制器、动 力电池及BMS、电转向助力及其控制器、电空压机及其控制器、DC/DC、操控面 板等组成。 1.2 工作原理 纯电动汽车以动力电池作为全车的动力源，为各个高压用电设备提供动力。 其中：电空压机为整车提供气源；转向助力泵为整车提供转向助力；DC/DC将动 力电池的高压电转化为低压电，提供给车载低压设备使用；整车控制器负责采集 和处理信号，控制驱动电机工作，实现整车正常行驶与制动。 2 整车控制器的功能模块组成及工作原理 2.1 工作原理 整车控制器（VCU）作为纯电动汽车的核心部件，通过读取和处理驾驶员的 驾驶操作指令，与电机驱动系统、电池管理系统（BMS）及其它控制单元进行交互，使车辆按驾驶期望行驶。另外，还可动态监测系统故障，根据故障的紧急程 度作出相应的保护，例如紧急情况下可切断高压系统以保证车辆行驶安全等。 2.2功能模块组成 整车控制器主要由微控制器模块、电源模块、开关量输入和输出模块、模拟 量输入和输出模块、频率量的输入和输出模块、CAN总线模块、存储模块等组成。 2.2.1 微控制器模块 微控制器（MCU）是整车控制器的核心，它负责信号的采集和处理、逻辑运 算以及控制的实现等。本文选用的是DSP芯片TMS320F28335，该芯片在性价比、功耗、运算能力、存储空间、CAN通讯方面等均有很好的表现，完全可以满足整 车控制器的需要。微控制器模块主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、存 储电路，JTAG接口电路等。1）电源电路：选用的是TPS767D301-Q1，该芯片是 专业的汽车级芯片，其输入电压为2.7～10 V，一路输出固定电压3.3 V，另一路 输出可调电压，每路最大输出电流为1 A [3] 。本文通过降压电路将24 V转换为5 V，再通过TPS767D301-Q1将5 V转为DSP芯片所需的3.3 V和1.9 V。2）时钟电路：TMS320F28335 时钟频率为150MHz，由外部时钟信号通过DSP内部的PLL倍 频得到。3）复位电路：为方便调试，增加了复位按钮，当按下复位按钮后，会 产生一个低电平脉冲输入到DSP的复位引脚中。4）JTAG接口电路： TMS320F28335通过JTAG接口与仿真器连接，实现DSP的在线编程和调试。
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毕业设计（论文）开题报告
题目
电动汽车充电对配电系统的影响
学院
自动化学院
专业
电气工程与自动化专业
姓名
班级
学号
指导教师
可编辑
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一、综述本课题选题的依据和意义
2015 年 9 月，关于充电桩的好消息频频传出，如国务院常务会议上提出加快 电动汽车充电基础设施、电动汽车充电接口国家标准修订稿通过审查，以及国务 院办公厅日前发布《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，到 2020 年，我国将基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足 超过 500 万辆电动汽车的充电需求。尤为引人关注的是，北京通信展举行期间， 国务院副总理马凯称：国家准备将充电桩普及的任务交由铁塔公司负责。
随着时代的发展，汽车的普及，石油的消耗也日益增加，作为不可再生的石 油资源，总有枯竭的一天，而且汽车尾气的排放对环境有很大的污染，所以利用 电能替代石油，实现汽车尾气的零排放，将是未来汽车行业的发展趋势。截至 2015 年一月，从公开信息显示，目前杭州已经建成了 70 座充换电站、620 个充 电桩，其中杭州主城区投入运营的充换电站有 27 个。在杭州市区里，一辆新能 源车要找到最近的充电站，只要开 4.5 公里。
国内外电动汽车在近几年的发展情况如下：经过 2012 和 2013 年的缓慢起步， 全球电动汽车销量终于在 2014 年下半年爆发，全年销售已超过 30 万辆大关，中 国新能源汽车品牌突飞猛进，比亚迪从 2013 年的第 40 名跃升至第七位，康迪电 动车也挤进第十名。在 2015 年，全球电动汽车销售量达到 40 万辆左右。
随着电动汽车规模化应用,电网原有装机和线路容量是否能应对新增充电负 荷需求,即在不扩大规模的情况下,如何提高原有电网利用率,增加容纳能力,同时 最大限度降低充电负荷对电网的负面影响,在分析充电负荷特性基础上,针对电动 汽车充电对电网各方面的影响,提出相应对策,将对电动汽车产业化进程具有重要 的研究意义。
二、国内外研究动态
我国电动汽车起步较发达国家晚,但研究发展快。各汽车生产商进入研发电动 汽车的行列,已经在促进电动汽车各方面技术发展方面取得有益的成见。由于配 套设施等主要原因,家用电动汽车并没有广泛的推广开来，现有的电动汽车充电 站主要对电动公交车和工程车辆进行充电。同时针对电动汽车充电站运行和电动 汽车充电对配电网的研究仍然非常缺乏。电动汽车规模预测，用户充电行为的随 机性,以及接入电网造成的影响和相应充电控制策略都没有一套成熟的模式和系 统，以及对此的全面研究。
