CN107065689A - 一种新型电动车供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型电动车供电装置，包括电池、用于控制电池输出的控制器、MEMS传感器平台、加热制冷模块、充电模块、CAN数据总线，开关网络，所述开关网络分别与加热制冷模块、充电模块电联接，所述控制器通过CAN总线通过CAN数据总线接收来自MEMS传感器平台的信号或向MEMS传感器平台及开关电路发出控制信号；所述控制器通过接收来自MEMS传感器平台的温度信号，通过PID模糊控制算法对加热制冷模块进行温度控制。本发明提供的新型电动车供电装置精度高，鲁棒性好，可适用于电动自行车或摩托车。

Description

一种新型电动车供电装置
技术领域
本发明属于电动车领域，涉及一种新型电动车供电装置。
背景技术
MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。
PID控制是目前应用十分广泛的一种控制方法。其基本形式是将偏差的比例、积分、微分三个参数通过线性组合去构成控制器。系统的品质就取决于上述三参数的优劣。在现代控制领域中，控制对象越来越复杂，但对系统的控制精度，响应速度，抗干扰的要求越来越高，特别是在具有强干扰的由于PID控制器的局限性，很难达到理想的控制效果。基于卡尔曼滤波算法的P1D在滤除过程噪声和测量噪声干扰方面有非常良好性能。
CN 105015363 A提供了一种基于分层协调的分布式驱动汽车控制系统，包括车速传感器、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、助力电机电枢电流传感器、油门踏板信号处理模块、制动踏板信号处理模块、驱动电机状态监测模块、陀螺仪、CAN总线；协调控制器、EPS控制器、转矩分配控制器、右前轮驱动电机控制器、左前轮驱动电机控制器、右后轮驱动电机控制器、左后轮驱动电机控制器；助力电机以及四个驱动电机。该发明还提供一种基于分层协调的分布式驱动汽车控制方法，可以有效降低来自于EPS系统和转矩分配系统之间的相互影响，在保证实现整车综合性能最优的基础之上，对EPS系统和转矩分配系统进行分工况协调控制，有效提高分布式驱动汽车的操纵稳定性。但该技术方案过于复杂，并不能适用于电动自行车或电动摩托车小型化，轻便性的需求。
发明内容
本发明在于提供了一种新型电动车供电装置，以适应现有轻便化的需求。
为实现上述目的，本发明提供了一种新型电动车供电装置，包括电池、用于控制电池输出的控制器、MEMS传感器平台、加热制冷模块、充电模块、CAN数据总线，开关网络，所述开关网络分别与加热制冷模块、充电模块电联接，所述控制器通过CAN总线通过CAN数据总线接收来自MEMS传感器平台的的信号或向MEMS传感器平台及开关电路发出控制信号，
所述MEMS传感器平台包括温度传感器，陀螺仪、加速度传感器；所述温度传感器用于检测加热制冷模块的温度；
所述控制器通过接收来自MEMS传感器平台的温度信号，采用PID模糊控制算法对加热制冷模块进行温度控制；
所述控制器通过卡尔曼滤波对MEMS传感器平台的传感器的信号进行修正；
所述控制器通过接收来自陀螺仪、加速度传感器的信号对电池进行输出电压、电流控制。
优选的，所述控制器通过遗传卡尔曼滤波算法的PID控制来控制加热制冷模块的温度。
优选的，所述遗传卡尔曼滤波算法具体为：
其中J为最终输出信号，w1，w2，w3为最优指标中的各个系数，w4为超调惩罚系数，t时刻偏差为e(t)＝rin(t)-yout(t)，u(t)是温度传感器温度的输入信号，tu＝1。
优选的，所述制冷加热模块为半导体加热元件。
进一步的，所述制冷加热模块中加热元件为PTC或聚酯加热膜。
优选的，所述MEMS传感器平台、加热制冷模块、充电模块可集成到控制器内部。所述控制器包括ARM处理器和热电偶数字转换芯片。
进一步的，所述温度传感器为非接触式红外传感器。
本发明第二方面的发明目的在于提供一种箱体，包括第一方面的供电装置，所述箱体内侧的侧壁上紧贴有保温材料，所述箱体被垂直放置的可拆卸中隔膜分割为不同的保温区域，强化塑料骨架根据所述箱体形状布置，在所述箱体内侧支撑所述箱体。
进一步的，所述保温材料上附有可水洗加热膜。
