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插电式纯电动汽车上下电把持战略斟酌与计划_薛

发布时间:2019-12-28

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  插电式纯电动汽车上下电把握战略切磋与计划_薛念文_能源/化工_工程科技_专业材料。插电式纯电动汽车上下电把握战略切磋与计划

  第 31 卷第 5 期 2012 年 10 月 重 庆 交 通 大 学 学 报( 自 然 科 学 版) JOURNAL OF CHONGQING JIAOTONG UNIVERSITY( NATURAL SCIENCE) Vol. 31 No. 5 Oct. 2012 DOI: 10. 3969 / j. issn. 1674-0696. 2012. 05. 39 插电式纯电动汽车上下电把握战略切磋与计划 薛念文,马先萌,盘朝奉 ( 江苏大学 汽车与交通工程学院,江苏 镇江 212013) 摘要: 针对纯电动汽车动力编造构造,界说了基于 CAN 通信的整车把握搜集。以整车安静性为要紧参考量,切磋设 计了电动汽车上电把握战略和下电把握战略。基于 MotoTron 敏捷斥地平台,利用 Simulink / Stateflow 举办战略斥地, 通过 MotoHawk 扶植产等第 ECU 与把握战略之间的衔尾。结果声明: 此上下电把握战略抬高了纯电动汽车的编造 效能和安静性,是一种合理有用的能量优化战略。 合 键 词:纯电动汽车; MotoHawk; Simulink / Stateflow; 上下电把握战略; CAN 总线 文件标记码:A 著作编号:1674-0696( 2012) 05-1086-05 Study and Design of Power up and Power down Control Strategy of Plug-In Electric Vehicle Xue Nianwen,Ma Xianmeng,Pan Chaofeng ( School of Automotive & Transportation Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu 212013,China) Abstract: For the electric vehicle power system structure and vehicle safety and economic considerations,vehicle control network based on CAN bus communication was defined; vehicle power up and power down control strategy was designed. based on MotoTron rapid development platform,The strategy applied the Simulink / Stateflow for strategy development; it showed that this control strategy is a kind of rational energy optimization strategy,which can improve the efficiency and safety of the pure electric vehicle system. Key words: electric vehicle; MotoHawk; Simulink / StateFlow; vehicle power up and power down control strategy; CAN bus 能源风险和处境污染水准的日益加剧使得守旧 车辆面对苛刻的寻事,发扬新能源电动汽车是汽车 行业来日发扬的趋向[1]。纯电动汽车( EV) 以动力 蓄电池组行动独一动力源,电动机行动独一动力驱 动安装,职责 电 压 高 达 几 百 伏,当 发 生 高 压 电 途 绝 缘失效或短途等滞碍时,会直接影响到驾乘职员的 性命财富以及车载用电器的安静。是以,正在计划和 计划高压动力编造时应充满酌量整车和职员的电气 安静性,确保车辆运转安静、驾驶职员安静和车辆运 行处境安静[2]。 整车把握器( VMS) 是纯电动汽车运转的重点 单 元 ,担 负 着 整 车 驱 动 控 造 、能 量 管 理 、整 车 安 全 、 滞碍诊断和新闻解决等效用,是告终纯电动汽车安 全 高 效 运 行 的 必 要 保 障[3]。 纯 电 动 汽 车 上 下 电 控 造战略斥地计划的宗旨正在于: 正在已有整车动力编造 构造的条件下,通过收集钥匙及踏板等驾驶员行为 信号,并通 过 CAN 总 线,BMS ( 电 池 管 理 系 统) 及 MC( 电机把握器) 等子编造举办通信,来把握整车 安 全 高 压 上 电 、下 电 ,同 时 正在 上 、下 电 过 程 中 ,力 求 确凿诊断出整车动力编造的高压滞碍并急速做出 相应解决。 