电动汽车对电网的影响，主要包括电网负荷特性影响、谐波影响、电压电流
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纯电动汽车整车控制器的设计 摘要：随着社会的发展与科技的进步，各个城市的汽车使用户喷井式增加。传 统的内燃机汽车消耗石油，排出大量废气，使得城市的空气质量不断下降。纯电 动汽车由于不使用传统化石能源，对环境不造成污染，受到人们的青睐。随着科 技的进步，电动汽车的核心技术不断地革新与突破，逐渐完善的城市基础设施提 供了有利的帮助，电动汽车已经成为潜力股，逐步取代传统汽车变为可能。本文 从汽车结构出发，结合整车信息传输过程，设计了整车控制器的软硬件结构。 关键词：纯电动汽车；整车控制器；硬件设计；软件设计 纯电动汽车作为新能源汽车的一种，以其清洁无污染、驱动能源多样化、能 量效率高等优点成为现代汽车的发展趋势。整车控制器（vehicle control unit，VCU）作为纯电动汽车整车控制系统的中心枢纽，主要实现数据采集和处理、控 制信息传递、整车能量管理、上下电控制、车辆部件控制和错误诊断及处理、车 辆安全监控等功能。国外在纯电动汽车整车控制器的产品开发中，积极推行整车 控制系统架构的标准化和统一化，汽车零部件厂商提供硬件电路和底层驱动软件，整车厂只需要开发核心应用软件，有利的推动了整车行业的快速发展。虽然国内 各大汽车厂商基本掌握了整车控制器的设计方案，开发技术进步明显，但是对核 心电子元器件、开发环境的严重依赖，所以导致了整车控制器的国产化水平较低。本文以复合电源纯电动汽车作为研究对象，针对电动汽车应有的结构和特性，对 整车控制器的设计和开发展开研究。 一、整车控制系统分析与设计 （一）整车控制系统分析 复合电源纯电动汽车整车控制系统主要由整车控制器、能量管理系统、整车 通信网络以及车载信息显示系统等组成。首先纯电动汽车整车控制器通过采集启动、踏板等传感器信号以及与电机控制器、能量管理系统等进行实时的信息交互，获取整车的实时数据，然后整车控制器通过所有当前数据对驾驶员意图和车辆行 驶状态进行判断，从而进入不同的工况与运行模式，对电机控制系统或制动系统 发出操控命令，并接受各子控制器做出的反馈。 保障纯电动汽车安全可靠运行，并对各个子控制器进行控制管理的整车控制器，属于纯电动汽车整车控制系统的核心设备。整车控制器实时地接收传感器传 输的数据和驾驶操作指令，依照给定的控制策略做出工况与模式的判断，实现实 时监控车辆运行状态及参数或者控制车辆的上下电，以整车控制器为中心通信节 点的整车通信网络，实现了数据快速、可靠的传递。 （二）整车控制系统设计 复合电源的结构设计，选择了超级电容与DC/DC串联的结构，双向DC/DC跟 踪动力电池电压来调整超级电容电压，使两者电压相匹配。为了车辆驾驶运行安全，同时为了更好地使超级电容吸收纯电动汽车的再生制动能量，在复合电源系 统中动力电池与一组由IGBT组成双向可控开关，防止了纯电动汽车处于再生制动状态时，动力电池继续供电，降低再生制动能量的吸收效率。 整车CAN通信网络设计，由整车控制器（VCU）、电机控制器（motor control unit，MCU）、电池管理系统（battery management system，BMS）、双向DC/DC控制器以及汽车组合仪表等控制单元（Electronic Control Unit，ECU）组成 了复合电源纯电动汽车的整车通信网络。 二、整车控制器硬件设计及软件设计
课程单元教学设计任课教师：科目纯电动汽车整车控制系统检修授课班级：
一、知识一、任务导入 假如你是北汽新能源4S店的一名车辆维修人员，需要对某待维修 的车辆进行整车状态参数读取，请问你会正确使用故障诊断仪进行 数据流读取吗? 二、容及过程设计 教师活动 1、电动汽车整车控制系统的作用 1.1控制系统的基本概念 控制系统一般包括传感器、控制器和执行元件。传感器采集信 息并转换成电信号发送给控制器，控制器根据传感器的信息进行运 算、处理和决策，并向执行元件发送控制指令以完成某项控制功能。 1.1.2北汽EV160纯电动汽车整车控制系统的组成 北汽EV160纯电动汽车的整车控制系统结构如图所示，按照各 部件的功能，可以将整车控制系统分为动力电池系统、充电系统、 驱动电机系统、传动系统、电动助力转向系统、制动系统等。该车 的主要高压部件，都集中在了汽车前机舱，如电机控制器、高压控 制盒DC/DC变换器、车载充电机、驱动电机等。 教 师： 引 出 话 题 教 师： 板 书、 展 示、 解 说、 提 问 提 问、 启 发 比 喻 多 媒 体 展 示、 互 动 步骤教学容教师、 学生 活动 教 学 方 法 与 手 段 时 间 分 配
二、 技能 一、技能训练项目及组织 2、实训组织 1）分两组，每次一组组，其他学生完成布置作业 2）实习、学习指导（教师分工 （1）一位教师负责实训室进行操作示 （2）另一位教师负责指导完成相关学习任务 3、使用设备 教师： 示演 示
4、安全和纪律要求 1、穿好工作服、讲究仪容仪表 2、服从安排，遵守纪律，讲究秩序 3、不允许擅自乱动设备 5、学习评估 按学校要求评估
