CN109677276B - 一种具有增程器控制功能的混合励磁电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有增程器控制功能的混合励磁电机控制器，包括主控单元、不控整流器和辅助电路；不控整流器将混合励磁电机产生的三相交流电转化为直流电；主控单元具有总线通信、电机控制、模拟信号采样、数字信号输入输出、运算分析功能；辅助电路具有滤波、保护功能。本发明中的混合励磁电机控制成本和难度较低；混合励磁电机可根据励磁电流的大小改变气隙磁场，进而改变输出电流和输出扭矩，不仅可以降低增程器控制难度，而且可以为不同工况下最佳工作转速和扭矩的解耦和单独控制提供了支持；本发明混合励磁电机控制器，同时具备控制混合励磁电机和增程器功能，不仅减少了控制器的占用体积，也降低了硬件成本，还节省了增程器的通信资源。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种具有增程器控制功能的混合励磁电机控制器，属于增程式电动汽车领域，可以同时用于对混合励磁电机和电动汽车增程器实施控制。
背景技术
受限于当前电池的技术水平和制造成本，增程式混合动力汽车是目前传统汽车向未来纯电动汽车过渡的最理想车型之一。所谓增程式电动汽车，是通过在传统电动汽车平台上增加一套内燃机发电或燃料电池发电装置，不仅保留了纯电驱动节能高效和绿色环保的特点，又解决了现有纯电动车存在的动力电池能量密度小、纯电动续航里程短、充电不方便、充电等候时间长等问题。目前世界上主流的增程式电动汽车普遍采用永磁同步电机作为增程器发电机，该类型的增程器在结构和功能上具有功率高，效率高，结构轻便，噪声小等优点，但在控制上同样具有以下缺点：
1.永磁同步式增程器依靠永磁体产生机械能-电能转换所需的气隙磁场，缺乏有效的退逆磁能力。如果永磁同步电机工作在过高或过低的温度下，或机械振荡太过剧烈，将有可能造成不可逆退磁，导致电机无法使用。
2.永磁同步电机的磁场来源于永磁体，磁场强度相对固定。而在实际应用中，增程器发电功率需求频繁变换，在气隙磁场难以调节的情况下，只能通过整流逆变装置来变换输出电压电流，加大了控制难度。同时，可控整流逆变装置价格昂贵，且结构复杂，因此永磁同步电机的控制成本较高。
3.增程式电动汽车由于同时拥有发动机，发电机，驱动电机等机构，电子控制器较多，不仅使得电动汽车内部网络拓扑结构过于复杂，而且消耗控制器之间有限的通信资源。
为了克服以上缺点，混合励磁电机逐渐进入人们的视线。由于混合励磁电机同时继承了励磁电机可逆退磁，调磁方便和永磁电机效率高，转矩质量比大等特点，逐渐成为一种新型的增程器电机选项。
在这样的大背景下，设计一种低成本的，易调节的，稳定可靠的，兼具混合励磁电机和增程器控制功能的控制器，对于增程式电动汽车的发展，是具有重要的意义的。
发明内容
本发明针对目前混合励磁和内燃机增程器在增程器控制方面具有较大的优势这一点，提出了一种具有增程器控制功能的混合励磁电机控制器。
本发明所述的混合励磁电机控制器，即增程器控制器(Range ExtenderController，简称REC)，由主控单元、不控整流器以及辅助电路组成，其中，不控整流器负责将混合励磁电机产生的三相交流电转化为直流电；主控单元具有总线通信、电机控制、模拟信号采样、数字信号输入输出、运算分析等功能，是REC的核心；辅助电路则具有滤波、保护等功能。
本发明所述的混合励磁电机控制器的主控单元是以单片机为核心的控制电路板，具备以下几项功能：
1.总线通信，主控单元通过CAN通信的方式与整车控制单元(Vehicle ControlUnit，简称VCU)和发动机控制单元(Engine Control Unit，简称ECU)进行通信，传输控制命令并接收状态信息，REC通讯网络拓扑结构图如附图2所示；此外，主控单元还可以通过串口通信的方式与PC进行通信。
2.电机控制，主控单元使用脉冲宽度调制技术(Pulse-Width Modulation，简称PWM)改变混合励磁电机的励磁电流，从而改变电机气隙磁场；
3.模拟信号采样，主控单元对增程器及其所属控制器的温度、电压、电流等模拟量进行采样并进行模数转换(Analogue-to-Digital Conversion，简称ADC)；
4.数字信号输入输出，用于输入或输出高低电平的数字信号，用于接收钥匙信号，并驱动继电器，指示灯等电子设备；
5.运算分析，主控单元通过接收通信数据和模拟信号，进行判断分析后，发出控制命令，从而完成对增程器的控制。
本发明所述的混合励磁电机控制器的不控整流器，负责将发电机，即混合励磁电机发出的三相交流电转换为可以并入高压母线的直流电。
本发明所述的混合励磁电机控制器的辅助电路包含开关电路、滤波电路、保护电路等。开关电路受主控单元控制，负责切换REC与高压母线之间的通断；滤波电路对电路进行信号过滤，剔除交流电成分；保护电路则用于防止高压母线电流倒灌，使REC更稳定运行。
在实际运行中，REC的主控单元根据VCU的指令和自身工况等参数计算增程器的最佳工作转速和扭矩，并控制发动机实现最佳工作转速、控制发电机实现最佳工作扭矩，最终输出发电电流。发电电流在经过不控整流器的整流转换和辅助电路的调理之后，经主继电器汇入到高压母线之中。
