电动汽车单片机解析.docx

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电动汽车单片机解析

第二章

1、蓄电池的分类

电解质的不同：

酸性电池主要以盐酸水溶液为电解质-------铅酸电池

碱性电池主要以氢氧化钾水溶液为电解质------锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池

中性电池主要以盐溶液为电解质---------稳定性差，应用少

有机电解液电池主要以有机溶液为电解质------锂电池、锂离子电池

按正负极材料不同分类

锌系电池锌锰电池锌银电池

镍系电池镍锌电池镍镉电池镍氢电池

铅系电池铅酸电池

锂系电池锂离子电池锂聚合物电池磷酸铁锂电池

金属空气电池锌空气电池铝空气电池

2、蓄电池常用术语

终止电压：

指充电或放电结束时的电压。

充电终止电压：

蓄电池充电结束时，其充电电压已经上升至极限，继续充电将使蓄电池过充电，这个高限电压称作充电终止电压

当蓄电池充电电流较大时，在蓄电池充电过程中就有可能达到充电终止电压，而充电电流越大，达到充电终止电压的时间就越短。

放电终止电压：

蓄电池放电时，放电电压已经下降至极限，继续放电有可能导致蓄电池过放电，这个极限电压称为放电终止电压。

放电电流越大，放电终止电压就越低.

I小时放电率：

蓄电池以恒定电流放电I小时，正好使蓄电池放电至终止电压。

I小时充电率：

蓄电池以恒定电流充电i小时，正好使蓄电池充电至终止电压。

过充电：

蓄电池已充足电后的充电或充电电流大于蓄电池充电可接受的电流时，继续以该电流充电。

过放电：

蓄电池放电至终止电压后，继续放电即为过放电

荷电状态（SOC）：

数值上等于蓄电池剩余的容量与蓄电池额定容量的比值。

用于描述蓄电池在放电过程中的存电状态

放电深度（DOD）:

数值上等于蓄电池已放出的电量与蓄电池的额定容量的比值

用于描述蓄电池在放电过程中所达到的放电深度。

不一致性：

蓄电池组中的各个蓄电池的容量、电压和内阻存在差异

如果蓄电池组有不一致性的存在，则在使用过程中会使其不一致性扩大，并导致性能较差的蓄电池迅速损坏，最终导致整个蓄电池组损坏。

均衡充电：

针对不一致性的蓄电池组所进行的特殊充电方法。

旨在减小或消除蓄电池组的不一致性。

充电可接受电流：

蓄电池在充电过程中所能接受最大的充电电流。

超过此电流，不但不能提高充电速率，而且会对蓄电池造成损害

当充电电流超过充电可接受电流时，会出现过充电现象。

蓄电池快速充电的方法：

脉冲快速充电（不能将蓄电池完全充足，影响蓄电池的使用寿命）

分段定流快速充电

变电流间歇快速充电

变电压间歇快速充电

分段定流快速充电：

先以较大的恒定电流充电，当充电电流接近充电可接受电流极限时，减小充电电流，并以恒定电流继续充电，充电一定时间后，再次减小充电电流，以该充电电流充电，一直到将蓄电池充足。