1 EV 动力编造构造 笔者所计划的 EV 动力编造采用锂电池,拣选 72 V、100 Ah 的磷酸铁锂电池组,由 24 块锂电池串 联而成。EV 动力编造席卷一套高压蓄电池组,电机 驱动编造和 DC-DC 变换器。因为采用调换异步电 机,电机驱动编造要紧席卷 DC / AC 逆变器、驱动电 机以及电机把握器 MC,它的要紧效用是将电能调动 为机器能,并通过传动编造将能量传达到车轮来驱 动车辆行驶,如图 1。 正在动力编造部件选型中,动力性哀求是要紧考 虑的身分[4]。笔者所斥地的上、下电把握战略所应 收稿日期:2011-12-09;修订日期:2012-01-12 基金项目:国度天然科学基金项目( 51105178 ) ; 江苏省天然科学基金面上切磋项目 ( BK2011489 ) ; 江苏高校上风学科设立工程资帮项目 ( 2011AA11A216) 作家简介:薛念文( 1960—) ,男,江苏镇江人,教学,要紧从事汽车动力学及把握维修、检测方面的切磋。E-mail: xnw@ ujs. edu. cn。 第5 期 薛念文,等: 插电式纯电动汽车上下电把握战略切磋与计划 1087 用的电动汽车平台,其动力编造参数如表 1。 图 1 EV 动力编造构造 Fig. 1 EV power system structure 表 1 动力编造各部件参数 Table1 Parameters of power system components 动力编造部件参数 电池组容量 / Ah 参数值 160 端电压 /V 76. 8 动力电池组 电池类型 磷酸铁锂电池 最大充电电流 /A 48 最大放电电流 /A 320 输入电压 /V 70 ~ 120 输出电压 /V 12 DC / DC 输出功率 / kW 0. 4 电压精度 /% ≤1 类型 调换异步式 驱动电机 DC / AC 变换器 额定功率 / kW 峰值功率 / kW 最高转速 / ( r·min - 1 ) 额定电压 /V 5 15 4 000 72 EV 是个高度集成的电气编造,各个部件之间具 有很强的耦合性,为了能确凿反响并判别驾驶员意 图,同时确保整车安静,需求扶植一个核心把握单位 进活动力编造的妥协把握,从而抵达更好的经济性与 动力性。VMS 行动最上层把握单位肩负妥协动力系 统各个部件的运转,收集驾驶员把握输入信号,向各 个部件把握编造发送把握指令,并向仪表及多效用显 示单位等筑筑输出动力编造形态新闻[5]。VMS 信号 图如图 2,信号要紧席卷 CAN 总线信号和硬线信号, 个中硬线信号席卷模仿信号和数字信号两类。 图 2 EV 整车把握器信号 Fig. 2 EV vehicle controller signal diagram 2 MotoTron 敏捷斥地平台 斥地工程师要面临的是怎样将斥地战略与底层 软件、硬件及硬件驱动、通信合同等对接告终斥地的 全面流程[6]。电控单位 ECU 的斥地是一个极其复 杂的流程。它席卷效用观念界说、算法斥地、软件编 程、底层操作编造和驱动序次斥地、硬件正在环仿真测 试、成婚标定及验证、ECU 软件灌装等多个步调和任 务。当 系 统 模 型扶植完毕后,编译器会将 C 代码主动天生可供刷 写的 SRZ 文献,同时天生 L 文献以备挪用[6-7]。 MotoHawk 是基于 MotoTron 的 ControlCore 产物 级软件架构和产等第 ECU 硬件下的编造斥地软件, 使得斥地职员正在 Matlab / Simulink 编译处境下天生基 于系统构造的使用软件成为恐怕,且贯穿全面斥地、 车辆标定及测试阶段[8]。斥地职员正在 Matlab / Simulink / Stateflow / RTW 编译处境下天生基于系统构造 的使用软件,MotoHawk 使用正在 ECU 斥地、标定及测 试的各个阶段。利用 Simulink / Stateflow 图形化编程 用具举办 EV 把握战略斥地,通过 MotoHawk 正在 Simulink / Stateflow 中与硬件 ECU 对接起来,从而大大缩 短了从斥地到临蓐的周期。图 3 为编造的底层设 置,通过 设 置,正在 Simulink / Stateflow 中 将 控 造 ECU 的 PIN 脚与把握战略的输入输出衔尾起来。极大的 简化战略斥地职员的职责量,抬高斥地效能。 图 3 编造的底层树立 Fig. 3 Underlying system settings 3 EV 上电把握战略的说明与计划 3. 1 合座思思 EV 上电流程把握战略的总体思思是: 正在担保动 力编造高压上电流程利市告终的同时,与整车滞碍 诊断把握战略相联结,确保高压上电流程的安静,正在 上电流程中显示滞碍时能利市切换到相应的滞碍处 理流程,垂危景遇下断开高压接触器。 3. 2 预充电电途 为了提防正在高压接触器闭合倏得变成的强电流 和高电压对动力电机驱动编造高压器件变成冲锋, 形成损毁,导致接通高压电途,需求计划一个预充电 电途,通过 VMS 正在上电流程中把握相应高压接触器 通断时序,和计划一个合理的把握逻辑。 