研修班毕业论文 电动汽车电池管理系统应用与分析 授课老师：邓亚东 专业：车辆工程 姓名：石琪 完成日期：2017年6月15日
摘要 随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统（ＢＭＳ），是电动车产业纯的关键。，以锂电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多的关注。我国对电动车的发展极为重视，早在1992年就把电动车的开发发展列入国家的“八五”重点科技攻关项目，对电池管理系统以及充电机系统进行了长期深入的研究开发，在BMS方面取得很大的突破，与国外水平也较为接近，研制产品在纯电动和混合动力电动车上得到大量使用。但电池管理技术还并不成熟，电动汽车的发展及产业化，对动力蓄电池管理系统将具有巨大的市场需求，同时技术上也将提出更高的要求。 关键词：BMS 纯电动汽车动力电池锂电池 can通讯单片机
Abstract with the oil price, the energy shortage, the increasingly serious urban environment pollution, an alternative to oil development of new energy use more and more attention by governments. In the new energy system, battery systems is one of the indispensable important component. In recent years, with the lithium battery powered electric bicycle, hybrid cars, electric vehicles, fuel cell automobile, by the market more and more attention. The development of electric vehicle in China, a great importance in early 1992, the development of the electric car in national development of "five-year" key torch-plan projects of battery management system, and charging machine system for the long-term in-depth research development, in BMS gained great breakthrough, and foreign level also approaches, the research products in pure electric and hybrid electric vehicle got a lot of use. But battery management technology is still not mature, electric vehicles and the development of industrialization of motive battery management system, with the huge market demand, but technology will also put forward higher request. Keywords:BMS pure electric vehicle power battery lithium batteries can communication microcontroller
毕业设计（论文）开题报告 题目电动汽车充电对配电系统的影响学院自动化学院 专业电气工程与自动化专业 姓名 班级 学号 指导教师
一、综述本课题选题的依据和意义 2015年9月，关于充电桩的好消息频频传出，如国务院常务会议上提出加快电动汽车充电基础设施、电动汽车充电接口国家标准修订稿通过审查，以及国务院办公厅日前发布《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，到2020年，我国将基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足超过500万辆电动汽车的充电需求。尤为引人关注的是，北京通信展举行期间，国务院副总理马凯称：国家准备将充电桩普及的任务交由铁塔公司负责。 随着时代的发展，汽车的普及，石油的消耗也日益增加，作为不可再生的石油资源，总有枯竭的一天，而且汽车尾气的排放对环境有很大的污染，所以利用电能替代石油，实现汽车尾气的零排放，将是未来汽车行业的发展趋势。截至2015年一月，从公开信息显示，目前杭州已经建成了70座充换电站、620个充电桩，其中杭州主城区投入运营的充换电站有27个。在杭州市区里，一辆新能源车要找到最近的充电站，只要开4.5公里。 