目的：

使蓄电池充电过程中，其充电电流尽可能的接近蓄电池的充电可接受的电流

关键：

确定各阶段电流大小和充电时间长短

某阶段充电电流过大或充电时间过长，就会使该阶段后期充电电流大于充电可接受电流，造成过充电，影响电池使用寿命。

如果某阶段定流充电过早结束或充电电流过小，则又会使该阶段后期的充电电流远离充电可接受电流，导致充电时间过长

变电流间歇快速充电：

建立在定流充电和脉冲充电的基础上。

前期采用分段定流加间歇充电，通过大电流充电，使得蓄电池短时间内获得大部分电量。

后期采用定压充电方法，通过小电流充电，确保将蓄电池完全充足

在定流充电之间都设置间歇停充段。

目的：

使蓄电池在充电过程中的浓差极化和欧姆极化得到消除。

以降低蓄电池充电电压，可使下一阶段充电得以顺利进行，提高充电效率。

蓄电池荷电状态SOC的检测方法：

放电试验法

安时计量法

开路电压法

负载电压法

内阻法、神经网络法、卡尔曼滤波法

安时计量法：

1、安时计量法不能给出初始的SOC值，而使用中的蓄电池充放电起始状态是很难准确估计得

2、在蓄电池工作过程中，如果电流测量不准确，将会造成充放电电量计量误差，并导致SOC计算误差，经长时间积累，误差会越来越大。

3、安时计量必须考虑蓄电池的充放电效率，而充放电效率与充放电电流大大小及蓄电池的技术状况等有关。

开路电压法：

蓄电池的开路电压与蓄电池静止电动势在数值上相等。

开路电压法在实际应用中的主要问题是蓄电池需要长时间的静置。

蓄电池从放电状态中的动态电动势恢复到静止电动势需要几个小时。

这给使用过程中的蓄电池的SOC准确估计带来困难。

此外，蓄电池最短需要静置多长时间才能恢复为静止电动势很难确定

由于开路电压法在徐电视的充电初期和末期对SOC的估计较为准确，因此通常与安时计量法结合，用于电动汽车蓄电池的SOC的测量。

第三章

电动汽车的驱动装置：

电动机电动机控制器传动机构

1、机械驱动方式：

电动机、变速器、传动轴、后桥、半轴、

优点:

对电动机调速控制要求较低

缺点：

机械传动有能量损失，操作复杂，维修工作量大

2、半机械驱动方式：

取消了传动效率低、操作繁琐的齿轮变速器

采用了减速齿轮、差速器、半轴等一部分机械传动来传递动力。

优点：

充分利用电动机的无级变速和调速范围宽的特点。

3、纯电力驱动式:

无机械传动机构，驱动装置有左右两个双联式电动机或轮毂式电动机组成

优点：

传动效率高，可利用的空间大，驾驶操作简便

缺点:

对电动机控制器要求较高

按驱动电机数量分类;

1、单电机驱动系统：

驱动系统只用一个电动机能最大限度地减小电动机体积、质量、成本。

但必须配备机械传动机构。

2、多电机驱动系统：

采用多个电机，每个电机驱动一个车轮，能减低单个电机的电流和额定功率，效率高，容易均衡电动机的尺寸和质量。

但需要安装电子差速器或采用电子控制系统实现差速，成本较高。

直流电动机的特性：

他励直流电动机的性能特点：

良好的线性和稳定性，可以通过分别控制励磁电流和电枢电压来控制电动机转速，故调速范围大

永磁式直流电动机：

他励直流电动机永磁体为磁极，效率高、体积小、质量轻、但机械特性不理想

并励式直流电动机的性能特点：

励磁电流与电枢电压有关，负载变化时转速比较稳定，具有比较硬的机械特性。

调速范围大，但提供大转矩的能力较差。

电枢电压调节法：

通过改变电枢电压来控制电动机转速。

电枢调节法适用于电动机基速以下的调速控制。

电动机电枢电压与转速之间近似于线性调节，而电动机的负载转矩不变，因而也称其为恒转矩调节。

该控制方法可使直流电动机在较宽的转速范围内实现平滑的速度控制，调速比一半可达1：

10，如果配合磁场调节，则调速比可达1：

30。

调速过程：

当降低电枢电压时，在电动机转速、阻力矩还没有来得及改变时，电枢电流必然下降，致使电枢转速下降；随着电枢转速的降低，电枢反电动势减小，电枢电流回升，电枢电磁转矩增大，直到与电动机阻力矩一致时，电动机才会在比调压前低的转速下稳定运转。

磁场调节法：

通过调节磁极绕组励磁电流，改变磁极磁通量来调节电动机的转速。

磁场调节法适用于电动机基速以上的转速控制。

当电动机的电枢电流不变时，磁场调节法具有恒定功率调速特性。

磁场调节法控制效率高，但调速范围小，切响应速度慢.

