CN105186626A

CN105186626A - 一种基于dsp的数字化电动汽车充电方法

Info

Publication number: CN105186626A
Application number: CN201510655323.9A
Authority: CN
Inventors: 丁绪星; 黄薛龙; 王宸; 崔婷玉; 王兵兵
Original assignee: Anhui Normal University
Current assignee: Anhui Normal University
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明公开了一种基于DSP的数字化电动汽车充电方法，包括以下几个步骤：步骤一、系统控制主程序进行初始化；步骤二、定时中断触发，启动A/D转换，进入中断服务子程序，读取采集的充电电压值，将电压值与A/D转换模块设置的标志位进行比较，若采集的电压值大于设置的标志位，则停止PWM的输出，若采集的电压值小于设置的标志位，则调用PI调节子程序，刷新PWM的输出，执行步骤三；步骤三：FlexPWM模块根据PWM的输出值，输出PWM脉冲，调节主功率电路输出电压。通过DSP实现了电动汽车充电的全数字化控制，降低了电动汽车控制电路的成本，提高了输出电压和A/D转换的精度，提升了充电效率。

Description

一种基于DSP的数字化电动汽车充电方法

技术领域

本发明属于一种电池充电方法，具体涉及一种基于DSP的数字化电动汽车充电方法。

背景技术

电动汽车蓄电池的一般充电方法有常规式充电和快速式充电，其中，常规式充电采用阶段式充电方法，输出电压电流较小，功率相对较低，并且单一的恒压、恒流充电方法会导致充电效率极低。快速充电式方法采用大电流对电池充电，充电时间短，但是成本昂贵，并且大电流会导致电池严重损坏，寿命降低，严重阻碍了电动汽车的发展。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于DSP的数字化电动汽车充电方法，采用五阶段充电法，DSP根据检测到的蓄电池的剩余电量后自动改变PWM的输出，从而选择充电区间。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于,包括以下几个步骤：步骤一、系统控制主程序进行初始化，包括I/O端口、定时器、看门狗、FlexPWM模块、调频锁相环、A/D转换模块和通用GPIO端口；步骤二、定时中断触发，启动A/D转换，进入中断服务子程序，读取采集的充电电压值，将电压值与A/D转换模块设置的标志位进行比较，若采集的电压值大于设置的标志位，则停止PWM的输出，若采集的电压值小于设置的标志位，则调用PI调节子程序，刷新PWM的输出，执行步骤三；步骤三：FlexPWM模块根据PWM的输出值，输出PWM脉冲，调节主功率电路输出电压。所述定时中断周期设置为电压采样周期的一半，PWM输出设置为全循环递增递减计数模式，频率设置为时钟周期的十六分之一，采集的电压值输入到DSP控制芯片的AN5口。步骤二中所述PI调节子程序是一种采样控制法，控制的增量来自电压环和电流环的偏差，并调节PFM的频率，实现对输出电压值和电流值的改变。其数学表达式为：

u (k) = k_{p} \cdot {e (k) + \frac{T}{T_{j}} Σ_{j = 0}^{k} e (j) + \frac{T_{d}}{T} [e (k) - e (k - 1)]}

写成差分方程为：

v(n)＝v(n-1)+Kp[e(n)-e(n-1)]+Ki*e(n)其具体步骤为：S01、首先判断上一项PI的输出v(n-1)是否达到最大值，若已达到v_max，则只积累负偏差，若v(n-1)小于v_min，则只积累正偏差，使v(n-1)＝v(n)，e(n-1)＝e(n)，中断返回，其中，v(n)为输出值，e(n)为误差值；S02、若上一项PI的输出v(n-1)介于最大值和最小值之间，则输出值v(n)＝v(n-1)+Kp[e(n)-e(n-1)]+Ki*e(n)，其中，K_i为积分系数，Kp为微分系数，对输出值v(n)进行判断，如果大于最大值，则将最大值赋值为v(n)，如果小于最小值，则将最小值赋值给v(n)，否则，使v(n-1)＝v(n)，e(n-1)＝e(n)，中断返回。