国内外电动汽车在近几年的发展情况如下：经过2012和2013年的缓慢起步，全球电动汽车销量终于在2014年下半年爆发，全年销售已超过30万辆大关，中国新能源汽车品牌突飞猛进，比亚迪从2013年的第40名跃升至第七位，康迪电动车也挤进第十名。在2015年，全球电动汽车销售量达到40万辆左右。 随着电动汽车规模化应用,电网原有装机和线路容量是否能应对新增充电负荷需求,即在不扩大规模的情况下,如何提高原有电网利用率,增加容纳能力,同时最大限度降低充电负荷对电网的负面影响,在分析充电负荷特性基础上,针对电动汽车充电对电网各方面的影响,提出相应对策,将对电动汽车产业化进程具有重要的研究意义。 二、国内外研究动态 我国电动汽车起步较发达国家晚,但研究发展快。各汽车生产商进入研发电动汽车的行列,已经在促进电动汽车各方面技术发展方面取得有益的成见。由于配套设施等主要原因,家用电动汽车并没有广泛的推广开来，现有的电动汽车充电站主要对电动公交车和工程车辆进行充电。同时针对电动汽车充电站运行和电动汽车充电对配电网的研究仍然非常缺乏。电动汽车规模预测，用户充电行为的随机性,以及接入电网造成的影响和相应充电控制策略都没有一套成熟的模式和系统，以及对此的全面研究。 电动汽车对电网的影响，主要包括电网负荷特性影响、谐波影响、电压电流
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710538323.X (22)申请日 2017.06.29 (71)申请人 知豆电动汽车有限公司 地址 315600 浙江省宁波市宁海县力洋镇 储家山路1号 (72)发明人 尹湘林 鲍文光 王红梅 闫优胜 樊晓浒 何志刚 (74)专利代理机构 杭州杭诚专利事务所有限公 司 33109 代理人 尉伟敏 (51)Int.Cl. B60H 1/00(2006.01) B60H 1/32(2006.01) B60H 1/22(2006.01) B60L 11/18(2006.01) (54)发明名称 电动汽车热管理系统 (57)摘要 本发明公开了一种电动汽车热管理系统，包 括乘员舱热管理模块和动力系统热管理模块，乘 员舱热管理模块包括电动压缩机、冷凝器、冷凝 风扇、膨胀阀、HVAC系统、第一水泵、水PTC加热器 和连接管路，动力系统热管理模块包括动力电池 包、水壶、第二水泵、散热器、散热器风扇、第三水 泵、控制器、逆变器、电机、热电板式换热器和连 接管路。动力系统热管理模块采用热电板式换热 器来实现。热电板式换热器根据珀耳帖效应，具 有加热和制冷功能。本发明具有结构简单，可靠 性好，控温精确，热利用率高，能有效提高电动汽 车电池使用效率和延长电动汽车行驶里程的特 点。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 107310344 A 2017.11.03 C N 107310344 A
1.一种电动汽车热管理系统，其特征是，包括乘员舱热管理模块和动力系统热管理模块，乘员舱热管理模块包括制冷循环密闭系统和采暖循环密闭系统，制冷循环密闭系统包括电动压缩机（1）、冷凝器（2）、冷凝风扇（3）、膨胀阀（4）、HVAC系统（5）和连接管路，采暖循环密闭系统包括第一水泵（6）、水PTC加热器（7）和连接管路，动力系统热管理模块包括第一流体循环密闭系统和第二流体循环密闭系统，第一流体循环密闭系统包括动力电池包（8）、水壶（9）、第二水泵（10）、热电板式换热器（17）和连接管路，第二流体循环密闭系统包括散热器（11）、散热器风扇（12）、第三水泵（13）、控制器（14）、逆变器（15）、电机（16）、热电板式换热器（17）和连接管路。 2.根据权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征是，动力系统热管理模块中的热电板式换热器包括第一流体进口（21）、第一流体出口（22）、第二流体进口（23）和第二流体出口（24），第一流体进口通过连接管路与第二水泵出口连接，第一流体出口通过连接管路与动力电池包进口连接，第二流体进口通过连接管路与第三水泵出口连接，第二流体出口通过连接管路与控制器进口连接。 3.根据权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征是，热电板式换热器和散热器对动力系统热管理模块进行热管理。 4.根据权利要求2所述的电动汽车热管理系统，其特征是，第一流体和第二流体同时经过热电板式换热器进行加热或制冷，第一流体从热电板式换热器流出时的温度与第二流体从热电板式换热器流出时的温度差可以通过热电板式换热器工作电流大小进行调节，温度差调节在5℃-10℃比较合适。 5.根据权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征是，当动力电池包不需要制冷或加热时，热电板式换热器停止工作，仅作流通通道，控制器、逆变器和电机依靠散热器和散热风扇进行降温。 6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的电动汽车热管理系统，其特征是，HVAC系统包括蒸发器（18）、鼓风机（19）、暖风芯体（20）和连接管路，蒸发器进口通过连接管路与膨胀阀出口连接，蒸发器出口通过连接管路与电动压缩机进口连接，暖风芯体进口通过连接管路与水PTC加热器出口连接，暖风芯体出口通过连接管路与第一水泵进口连接。 权 利 要 求 书1/1页CN 107310344 A