调节过程：

减小磁通量，在机械惯性力作用下，电枢转矩还没来得及下降，而反电动势随着磁通量的减小而下降，电枢电流随之增大，由于电枢电流增加的影响大于磁极磁通量减小的影响，因而电动机电枢的电磁转矩增大；如果这时电动机的阻力矩未变，则电枢的转速便会上升；随着电动机转速的上升，电枢的反电动势增大，电枢电流随之减小，直至电磁转矩与阻力矩平衡时，电动机就在比减小磁通量前高的转速下稳定运转。

交流异步电动机的工作特性

交流异步电动机的工作特性是指在保持额定电压和额定功率不变的情况下，电动机的转速n、电磁转矩M、定子电流I、效率

及功率因数

等随输出功率P2变化的规律。

交流异步电动机的工作特性对正确选择和使用电动机有重要的知道作用。

转速特性和转矩特性关系到电动机和机械负载匹配的合理性；根据定子电流特性曲线可了解电动机的发热情况，这关系到电动及运行的可靠性和使用寿命；效率特性和功率因数特性则可反映电动及运行的经济特性。

第四章

纯电动汽车：

以蓄电池为车载电源，以电动机为唯一驱动力的电动汽车-------简称EV

续驶里程：

纯电动汽车在蓄电池充足电的状态下，按一定工况行驶，能连续行驶的最大距离。

续驶里程的测量分为工况法和等速法。

工况法：

在底盘测功机上按规定的试验循环工况进行。

试验时将试验车辆加载到规定的试验质量，在工况试验循环结束时，记录试验车辆驶过的距离km，该距离即为工况测量的续驶里程。

试验质量是指：

电动汽车整车整备质量与试验所需的附加质量之和。

附加质量：

1、最大允许转载质量小于或等于180kg，最大允许转载质量即为附加质量

2、最大允许转载质量大于180kg，但小于360kg，附加质量为180kg。

3、最大允许转载质量大于360kg。

附加质量为最大允许转载质量的一半。

等速法：

等速法测试续驶里程是在道路上进行的，让车辆以（60+/-2km）或（40+/-2km）的速度等速行驶，当电池达到一定的放电深度时，车辆行驶过的距离即为等速法测量的续驶里程。

电动汽车经过规定的试验循环后对电力蓄电池充电之实验前的容量，用从电网能够上得到的电能初一续驶里程所得到的的值称为能量消耗率。

第五章

并联式混合动力电动汽车的结构特点：

1、两条驱动线路：

内燃机和电动机都可通过各自的驱动线路驱动车轮

2、三种基本驱动模式：

发动机单独驱动、电动机单独驱动、发电机和电动机混合驱动。

3、属于电力辅助型的燃油汽车，可减低排放和燃油消耗

4、当发动机提供的功率大于驱动车辆所需的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入蓄电池。

并联式混合动力电动汽车的优点

1、只有发电机和电动机两个动力总成，两者的功率可以等于车辆驱动功率的50％-100％，比串联式混合动力电动汽车的三个动力总成的功率、质量和体积小很多。

2、发动机可以直接驱动车辆，没有串联式混合动力电动汽车的机械能---电能-----机械能的转化过程，能量的转换综合效率比串联式混合动力电动汽车高。

当车辆需要最大输出功率时，电动机可以提供额外辅助动力，因此发动机功率可以选的比较小，燃油经济性比串联式混合动力汽车好

3、与电动机配套的动力电池组容量较小，是整车质量减小。

4、当轻度混合时，电动机可以带动发动机起动，调节发动机输出动率模式发动机基本稳定在高效率、低污染状态下工作。

发动机也可带动电动机发电向电池组充电，以延长续驶里程。

并联式混合动力电动汽车的缺点：

1、需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，总布置内燃机汽车相同，动力性能接近于内燃机汽车。

发动机工况受到汽车行驶工况的影响，有害气体排放高于串联式混合动力汽车

2、需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成，还有电动机、动力电池组和动力合成器等装置，因此动力系统结构复杂，布置和控制更加困难。