本发明第三方面的发明目的在于提供了一种电动车，包括了第二发明的供电装置。
本发明的有益效果是：
1.可提高信噪比。在同一个芯片上进行信号传输前可放大信号以提高信号水平，减小干扰和传输的噪声，在同一芯片上进行A/D转换时，可进一步改善信噪比。
2.MEMS传感器平台将不同的敏感元件集成在同一芯片上实现多功能传感(如微型气敏传感器)。由于MEMS传感器体积微小，重量极轻，因此其附贴片钽电容加质量等因素对被测系统的影响可以忽略不计，可提高测量精度。
3.通过卡尔曼信号融合滤波对多个传感器的信号进行互补，实现对陀螺仪漂移误差的修正。基于卡尔曼滤波算法的PID在滤除过程噪声和测量噪声干扰方面有非常良好性能。
4.采用ARM和热电偶数字转换芯片，集成了模拟信号放大器、冷端补偿信号产生电路、非线性校正电路、断线检测电路、A/D转换器及串行数字控制电路的热电偶信号放大器与数字转换器。提高了系统的可靠性，减少了设计的复杂性。
5.放置供电装置的箱体内侧的侧壁上紧贴有保温材料，通过垂直放置的可拆卸中隔膜将箱体内侧分割为不同的保温区域，可以根据需要在某些区域的保温材料上添加可水洗加热膜，将需要加热和保温的食物区分开，实现箱体的加热和保温的双重功能。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图之一；
图2为本发明的系统结构示意图之二；
图3为本发明的控制器控制温度原理图；
图4为本发明的箱体结构示意图。
具体实施方式
为实现上述目的，如图1所示，一种新型电动车供电装置1，包括电池2、用于控制电池2输出的控制器3、MEMS传感器平台6、加热制冷模块5、充电模块7、CAN数据总线，开关网络4，所述开关网络4分别与加热制冷模块5、充电模块7电联接，所述控制器3通过CAN总线通过CAN数据总线接收来自MEMS传感器平台6的的信号或向MEMS传感器平台6及开关电路发出控制信号，
所述MEMS传感器平台6包括温度传感器，陀螺仪、加速度传感器；所述温度传感器用于检测加热制冷模块5的温度；
所述控制器3通过接收来自MEMS传感器平台6的温度信号，采用PID模糊控制算法对加热制冷模块5进行温度控制；
所述控制器3通过卡尔曼滤波对MEMS传感器平台6的传感器的信号进行修正；
所述控制器3通过接收来自陀螺仪、加速度传感器的信号对电池2进行输出电压、电流控制。
所述控制器3通过遗传卡尔曼滤波算法的PID控制来控制加热制冷模块5的温度。
充电模块7包括有线或无线端子，以适应不同充电场景。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，为了提高集成度，模块小型化，所述MEMS传感器平台6、加热制冷模块5、充电模块7可集成到控制器3内部。所述控制器3包括ARM处理器和热电偶数字转换芯片。热电偶是一种耐高温电偶传感器,它具有测温精度高、运行稳定、结构简单、制造容易、测温范围宽等特点,该热电偶的正极为含铬的镍铬合金,负极为含硅的镍硅合金。将热电偶应用到嵌入式ARM系统时,却存在着以下几方面的问题信号微弱。
热电偶测温时产生的信号很微弱,需要对其进行放大处理。
非线性。热电偶的输出热电势与温度之间的关系为非线性关系,因此在应用时必须进行线性化处理。
冷端补偿。热电偶输出的热电势为冷端保持为℃时与测量端的电势差值,而在实际应用中冷端的温度是随着环境的温度而变化的,所以需要进行冷端补偿。
数字化输入。与嵌入式系统接口必然要采用数字化输接口,而作为模拟信号测温元件的热电偶是一种模拟小信号的测温元件,显然无法直接满足这个要求。
因此若将热电偶应用到嵌入式系统时必须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性化、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。本发明采用的MAX6657是MAXIM公司生产的型热电偶专用芯片,它是一个集成了模拟信号放大器、冷端补偿信号产生电路、非线性校正电路、断线检测电路、A/D转换器及串行数字控制电路的热电偶信号放大器与数字转换器。提高了系统的可靠性,减少了设计的复杂性。
如图3所示，y是温度传感器信号，yout是经卡尔曼滤波器后的输出信号，youtv是受到干扰的信号。W为最优指标，u(t)是被控对象的输入信号，v为干扰信号。