步骤二中PWM输出的具体确定方法为：M01，当系统进入预备充电阶段，以7A恒流充电，当单节电池电压达到10.8V时,进入第一充电阶段M02；M02，第一充电阶段以20A电流恒流充电，当单节电池电压达到14.4V时,进入第二充电阶段M03；M03，第二充电阶段M03以16A电流恒流充电，当单节电池电压达到14.7V时,进入第三充电阶段M04；M04，第三充电阶段以14.7V电压恒压充电，当充电电流降到3A时,进入M05浮充阶段；M05，浮充阶段以14.4V充电5分钟后停止，当电压降至13.6V时再以14.4V充电5分钟，如此循环总计2h后充电结束。所述步骤M01中，预充电阶段时间超过4小时后，充电器停止工作。步骤M02中充电时间超过12小时，或者电池容量超过160AH时，强制跳入M03。步骤M04中当时间超过5个小时的时候停止充电。

本发明有益效果是:相比较传统的二阶段和三阶段充电方法，五阶段充电法划分得更详细，不仅提高充电效率且对电池起到保护作用。本方法与传统的模拟化充电方法相比较，充电器转换效率提高3％，输出电压最大纹波率降低一半，实现全数字化充电控制与调节，降低成本。通过DSP实现了电动汽车充电的全数字化控制，降低了电动汽车控制电路的成本，提高了输出电压和A/D转换的精度，提升了充电效率。通过五阶段充电法实现了实时调控输出频率，从而稳定输出电压，实现电动汽车充电的自动调节。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明的具体实施方式的系统软件的主流程图。

图2是本发明的具体实施方式的中断服务子程序流程图。

图3是本发明的具体实施方式的PI调节子程序的流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明的数字控化充电制方法包括如下步骤，步骤一、系统控制主程序进行初始化，包括I/O端口、定时器、看门狗、FlexPWM模块、调频锁相环、A/D转换模块和通用GPIO端口；步骤二、定时中断触发，启动A/D转换，进入中断服务子程序，读取采集的充电电压值，将电压值与A/D转换模块设置的标志位进行比较，若采集的电压值大于设置的标志位，则停止PWM的输出，若采集的电压值小于设置的标志位，则调用PI调节子程序，刷新PWM的输出，执行步骤三；步骤三：FlexPWM模块根据PWM的输出值，输出PWM脉冲，调节主功率电路输出电压。

图1是系统软件的主程序图。系统控制主程序进行I/O端口、定时器，看门狗，FlexPWM，调频锁相环，A/D转换，通用GPIO端口的初始化。定时中断周期设置为采样控制周期T的一半，A/D转换模块内部设置采样标志位，PWM输出设置为全循环递增递减计数模式，频率设置为时钟周期的十六分之一，采样电路将电池的信息输入到DSP控制芯片的AN5口。

图2是A/D中断服务程序流程图。使能定时中断，系统触发定时中断后，进入中断服务子程序，读取采集的电压值。若采集的电压值大于设置的标志位，则停止PWM的输出；若采集的电压值小于设置的标志位，则调用PID调节子程序，将得到的电压误差信号送入驱动脉冲频率调整环节。最后，由PWM模块根据五步充电法的充电需求实时更新PWM的输出值，生成相应的PWM脉冲信号，从而调整主电路功率的开关频率，进而调节系统的输出。

图3是上述的PID算法流程图，是一种采样控制法，控制的增量来自电压环和电流环的偏差，并调节PFM的频率，实现对输出电压值和电流值的改变。在实际设计中为了防止抖动，采用回滞法处理，允许存在误差Δe的值。当测量值e|<Δe时,不改变。当|e|>Δe时,改变控制量，并调节电压与电流的值。数字PID双闭环算法其输出量不是连续的，而是离散的，只能根据采样时的误差值计算实现数字控制。

其数学表达式为：

u (k) = k_{p} \cdot {e (k) + \frac{T}{T_{j}} Σ_{j = 0}^{k} e (j) + \frac{T_{d}}{T} [e (k) - e (k - 1)]}

写成差分方程为：

v(n)＝v(n-1)+Kp[e(n)-e(n-1)]+Ki*e(n)

其中v(n)为输出值，K_i为积分系数，Kp为微分系数，e(n)为误差值。

在计算v(n)之前，先判断上一项PI的输出v(n-1)是否达到最大值，若已达到v_max，则只积累负偏差，若v(n-1)小于v_min，则只积累正偏差。

其具体步骤为：S01、首先判断上一项PI的输出v(n-1)是否达到最大值，若已达到v_max，则只积累负偏差，若v(n-1)小于v_min，则只积累正偏差，使v(n-1)＝v(n)，e(n-1)＝e(n)，中断返回，其中，v(n)为输出值，e(n)为误差值；S02、若上一项PI的输出v(n-1)介于最大值和最小值之间，则输出值v(n)＝v(n-1)+Kp[e(n)-e(n-1)]+Ki*e(n)，其中，K_i为积分系数，Kp为微分系数，对输出值v(n)进行判断，如果大于最大值，则将最大值赋值为v(n)，如果小于最小值，则将最小值赋值给v(n)，否则，使v(n-1)＝v(n)，e(n-1)＝e(n)，中断返回。