第六章

燃料电池的基本概念及特点

燃料电池的定义：

燃料电池是直接将化学能转化为电能的发电装置。

将燃料和空气分别送入燃料电池后，就可从其正极和负极输出电能。

燃料电池和蓄电池的区别：

燃料电池实际上就是一个电化学反应器

1、燃料电池通过电化学反应转化为电能的活性物质不在其内部，而是从其外部输入。

2、燃料电池消耗的活性物质无须通过充电来还原，只需要向电池内部不断输入燃料和氧化剂，并将电化学产物及时排出即可持续提供电能。

3、燃料电池的本体只决定电池的输出功率，而燃料电池能量的则取决于外部输入的燃料和氧化剂。

因此，燃料电池的比能量可以很高，而续驶里程主要取决于燃料的储备容量。

4、燃料电池的内部结构和系统控制比较复杂，尤其是放电控制不如普通化学电池方便。

燃料电池与原动机辅助动力单元的区别

原动机辅助动力单元有燃油发动机和发电机组成，燃料的化学能通过燃烧转化为热能，再由热能转化为机械能，最后在通过发电机转化为电能。

然连电池则是将燃料和氧化剂直接转化为电能

1、燃料电池的燃料通过电化学反应直接转化为电能，没有燃烧转化为热能的过程，因此无燃料燃烧排放物，对环境污染很小

2、燃料电池的氧化还原反应不在同一点，而在负极进行氧化反应，在正极进行还原反应；而发动机燃料燃烧所进行的氧化还原反应在同一地点，反应后释放热能，由于燃料电池的能量转换过程不受卡诺循环的限制，也无须通过机械能转换为电能，所以能量转换效率高。

3、燃料电池无热机的工作噪声，也无机械传动装置的工作噪声，因此，燃料电池本身的工作噪声很小。

4、燃料电池不能直接使用汽油、柴油等燃料，需用氢做燃料，或以经过重整的高氢燃料气为间接燃料，其对燃料的要求较高，燃料的成本也较高。

燃料电池的分类：

按工作温度分类：

1、低温燃料电池，这类燃料电池的工作温度低于200℃可采用水溶液或其浓缩溶液作为电解质，但需要采用铂催化剂才能达到实用的高电压及高电流密度，所采用的燃料是氢或经纯化及重整的富氢燃料气

2、中温燃料电池工作温度200----750℃中温固态燃料电池兼有高温固态氧化物燃料电池和低温质子交换膜电池的优点。

工作温度在200----750℃的中温燃料电池可大幅度提高贵金属催化剂的一氧化碳耐受能力并使金属和合成树脂等材料用作电池的连接和密封材料成为可能。

从而降低了燃料电池的成本，并延长了燃料电池的使用寿命

3、高温燃料电池：

工作温度高于750℃。

燃料电池必须采用熔融炎或固体氧化物电解质，可以不采用特殊催化剂的情况下获得实用的高电压及高电流密度。

其燃料除氢外，还可以采用煤制气、天然气、甲烷、沼气等

按燃料的来源分：

1、直接式燃料电池燃料是固态或气态纯氢不需要复杂的汽化产生氢的过程，但需要铂、金、银等贵重金属作为催化剂。

直接甲醇式燃料电池也无须预先重整，可直接将甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，但需要消耗更多的铂催化剂。

2、间接式燃料电池：

可将天然气、甲烷、汽油、LPG、二甲醚等作为燃料，经过重整和纯化后转变为氢或富氢燃料其在供给燃料电池

3、再生式燃料电池：

可将燃料电池生成的水经适当的方法分解成氢及氧，在输送给燃料电池进行发电。

按燃料电池采用的电解质分

1、碱性燃料电池简称AFC，以石棉网作为电解质的载体，以氢氧化钾水溶液作为电解质工作温度70-200℃必须以纯氢作为阳极燃料气体，以纯氧作为阴极氧化剂，以铂、金、银等贵重金属，或者镍钴锰等过渡金属为催化剂。