其中w1，w2，w3为最优指标中的各个系数，w4为超调惩罚系数，t时刻偏差为
e(t)＝rin(t)-yout(t)，u(t)是温度传感器温度的输入信号，tu＝1。
在本发明的一个实施例中，所述制冷加热模块为半导体加热元件。半导体制冷加热元件，可根据用户的实际，调整控制器3用于加热保温或制冷，而不必设置单独的制冷或加热系统，减小了系统整体的复杂度和降低了能耗，提高了稳定性，使供电装置的小型化、智能化。
在本发明的一个实施例中，所述制冷加热模块中加热元件为PTC或聚酯加热膜。
本发明的第二方面还提供了一种箱体，该箱体包含了第一方面所提供的供电装置。强化塑料骨架根据所述箱体形状沿其内侧布置，在箱体内侧支撑整个箱体。在箱体内侧的侧壁上紧贴有保温材料13，箱体被垂直放置的可拆卸中隔膜14分割为不同的保温区域，可以根据需要来调节可拆卸中隔膜14的数量，将箱体分割为多个加热或保温区域，在某些区域的保温材料13上添加可水洗加热膜15，剩余区域可不用添加可水洗加热膜15，将需要加热和保温的食物区分开，实现箱体的加热和保温的双重功能。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，可拆卸中隔膜14数量为1个，并垂直设置在箱体的中部，将箱体均匀分成两个区域，在第一区域11侧壁的保温材料13上添加可水洗加热膜15，可水洗加热膜15为flex加热膜，可以通过上述制冷加热模块控制flex加热膜加热，提供热量，使食物得到加热保温。在第二区域12侧壁上只需要紧贴保温材料13，使该区域内的食物得到保温效果。避免了材料的浪费。
在本发明的一个实施例中，可拆卸中隔膜14数量为2个，并垂直设置在箱体中，将箱体均匀分成三个区域。
本发明第三方面还提供了一种电动车，该电动车包含了第二方面的箱体。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种新型电动车供电装置，包括电池、用于控制电池输出的控制器、MEMS传感器平台、加热制冷模块、充电模块、CAN数据总线，开关网络，所述开关网络分别与加热制冷模块、充电模块电联接，所述控制器通过CAN总线通过CAN数据总线接收来自MEMS传感器平台的的信号或向MEMS传感器平台及开关电路发出控制信号，其特征在于，
所述MEMS传感器平台包括温度传感器，陀螺仪、加速度传感器；所述温度传感器用于检测加热制冷模块的温度；
所述控制器通过接收来自MEMS传感器平台的温度信号，采用PID模糊控制算法对加热制冷模块进行温度控制；
所述控制器通过卡尔曼滤波对MEMS传感器平台的传感器的信号进行修正；
所述控制器通过接收来自陀螺仪、加速度传感器的信号对电池进行输出电压、电流控制。
2.根据权利要求1所述的新型电动车供电装置，其特征在于，所述控制器通过遗传卡尔曼滤波算法的PID控制来控制加热制冷模块的温度。
3.根据权利要求2所述的新型电动车供电装置，其特征在于，所述遗传卡尔曼滤波算法具体为：
其中J为最终输出信号，w1，w2，w3为最优指标中的各个系数，w4为超调惩罚系数，t时刻偏差为e(t)＝rin(t)-yout(t)，u(t)是温度传感器温度的输入信号，tu＝1。
4.根据权利要求1所述的新型电动车供电装置，其特征在于，所述制冷加热模块为半导体加热元件。
5.根据权利要求4所述的新型电动车供电装置，其特征在于，所述制冷加热模块中加热元件为PTC或聚酯加热膜。
6.根据权利要求1所述的新型电动车供电装置，其特征在于，所述MEMS传感器平台、加热制冷模块、充电模块可集成到控制器内部，所述控制器包括ARM处理器和热电偶数字转换芯片。
7.根据权利要求6所述的新型电动车供电装置，其特征在于，所述温度传感器为非接触式红外传感器。
8.一种箱体，其特征在于，所述箱体包括权利要求1～7的任一所述供电装置，所述箱体内侧的侧壁上紧贴有保温材料，所述箱体被垂直放置的可拆卸中隔膜分割为不同的保温区域，强化塑料骨架根据所述箱体形状布置，在所述箱体内侧支撑所述箱体。
9.根据权利要求8所述的一种箱体，其特征在于，所述保温材料上附有可水洗加热膜。
10.一种电动车，其特征在于，所述电动车包括权利要求9所述的箱体。
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