1088 重庆交通大学学报( 天然科学版) 第 31 卷 图 4 为预充电电途道理图,个中 R 为限流电阻, 而 K1、K2、K3 为 3 个直流高压接触器。Vb 为高压蓄电 池组端电压,Vh 为电机高压输入端端电压。 图 4 预充电电途道理图 Fig. 4 Pre-charge circuit diagram 电动汽车高压接触器闭合之前,先要竣工对高 压电编造电途预充电,详细履行流程为: ECU 给与到 高压上电信号之后,先把握引脚 P 1. 0 和 P 1. 1 闭 合高压接触器 K1 和 K2。正在预充电时分 t( t = 8 s) 内,ECU 检测电压 Vh,如若 Vh 抵达 Vb 的 90% 以上, 则编造预充电胜利,不然预充电让步,放手接通高压 接触器。根据式( 1) : Vh ≥ 0. 9Vb( t = 8 s) ( 1) 式中: Vb 为高压蓄电池组端电压; Vh 为电机高压输 入端端电压。 ECU 把握流程如图 5。 图 5 预充电把握流程 Fig. 5 Pre-charge control flow chart 3. 3 EV 钥匙开合 EV 钥匙开合与守旧车钥匙开合表形相同,但功 能设定差别,如图 6。电动车无需动员引擎,是以正在 启动挡,整 车 管 理 系 统 发 送 闭 合 高 压 接 触 器 指 令。 钥匙顺时针挽回一挡至附件挡,灯光、喇叭及收音机 电源接通。此时车内低压筑筑上电,VMS 及各子系 统 ECU 上电复位并初始化。钥匙挽回至燃烧挡, VMS 通过 CAN 总 线、BMS ( 电 池 管 理 系 统) 与 MC ( 电机把握器) 等动力编造子模块复原通信,收集高 压电池组、电机及其把握器等模块的形态新闻,推断 是否平常,车载显示编造上电,显示整车低压筑筑状 态新闻,同时等候钥匙信号。 VMS 发出把握指令,序次递次闭合 3 个高压接触器。 动力编造上电流程中,VMS 检测到二级或者一级故 障,编造垂危断开高压接触器,并上报滞碍码、发出 语音提示。 图 6 EV 钥匙开合 Fig. 6 EV key switch 钥匙信号行动高压上电、平常下电流程的紧要 推断根据,是以对钥匙信号的有用位推断和逻辑判 断就显得尤为紧要。有用位推断席卷附件挡、燃烧 挡、启动挡的是否有用推断,逻辑推断即是 3 个挡位 信号的时序有用推断,譬喻正在钥匙启动档有用时,如 果附件挡、燃烧挡有一挡或两挡无效,则评释信号逻 辑犯错。诈骗 Simulink 计划的钥匙信号诊断战略, 正在上电流程中对钥匙信号举办诊断解决,席卷信号 滤波和有用位推断,如图 7。 图 7 EV 钥匙信号诊断 Fig. 7 EV key diagnostic signals 第5 期 薛念文,等: 插电式纯电动汽车上下电把握战略切磋与计划 1089 3. 4 上电流程把握 看待 EV 高压编造的全面动力电途,存正在着大 量的容性负载。假设正在高压电途接通流程中不选用 有用的防备 措 施,高 压 电 途 正在 上 电 瞬 间,由 于 系 统 电途容性负载的存正在,将会对全面高压编造电途造 成上电冲锋[9]。为此,正在上电流程中需求对高压电 途举办防电流瞬态冲锋预充电。 EV 正在接到有用启动的敕令组合信号之后,整车 束缚编造( VMS) 低压上电,对高压电途编造举办高 压上电前预诊断,假设 SOC 抵达必然值,电压平常, 而且电途无绝缘和短途等滞碍,接通防电流瞬态冲 击预充电编造举办高压电途预充电。假设高压电途 预充电正在商定的平常时分鸿沟内竣工,则编造许可 接通高压电途,不然禁止高压电途接通。上电流程 如图 8 ~ 图 9。 图 8 钥匙上电形态 Fig. 8 Key power-on state diagram 图 9 EV 上电流程 Fig. 9 EV key power-up flow chart 4 EV 下电把握战略的说明与计划 下电流程是指 EV 动力编造高压下电流程,正在 车辆碰到垂危处境时应堵截高压电源与动力编造的 衔尾,正在设定高压下电把握战略的时期要尽恐怕把 整个的恐怕处境酌量正在内,并担保搭车安静是订定 把握战略的首要酌量身分。高压下电席卷平常泊车 断电和垂危滞碍断电。 平常泊车断电时,VMS 给与到合机断电信号后 EV 进入主动断电序次,依据时序竣工动力编造的高 1090 重庆交通大学学报( 天然科学版) 第 31 卷 压下电流程,并对下电流程举办诊断和检测。下电 时启动计时器 Time,声明下电时的延续时分。详细 下电时序为: ①VMS 发送电机放手职责的指令,当 电机反应仍然放手职责,或电机通信滞碍,或准时器 time 抢先等候电机放手职责时分时,VMS 把握 DC / DC 模块放手职责,并把握真空泵高压下电; ②延时 等候继电器合上时分 T 后,VMS 把握蓄电池接触器 断开; ③蓄电池主接触器处于断开形态的条款下,正在 该步调不举办垂危滞碍条款的检测。假设此时钥匙 动弹到 ON 位,或者计时器 time 抢先延时等候继电 器合上时分,下电形式将切换到上电形式。 正在正式断开高压接触器之前需对电池组箱温 度举办检测,正在温度 许 可 范 围 之 内 自 动 执 行 断 电 序次并举办必然时分延时,以担保 VMS 自己电源 供电。