因其电解质腐蚀性强，故寿命短。

优点;起动快，功率密度高，性能较为可靠。

2、磷酸燃料电池：

PAFC以磷酸水溶液作为电解质，工作温度150-200摄氏度，电极上须加铂催化剂来加速反应。

在低温时，PAFC的离子电导度较差，而且样机铂极易受到CO毒化，由于酸性电解质的腐蚀，寿命较短。

燃料必须进行外重整改质，气体燃料中CO的体积分数必须小于百分之零点五。

缺点：

起动时间长。

3、质子交换膜燃料电池：

PEMFC工作温度80摄氏度。

需要在电极上一层极薄的铂进行催化，以保证电化学反应能正常缓慢地进行。

其体内唯一液体为水，腐蚀性较低，寿命较长。

在低温下也具有起动时间短的特性，电流密度和电压密度较高，为电动汽车动力源首选。

4、熔融碳酸盐燃料电池：

MCFC电解质分布在多孔陶瓷材料中的碱性碳酸盐，工作温度600-800摄氏度。

碱性碳酸盐在高温下呈现融融状态，其离子传导度极佳在高温下不需要贵金属催化剂。

可以直接以石油和天然气的碳氢化合物作为燃料，发电效率较高。

需在高温下工作，不适合于电动汽车，电解质的温度和腐蚀特性，不适合做移动电源和便携式电器的不间断电源

5、固态氧化物燃料电池：

SOFC电解质为固态非多孔金属氧化物，工作温度650-1000摄氏度，无须铂等贵重金属作为催化剂，且无电解质蒸发和电池材料腐蚀的问题。

电池的寿命较长。

可以用石油和天然气等氢化合物作为燃料。

燃料可以在其内部进行重组改质，起动时间长，不适合作为应急电源

质子交换膜电池由于工作温度低，起动时间短，效率高，因此是电动汽车燃料电池的首选。

PLL设置：

/*************************************************************************

函数名称:

voidSetBusCLK_40M（void）

功能简介:

设置总线频率为40MHz，晶振频率16MHz

入口参数:

无

出口参数:

无

*************************************************************************/

voidSetBusCLK_40M（void）

{

CLKSEL_PLLSEL=0;//不使能锁相环时钟

PLLCTL_PLLON=1;//锁相环电路允许

/*SYNR=（VCOFRQ1|VCOFRQ0|SYNR5|SYNR4|//

SYNR3|SYNR2|SYNR1|SYNR0|//）*/

SYNR=0xc0|0x04;//VCO_clock=2*osc_clock*（1+SYNR）/（1+REFDV）=80MHz;

//VCOFRQ[1:

0]=1:

1,代表VCO_clock在80~160MHz之间

/*REFDV=（REFFRQ1|REFFRQ1|REFDV5|REFDV4|//

REFDV3|REFDV2|REFDV1|REFDV0|//

）*/

REFDV=0x80|0x01;//VCO_clock=2*osc_clock*（1+SYNR）/（1+REFDV）=80MHz;

//REF_clock=osc_clock/（REFDV+1）=16/（1+1）=8MHz

//REFFRQ[1:

0]=1:

0,因为参考时钟在6~12MHz之间

POSTDIV=0x00;//VCO_clock=PLL_clock

_asm（nop）;//短暂延时，等待时钟频率稳定

_asm（nop）;

while（!

（CRGFLG_LOCK==1））//时钟频率已稳定，锁相环频率锁定

{

;

}

CLKSEL_PLLSEL=1;//使能锁相环时钟

}

增量式PID控制算法C51程序

/*====================================================================================================

PIDFunction

=====================================================================================================*/

typedefstructPID

{

intSetPoint;//设定目标DesiredValue

longSumError;//误差累计

doubleProportion;//比例常数ProportionalConst

doubleIntegral;//积分常数IntegralConst

doubleDerivative;//微分常数DerivativeConst

intLastError;//Error[-1]

intPrevError;//Error[-2]

}PID;

staticPIDsPID;

staticPID*sptr=&sPID;

/*====================================================================================================

InitializePIDStructurePID参数初始化

=====================================================================================================*/

voidIncPIDInit（void）

{

sptr->SumError=0;

sptr->LastError=0;//Error[-1]

sptr->PrevError=0;//Error[-2]

sptr->Proportion=0;//比例常数ProportionalConst

sptr->Integral=0;//积分常数IntegralConst

sptr->Derivative=0;//微分常数DerivativeConst

sptr->SetPoint=0;

}

/*====================================================================================================

增量式PID计算部分

=====================================================================================================*/

intIncPIDCalc（intNextPoint）

{

registerintiError,iIncpid;//当前误差

iError=sptr->SetPoint-NextPoint;//增量计算

iIncpid=sptr->Proportion*iError//E[k]项

-sptr->Integral*sptr->LastError//E[k－1]项

+sptr->Derivative*sptr->PrevError;//E[k－2]项

//存储误差，用于下次计算

sptr->PrevError=sptr->LastError;

sptr->LastError=iError;

//返回增量值

return（iIncpid）;

}

位置式PID程序：

typedefstructPID{

doubleSetPoint;//设定目标Desiredvalue

doubleProportion;//比例常数ProportionalConst

doubleIntegral;//积分常数IntegralConst

doubleDerivative;//微分常数DerivativeConst

doubleLastError;//Error[-1]

doublePrevError;//Error[-2]

doubleSumError;//SumsofErrors

}PID;

/*====================================================================================================

PID计算部分

===============================================================================