电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。 3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。
4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率：在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。 3、额定转速：额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速：相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率：电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。
电动汽车控制系统设计设计
摘要 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，利用无污染的绿色能源，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。 本课题以电动汽车他励电机控制器为例，以实现电动汽车的加、减速，起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计，以及驱动系统的软件部分的仿真调试。 在驱动系统硬件设计中，这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方 37
式，有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR 公司的IR2110作为驱动芯片，高端输出驱动电流可到1．9A，低端输出驱动电流可到2.3A，能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块，本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路，这种方式即节约了成本也保证了检测精度。 驱动系统的软件设计中，主要实现的功能为：开关量的检测处理，故障检测，串口通讯，励磁、电枢控制，报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性，提出了节能控制算法和最大转矩控制算法，用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。 他励直流电动机驱动系统能够很 37
好的运行在电动汽车上，性能可靠、结构简 单，并且节约了成本，使电动汽车的性价比大大提高，有利于电动汽车的普及。 关键词：电动汽车，ATmega64，他励直流电机，PID模糊控制 37
电动汽车用整车控制器总体设计方案
目次 1 文档用途 (1) 2 阅读对象 (1) 3 整车控制系统设计 (1) 3.1 整车动力系统架构 (1) 3.2 整车控制系统结构 (2) 3.3 整车控制系统控制策略 (3) 4 整车控制器设计 (4) 5 整车控制器的硬件设计方案 (5) 5.1 整车控制器的硬件需求分析 (5) 5.2 整车控制器的硬件设计要求 (6) 6 整车控制器的软件设计方案 (7) 6.1 软件设计需要遵循的原则 (7) 6.2 软件程序基本要求说明 (7) 6.3 程序中需要标定的参数 (7) 7 整车控制器性能要求 (8)
整车控制系统总体设计方案 1 文档用途 此文档经评审通过后将作为整车控制系统及整车控制器开发的指导性文件。 2 阅读对象 软件设计工程师 硬件设计工程师 产品测试工程师 其他相关技术人员 3 整车控制系统设计 3.1 整车动力系统架构 如图1所示，XX6120EV纯电动客车采用永磁同步电机后置后驱架构，电机○3通过二挡机械变速箱○4和后桥○5驱动车轮。车辆的能量存储系统为化学电池（磷酸铁锂电池组○8），电池组匹配电池管理系 统（Battery Management System，简称BMS）用以监测电池状态、故障报警和估算荷电状态（State of Charge，简称SOC）等，电池组提供直流电能给电机控制器○2通过直-交变换和变频控制驱动电机运转。 整车控制器○1（Vehicle Control Unit，简称VCU）通过CAN（Control Area Network）和其它控制器联接，用以交换数据和发送指令。该车采用外置充电机传导式充电，通过车载充电插头利用直流导线联接充电 机○9，充电机接入电网。 ○1整车控制器○2电机控制器○3交流永磁同步电机○4变速箱○5驱动桥 ○6车轮○7电池管理系统○8磷酸铁锂动力电池组○9外置充电机○10电网连接插座 图1 整车动力系统架构简图