检测温度超 出 范 围 许 可,则 控 造 风 扇 强 造 对电池组举办降温,直 到 温 度 许 可 时 进 行 高 压 下 电。垂危滞碍下电 可 能 发 生 正在 任 何 工 况 中,比 如 正在车辆启动、运转、下 电 不 同 状 态 时,检 测 到 紧 急 滞碍,如整车绝缘 纸 过 低、线 途 烧 结 等,则 自 动 切 断高压接触器,进 行 高 压 下 电。 如 果 高 压 下 电 时 间过长,则强行切 换 到 低 压 上 电 模 式。 当 检 测 到 垂危滞碍,且 电 机 没 有 放 电 时,由 下 电 模 式 进 入 垂危故 障 模 式。正在 高 压 下 电 过 程 中 利 用 自 保 信 号担保低压有电。详见图 10。 图 10 EV 下电流流程 Fig. 10 EV key power-off flow chart 5结语 纯电动汽车上、下电把握的重点即是对动力系 统高压电途通断的把握,怎样正在此流程中能确凿高 control strategy development practice[J]. Shanghai Automotive, 2010 ( 5) : 8-11. [4] 谢星,周苏,王廷宏,等. 基于 Cruise / Simulink 的车用燃料电池 / 蓄电池同化动力的能量束缚战略仿线 效的举办把握,抵达既能敏捷反响驾驶员行为,又可 以担保整车正在上电、下电流程中的安静性是个难点。 看待上电、下电把握战略开始告终了以整车管 理编造为把握重点的 EV 利市上电、向例下电、垂危 ( 5) : 373-378. Xie Xing,Zhou Su,Wang Tinghong,et al. A simulation on energy management strategy for the power system of a fuel cell / battery HEV on cruise / simulink[J]. Vehicle Engineering,2010,32 ( 5 ) : 373-378. 下电等症结效用。 [5] 何彬,窦国伟,梁伟铭,等. 插电式燃料电池轿车整车把握战略 切磋[J]. 上海汽车,2009( 2) : 2-6. 参考文件( References) : [1] 石英乔,何彬,曹桂军,等. 燃料电池同化动力瞬时优化能量管 理战略切磋[J]. 汽车工程,2008,30( 1) : 30-35. Shi Yingqiao,He Bin,Cao Guijun,et al. A study on the energy management strategy for fuel cell electric vehicle based on instantaneous optimization[J]. Vehicle Engineering,2008,30( 1) : 30-35. [2] Misbahuddin S,Nizar A H. Fault tolerant distributed architectures for in-vehicular networks [C]/ / SAE 2001 World Congress. Warrendale: SAE,2001. [3] 窦国伟,刘奋,程浩,等. 纯电动轿车整车驱动把握战略斥地实 践[J]. 上海汽车,2010 ( 5) : 8-11. Dou Guowei,Liu Fen,Cheng Hao,et al. Pure electric vehicle drive He Bin,Dou Guowei,Liang Weiming,et al. Plug-in fuel cell car vehicle control strategy[J]. Shanghai Automotive,2009( 2) : 2-6. [6] Nossal R,Galla T M,Olig J. Standard software modules-one key for future distributed systems[C] / / SAE 2005 World Congress & Exhibition. Warrendale: SAE,2005. [7] Dierker L T. Automotive systems engineering,modeling,and auto code benefits or burden[C]/ / SAE 2005 World Congress & Exhibition. Warrendale: SAE,2005. [8] 高海宇. 基于 MotoTron 平台的动员机 ECU 敏捷原型斥地[D]. 镇江: 江苏大学,2008. [9] 宋炳 雨. 纯 电 动 汽 车 高 压 电 故 障 诊 断 与 安 全 管 理 策 略 研 究 [D]. 淄博: 山东理工大学,2010.

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