CN104760508B - 基于can总线的电动汽车供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，包括微控制单元和电子控制单元，其包括如下步骤：所述微控制单元将符合主机条件的一个电子控制单元设定为主机，并将其他电子控制单元中符合从机条件的电子控制单元设定为从机；所述微控制单元监控主机和从机的工作状态，实时处理调节；所述主机根据来自微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到各个从机，所述主机及从机根据基准电流Ir及各自的反馈电流调节PWM输出，实现恒压输出或恒流输出。本发明通过CAN总线实现多模块的数字化并联策略，避免了以往通过硬件实现多模块并联的复杂度和易受干扰的弊端，提高了系统的灵活性和易扩展性。

Description

基于CAN总线的电动汽车供电控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种基于CAN总线的电动汽车供电控制方法。

背景技术

内燃机车辆，尤其是汽车，其发展是现代工业技术最重大的成就之一。汽车为现代社会的发展，在满足人们每天生活流动性的需求上已经做出了重大贡献。然而全世界大量汽车的应用，已经产生并正在继续引发严重的环境与人类生存问题。近十年来，在与交通运输相关的研究开发领域中，人们致力于发展高效、清洁和安全的运输工具。电动汽车、混合动力汽车和燃料电池车已经被代表性地提议为日后用以代替传统车辆的运输工具。

双源无轨电车作为纯电动汽车一种特殊应用模式正在得到大力的推广，大功率DC-DC控制器作为无轨电车的电源转换单元，是整车电源的重要组成部分，为直流高压线网与无轨电车车身高压电器之间进行能量转换。

然而，由于无轨电车使用的高压线网电压变化范围宽，而电机高效率工作电压范围比较窄，因此高压线网直接为电机控制器提供能量，不符合电动汽车对高节能的要求；单独的大功率DC-DC模块，硬件成本高，可靠性较低；此外，当前市场应用广泛的多模块并联使用的大功率DC-DC通常采用模拟信号实现多模块的同步控制，灵活性和可扩展性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述无轨电车中大功率DC-DC模块成本高、可靠性低、灵活性和可扩展性不高等缺陷，提供一种基于CAN总线的电动汽车供电控制方法。

本发明解决上述技术问题，提供如下解决的技术方案：一种基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，用于实现大功率DC-DC数字化并联控制系统的控制，且所述大功率DC-DC数字化并联控制系统包括微控制单元和多个电子控制单元，所述方法包括如下步骤：

S1、所述微控制单元在所述电子控制单元的在线个数大于1时，将符合主机条件的一个电子控制单元设定为主机，并将其他电子控制单元中符合从机条件的电子控制单元设定为从机；

S2、所述微控制单元监控主机和从机的工作状态；

S3、所述主机根据来自微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到各个从机，所述主机及从机根据基准电流Ir及各自的反馈电流调节PWM输出，实现恒压或恒流输出。

在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述步骤S2包括：

S21、所述主机和从机分别以固定周期向微控制单元发送状态信息；

S22、所述微控制单元根据所述状态信息判断主机和从机的状态，并在所述主机发生故障或处于离线状态时，执行步骤S23，在所述从机发生故障或处于离线状态时，执行步骤S24；

S23、所述微控制单元停止所有主机和从机的工作，并返回步骤S1，以从其他在线或处于从机状态的电子控制单元中重新筛选主机；

S24、所述微控制单元将该处于故障或离线状态的从机停机，并返回步骤S21。

在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述步骤S3包括如下步骤：

S31’、所述主机通过电压环根据微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到每个从机；

S32’、所述主机和从机的电流环分别根据所述基准电流Ir及各自的反馈电流If调节PWM输出，实现恒压输出。

在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述步骤S1中，所述微控制单元从在线的电子控制单元中逐个搜索能满足高压上电且运行正常的电子控制单元，并将最先满足条件的电子控制单元设定为主机。

在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述步骤S1中，所述微控制单元从在线的除主机以外的电子控制单元中逐个搜索能满足高压上电且运行正常的电子控制单元，并设定该电子控制单元为从机。

在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述电子控制单元的个数N由公式N＝P/E决定，其中，P为大功率DC-DC数字化并联控制系统的总功率，E为大功率DC-DC数字化并联控制系统的独立电子控制单元的额定功率。

在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述大功率DC-DC数字化并联控制系统通过微控制单元控制报文，主机控制报文和ECU状态报文实现控制，其中：