PWM输出的具体确定方法为：当系统进入预备充电阶段，电流为7A恒流充电。单节电池电压达到10.8V时,进入s1002。

S1002，充电超时检测，预充电阶段时间超过4小时后，充电器停止工作。否则进入s1003恒流充电1阶段。

S1003，该阶段充电器以20A电流恒流充电。当单节电池电压达到14.4V时,进入s1005。

S1004，恒流充电1阶段充电超时，超时检测，当充电时间超过12小时，或者电池容量超过160AH时，强制跳入s1005。

S1005，该阶段充电器以16A电流恒流充电。当单节电池电压达到14.7V时,进入s1006。

S1006，该阶段充电器以14.7V电压恒压充电。当充电电流降到3A时,进入s1008浮充阶段。

S1007,检测充电时间是否超时，当时间超过5个小时的时候停止充电。

S1008，浮充阶段以14.4V充电5分钟后停止，当电压降至13.6V时再以14.4V充电5分钟，如此循环总计2h后充电结束。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于,包括以下几个步骤：

步骤一、系统控制主程序进行初始化，包括I/O端口、定时器、看门狗、FlexPWM模块、调频锁相环、A/D转换模块和通用GPIO端口；

步骤二、定时中断触发，启动A/D转换，进入中断服务子程序，读取采集的充电电压值，将电压值与A/D转换模块设置的标志位进行比较，若采集的电压值大于设置的标志位，则停止PWM的输出，若采集的电压值小于设置的标志位，则调用PI调节子程序，刷新PWM的输出，执行步骤三；

步骤三：FlexPWM模块根据PWM的输出值，输出PWM脉冲，调节主功率电路输出电压。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于，所述定时中断周期设置为电压采样周期的一半，PWM输出设置为全循环递增递减计数模式，频率设置为时钟周期的十六分之一，采集的电压值输入到DSP控制芯片的AN5口。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于，所述步骤二中所述PI调节子程序的具体步骤为：

S01、首先判断上一项PI的输出v(n-1)是否达到最大值，若已达到v_max，则只积累负偏差，若v(n-1)小于v_min，则只积累正偏差，使v(n-1)＝v(n)，e(n-1)＝e(n)，中断返回，其中，v(n)为输出值，e(n)为误差值；

S02、若上一项PI的输出v(n-1)介于最大值和最小值之间，则输出值v(n)＝v(n-1)+Kp[e(n)-e(n-1)]+Ki*e(n)，其中，K_i为积分系数，Kp为微分系数，对输出值v(n)进行判断，如果大于最大值，则将最大值赋值为v(n)，如果小于最小值，则将最小值赋值给v(n)，否则，使v(n-1)＝v(n)，e(n-1)＝e(n)，中断返回。

4.根据权利要求1所述的基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于，所述步骤二中PWM输出的具体确定方法为：

M01，当系统进入预备充电阶段，以7A恒流充电，当单节电池电压达到10.8V时,进入第一充电阶段M02；

M02，第一充电阶段以20A电流恒流充电，当单节电池电压达到14.4V时,进入第二充电阶段M03；

M03，第二充电阶段M03以16A电流恒流充电，当单节电池电压达到14.7V时,进入第三充电阶段M04；

M04，第三充电阶段以14.7V电压恒压充电，当充电电流降到3A时,进入M05浮充阶段；

M05，浮充阶段以14.4V充电5分钟后停止，当电压降至13.6V时再以14.4V充电5分钟，如此循环总计2h后充电结束。

5.根据权利要求4所述的基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于，

所述步骤M01中，预充电阶段时间超过4小时后，充电器停止工作。

6.根据权利要求4所述的基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于，

步骤M02中充电时间超过12小时，或者电池容量超过160AH时，强制跳入M03。

7.根据权利要求4所述的基于DSP的数字化电动汽车充电方法，其特征在于，

步骤M04中当时间超过5个小时的时候停止充电。