PIC单片机的电动汽车充电缆上控制盒的设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 PIC单片机的电动汽车充电缆上控制盒的设计 现代汽车中, BMS通过单片机监控和管理汽车的充放电过程。电池是电动汽车的重要部件,电池寿命和性能是评价电动汽车性能的关键指标。研究说明: 电池的充电过程对电池的寿命和性能影响, 使用正确的充电模式与过程可以有效的延长电池寿命。因此充电器的原理与性能是保证电池性能的有效手段。智能充电器以开关电源为根底,并配以MCU、检测电路和软件, 在程序中固化相应的充电管理策略和算法, 独立地完成对电池的充电过程。依据国标模式二的要求,将基于PIC单片机的充电揽上控制盒纳入BMS 的监控和管理之中, 根据发出指令充电并开展实时保护。

2、 基于这种思想, 在国标模式二的根底上, 设计出了基于PIC单片机的电动汽车充电缆上控制盒。 1 控制盒硬件设计 控制盒的硬件框图如图 1 所示, 充电主电路运用半桥开关推挽输出电路。单片机一方面可对充电机电流、充电机电压、线路板温度等开展实时检测, 并根据线路板的温度对线路板开展过温保护;另一方面单片机接口与 ECU 开展通讯, 根据ECU 的指令利用PWM 输出信号对继电器开展控制,实现充电电路过流、过压、欠压、漏电等保护。 图1控制盒硬件原理框图 1.1 PIC16(L)F1829单片机 单片机PIC16(L)F1829 是电路的部分,电路主要的测量及控制功能均由其完成。PIC16(L)

3、F1829因其执行效率高、构造简单、超低功耗、通用性强、编程方法较易掌握等优点而被广泛应用。单片机PIC16(L)F1829采用 高 性 能RISC指 令 集 ,内置了 8K 字节的 Flash,1024 字节的SRAM及256字节的 E2PROM校准参数可直接存储到片上E2PROM 上。控制器有欠压复位,上电复位、上电延时、内部电路调试等特征。PIC16(L)F1829 内置 12通道 A / D 转换器。转换器自带采样/保持电路、分辨率为 10 位、采样率可达 5 KSPS,满足电极的精度及采样要求。电路无需另外配置专用 A/D 转换器。 1.2电流、电压测量电路设计 ZMCT118F A

4、类传感器、MPT107传感器是集成化的电流、电压传感器,分别用以线路电流电压的测量。它们将测得的电流、电压经信号采集器MCP6001传给单片机PIC16(L)F1829,单片机开展继电器的控制,从而保护电路。 ZMCT118F A类电流传感器额定输入电流为5A额定输出电流为5mA,当使用采样电阻为50欧姆时,其相位差15,线性范围0-30A,线性度0.3%,隔离耐压4500V。电路设计如图2所示,计算公式为:U=I*R/1000 其中I为输出电流 ,R为采样电阻,U为采样电压。 图2 电流采集电路图 MPT107电压传感器额定输入电流为2mA额定输出电流为2mA,当使用采样电阻为50欧姆时,其

5、相位差45,线性范围0-100A,线性度0.2%,隔离耐压3000V。电路设计如图3所示,计算公式为:U2=U1*R R其中 U1为输入电压, U2为输出电压 ,R为限流,电阻 R为采样电阻。 图3 电压采集电路图 1.3单片机的外围电路设计 PIC16(L)F1829 的接线及周边电路如图 4 所示。单一微分比较器TL331(IC4)用以CP电压的测量,其电路输入的模拟电压信号与PIC 单片机内置 A/D 转换器的模拟信号输出端口相连,实现CP电压值的实时反应。光电二极管放大器MCP6004(IC1)输出的模拟电压信号别接至 PIC 单片机内置 A/D 转换器模拟信号输入端口,将放大的电流、

6、电压信号传给单片机从而实现电路的过流、过压、欠压保护。 图4单片机外围电路设计图 2 控制盒工作原理与软件设计 2.1 控制盒工作原理 控制盒工作原理如图5所示,控制盒与车辆控制装置构成实时通信系统,CP端PWM振幅为:12VDC,频率=1KHz,正半周占空比=21.67%,控制盒通过检测点1、检测点2、检测点3、分别对充电电路电压、电流、PE开展实时测量,根据所测值对继电器开展控制。 图5控制盒电路原理图 2. 2 控制盒软件设计 控制盒软件采用模块化设计, 主要由初始化模块、信号检测模块、数据通讯模块及主程序等组成。初始化模块完成对 CPU 的各个资源如A /D、PWM、中断等初始化,信号

7、检测模块检测线路电流、电压、电路板的温度,数据通讯模块实现与ECU实时信息传递。主程序流程如图6所示,当CP 电压值为90.8V、120.8V或其他,分别表示充电完成、插座未连接以及通讯故障;线路过压(U253V),故障灯亮,继电器断开,待下降到24310V,延时51s 后闭合,无限循环;线路欠压(U187V),故障灯亮,继电器断开,待上升到19710V,延时51s 后闭合,无限循环。通过对电路参数的实时检测而控制继电器的通断,实现电路的过流、过压、欠压、接地、电路板过温保护。 图6主程序流程框图 3测试方法和结果 单片机PIC16(L)F1829采用4个指示灯,电路板上标号为:LD1,LD2

8、,LD3,LD4 。定义如下: LD1 : 绿色,“电源”指示灯;LD2 : 绿色,“状态”指示灯,指示工作状态;LD3 : 红色,“故障”指示灯,有故障时亮;LD4 : 红色,“故障”指示灯,有故障时亮。故障报警机制如图7所示,给电路通以不同的CP电压值、线路电压、线路电流,分别对序号4、 5、7功能状态开展检测;人为设置电路未接地故障实现检测序号6功能状态;充电盒在不同温度下工作开展序号9功能状态检测。对序号1-9功能状态开展多次反复检测,实验结果说明:每检测故障报警机制均能正常准确显示,且单片机PIC16(L)F1829 能够对继电器开展实时准确控制。 图7故障报警机制 4结束语 控制盒以 PIC16(L)F1829为构造外围