所述微控制单元控制报文用于实现所述微控制单元向各个电子控制单元发送主机、从机的设定命令、工作模式、目标电压和目标电流的设定；

所述主机控制报文用于实现所述主机向各个所述从机发送开启或停止命令，并设定电流内环的电流基准；

所述ECU状态报文用于实现各个电子控制单元上传当前工作模式、工作状态和当前的并机状态。

实施本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，具有以下有益效果：通过多个小功率DC-DC模块并联工作，形成大功率分布式供电，具有可模块化、可扩展性、可实现冗余，以及高可靠性和易维护性等许多优点。本发明通过CAN总线实现多模块的数字化并联策略，避免了以往通过硬件实现多模块并联的复杂度和易受干扰的弊端，提高了系统的灵活性和易扩展性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于CAN总线的电动汽车供电控制方法的实施例的流程示意图；

图2是图1的实施例中步骤S2流程示意图；

图3是图1的实施例中步骤3的恒压控制方法的流程示意图；

图4是图1的实施例中步骤3的恒流控制方法的流程示意图；

图5是图1的实施例中步骤3的恒压控制方法的拓扑结构示意图；

图6是图1的实施例中步骤3的恒流控制方法的拓扑结构示意图；

图7是本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法的实施例的通信报文的传输路径示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于CAN总线的电动汽车供电控制方法用于实现大功率DC-DC数字化并联控制系统的控制，且上述大功率DC-DC数字化并联控制系统包括微控制单元和多个电子控制单元。具体地，上述微控制单元和各电子控制单元通过波特率为500Kbps的CAN总线进行信息交互。电子控制单元的个数N通过公式N＝P/E决定，其中，P为大功率DC-DC数字化并联控制系统的总功率，E为大功率DC-DC数字化并联控制系统的独立电子控制单元的额定功率。

如图1所示，是本发明基于CAN总线的电动汽车供电控制方法实施例的流程示意图，本实施例中的方法包括如下步骤：

S1、微控制单元在所述电子控制单元的在线个数大于1时，将符合主机条件的一个电子控制单元设定为主机，并将其他电子控制单元中符合从机条件的电子控制单元设定为从机；

S2、微控制单元监控主机和从机的工作状态；

S3、主机根据来自微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到各个从机，所述主机及从机根据基准电流Ir及各自的反馈电流调节PWM输出，实现恒压或恒流输出。

上述基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，实现了多个小功率DC-DC模块并联工作，形成大功率分布式供电系统，具有可模块化、可扩展性、可实现冗余，以及高可靠性和易维护性等许多优点。

如图2所示，本发明图1的实施中步骤S2的流程示意图，其实现了对在工作状态下的主机和从机进行实时监测，当发现突发情况，进行调整。具体地，上述步骤S2具体可包括以下步骤：

S21、所述主机和从机分别以固定周期向微控制单元发送状态信息；

S22、所述微控制单元根据所述状态信息判断主机和从机的状态，并在所述主机发生故障或处于离线状态时，执行步骤S23，在所述从机发生故障或处于离线状态时，执行步骤S24；

S23、所述微控制单元停止所有主机和从机的工作，并返回步骤S1，以从其他在线或处于从机状态的电子控制单元中重新筛选主机；

S24、所述微控制单元将该处于故障或离线状态的从机停机，并返回步骤S21。

如图3所示，是图1的实施例的步骤3的恒流控制方法的流程示意图。具体地，上述基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中的主机根据来自微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到各个从机，所述主机及从机根据基准电流Ir及各自的反馈电流调节PWM输出恒压或恒流，其中，所述恒流控制的方法包括如下步骤：

S31、所述微控制单元向所述主机和从机提供输入电流Ir；

S32、所述主机或从机分别根据所述微控制单元提供的输入电流Ir和各自的反馈电流If调节PWM输出，实现恒流输出。

本发明的恒流控制的方法步骤，实现了基于CAN总线对电动汽车的大功率DC-DC数字化的恒流控制。

如图4所示，本发明图1的实施例中实现步骤3的恒压控制方法的流程示意图；在上述基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中的主机根据来自微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到各个从机，所述主机及从机根据基准电流Ir及各自的反馈电流调节PWM输出恒压或恒流，恒压控制过程可通过如下步骤实现：

S31’、所述主机通过电压环根据微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到每个从机；

S32’、所述主机和从机的电流环分别根据所述基准电流Ir及各自的反馈电流If调节PWM输出，实现恒压输出。

本发明的恒压控制的方法步骤，实现了基于CAN总线对电动汽车的大功率DC-DC数字化的恒压控制。

图5是图1的实施例中实现步骤3的恒压控制方法的拓扑结构示意图；该方法中的主机采用电压、电流双环控制方式，所述MCU向主机输入电压Vr，所述主机控制电压外环根据微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir，并将该基准电流Ir输入到每个从机；

所述从机采用单电流环控制方式，将基准电流Ir作为单电流环的电流；

所述主机和从机根据同一基准电流Ir调节PWM输出恒定电压。

图6是图1的实施例中实现步骤3的恒流控制方法的拓扑结构示意图；在基于CAN总线的电动汽车供电控制方法的实施例的步骤3的恒流控制方法中，所述主机采用单电流环控制方式，所述MCU控制所述电流环的电压采用目标电压Vr作为基准电压；

所述从机同样采用单电流环控制方式，电流环的电压采用目标电压Vr作为基准电压；

所述主机和从机根据同一基准电流Vr调节PWM输出，实现恒定电流输出。

图7是本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法的实施例的通信报文的传输路径示意图；在本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法中，所述大功率DC-DC数字化并联控制系统的报文传输路径为三组，分别为微控制单元控制报文，主机控制报文和ECU状态报文；

所述微控制单元控制报文为所述微控制单元向各个电子控制单元发送主机、从机的设定命令、工作模式、目标电压和目标电流；

所述主机控制报文为所述主机向各个所述从机发送开启或停止命令，并设定电流内环的电流基准；

所述ECU状态报文为各个电子控制单元上传当前工作模式、工作状态和当前的并机状态，便于所述微控制单元和ECU实现对所述主从机的实时设定以及相应电流的分配；

其中，所述微控制单元控制报文为一帧报文，所述主机控制报文为一帧报文，所述ECU状态报文为N帧报文，其中，所述N为电子控制单元的个数N。

实施本发明的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法通过多个小功率DC-DC模块并联工作，形成大功率分布式供电系统，具有可模块化、可扩展性、可实现冗余，以及高可靠性和易维护性等许多优点；通过CAN总线实现多模块的数字化并联策略，避免了以往通过硬件实现多模块并联的复杂度和易受干扰的弊端，提高了系统的灵活性和易扩展性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，用于实现大功率DC-DC数字化并联控制系统的控制，且所述大功率DC-DC数字化并联控制系统包括微控制单元和多个电子控制单元，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、所述微控制单元在所述电子控制单元的在线个数大于1时，将符合主机条件的一个电子控制单元设定为主机，并将其他电子控制单元中符合从机条件的电子控制单元设定为从机；

S2、所述微控制单元监控主机和从机的工作状态；

S3、所述主机根据来自微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到各个从机，所述主机及从机根据基准电流Ir及各自的反馈电流调节PWM输出，实现恒压或恒流输出。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、所述主机和从机分别以固定周期向微控制单元发送状态信息；

S22、所述微控制单元根据所述状态信息判断主机和从机的状态，并在所述主机发生故障或处于离线状态时，执行步骤S23，在所述从机发生故障或处于离线状态时，执行步骤S24；

S23、所述微控制单元停止所有主机和从机的工作，并返回步骤S1，以从其他在线或处于从机状态的电子控制单元中重新筛选主机；

S24、所述微控制单元将该处于故障或离线状态的从机停机，并返回步骤S21。

3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：

S31’、所述主机通过电压环根据微控制单元的目标电压Vr和系统反馈电压Vf生成基准电流Ir并发送到每个从机；

S32’、所述主机和从机的电流环分别根据所述基准电流Ir及各自的反馈电流If调节PWM输出，实现恒压输出。

4.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述微控制单元从在线的电子控制单元中逐个搜索能满足高压上电且运行正常的电子控制单元，并将最先满足条件的电子控制单元设定为主机。

5.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述微控制单元从在线的除主机以外的电子控制单元中逐个搜索能满足高压上电且运行正常的电子控制单元，并设定该电子控制单元为从机。

6.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，其特征在于，所述电子控制单元的个数N由公式N＝P/E决定，其中，P为大功率DC-DC数字化并联控制系统的总功率，E为大功率DC-DC数字化并联控制系统的独立电子控制单元的额定功率。

7.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电动汽车供电控制方法，其特征在于，所述大功率DC-DC数字化并联控制系统通过微控制单元控制报文，主机控制报文和ECU状态报文实现控制，其中：

所述微控制单元控制报文用于实现所述微控制单元向各个电子控制单元发送主机、从机的设定命令、工作模式、目标电压和目标电流的设定；

所述主机控制报文用于实现所述主机向各个所述从机发送开启或停止命令，并设定电流内环的电流基准；

所述ECU状态报文用于实现各个电子控制单元上传当前工作模式、工作状态和当前的并机状态。