进一步地，所述主控单元是以单片机为核心的控制电路板，具有单片机最小系统；所述单片机最小系统由单片机、复位电路、晶振电路、电源调理电路、程序烧录电路和运行指示灯组成；单片机可获取通信数据、数字信号和模拟信号，经过分析和计算后，发出控制命令；晶振电路为单片机提供振荡源；复位电路当按键按下后将复位信号输送给单片机；电源调理电路为单片机供电的同时提供滤除杂波、储藏电能、缓和电平变化的作用；运行指示灯在单片机工作时以固定频率闪烁，以证明程序正在运行；程序烧录电路用于接收新的程序，并将其烧录到单片机内部。
进一步地，所述主控单元还包括电源控制模块，所述电源控制模块包括电压转换芯片、电压跟踪器，为主控单元提供电源供应和电源自锁功能；所述电源控制模块外接车载12V电源，车载12V电源经过储能电感、滤波电容、稳压二极管调理之后，生成稳定的12V板载电源；随后12V板载电源经过5V电压转换芯片，转化为5V板载电源；5V板载电源除了给主控单元部分元器件供电之外，还具有两项功能，一是通过电压跟踪器稳压之后输出，给REC内置传感器供电；二是经过3.3V电压转换芯片及滤波电路，生成3.3V板载电源，为单片机供电。此外，5V电压转换芯片具有电压自锁功能，该芯片具有输入使能引脚，与单片机IO引脚和钥匙信号输入电路的输出端连接；当钥匙信号输入后，5V电压转换芯片被激活，生成5V板载电源，为单片机和其余器件供电；当单片机开始工作后，该单片机IO引脚输出高电平，使5V电压转换芯片的输入使能引脚维持在高电平，从而达到电源自锁的效果。
进一步地，所述主控单元还包括CAN通信模块，所述CAN通信模块由两路CAN通道及其信号转换电路组成，分别连接ECU的内部CAN子模块、VCU的外部CAN子模块；CAN信号从单片机引脚发出之后，首先经过电阻限流和光耦隔离，以确保外界信号受到干扰时不会影响到单片机本身；随后CAN信号经过电容滤波之后，传播到CAN信号转换芯片，经过转换、滤波、分压并经过ESD芯片防静电处理之后对外输出；CAN信号接收过程则相反。
进一步地，所述主控单元还包括串口通信模块，所述串口通信模块由RS232转换芯片与附属的滤波电容组成，用于维持REC与PC的串口通信，单片机发出的TTL电平数据经过RS232转换芯片转换为标准RS232电平数据，随后输出；串口数据接收过程则相反。
进一步地，所述主控单元还包括模数转换模块，所述模数转换模块由传感器采样电路、高压采样电路和低压采样电路组成，用于采集温度、电压、电流这些模拟量，将模拟信号输入单片机AD引脚。低压采样电路由电阻、电容、二极管组成，负责对板载电源电压采样，被采集的电源电压信号依次经过电阻分压、电阻限流、电容滤波、二极管电压钳位之后，输出到单片机AD引脚。传感器采样电路分为温度传感器采样电路和电流传感器采样电路，温度传感器采集发电机温度，并输出电压模拟信号；电流传感器采集发电机输出电流，并输出电流模拟信号。高压采样电路由运算放大器、电阻、电容组成，负责采集发电机输出电压和高压母线电压大小，其在运算放大器输入端配置高阻值电阻串联电路，在输出端配置低阻值电路，使输入运算放大器的高压信号按比例缩小的同时隔离高压端与低压端，从而保护主控单元。
进一步地，所述主控单元还包括励磁调节模块，所述励磁调节模块由电源转换芯片、励磁电路和电压采样电路组成。所述励磁电路由光耦、驱动放大芯片、H桥组成，用于改变主控单元输出的励磁电流的占空比，从而改变励磁电流以及气隙磁场的大小，完成对混合励磁电机的控制；单片机输出的PWM电流共计2通道，4路，其输入励磁调节模块之后，首先经过4路光耦隔离装置；然后PWM电流由驱动放大芯片进行高边/低边驱动放大并经过滤波调理之后，生成励磁电流，该励磁电流通过由四个三极管组成的H桥，输入到混合励磁电机的电励磁绕组，进一步改变混合励磁电机的气隙磁场。所述电源转换芯片用于为励磁调节模块供电。励磁调节模块具有24V独立电源，该电源从整车输入之后，经过二极管单向导通、电容滤波、电阻分压之后，由直流降压芯片转换为15V直流电源，并经过电容滤波、二极管稳压、电感储能之后输出，经过5V降压芯片转化为5V直流电源。15V直流电源和5V直流电源为励磁调节模块各个元器件提供电源。所述电压采样电路用于对24V独立电源电压和励磁电流进行采样监控。
进一步地，所述主控单元还包括数字信号输出输入模块，所述数字信号输出输入模块分为钥匙信号输入电路、主继电器信号电路、故障指示灯驱动电路和ECU上电电路，分别用于接收钥匙信号、驱动主继电器、控制故障指示灯以及为ECU上下电。钥匙信号输入电路将输入的数字信号通过电容滤波、电阻分压和二极管稳压之后，将信号输入5V电压转换芯片使能引脚；主继电器信号电路和故障指示灯驱动电路通过两个三极管将驱动电流放大之后，由驱动电流控制场效晶体管的通断并进一步控制故障指示灯或主继电器的通断。ECU上电电路将单片机信号电流通过三极管放大之后，控制继电器的通断，从而控制ECU的上电与下电。
进一步地，从混合励磁电机输出的发电电流，进入不控整流器进行交流-直流转换，经过转换的直流输出电流由模数转换模块的高压采样电路和电流传感器采样电路采样后，送入主控单元；直流输出电流通过主继电器，进入高压母线；直流输出电流通过保护二极管流往电池或驱动电机；高压母线电压通过模数转换模块的高压采样电路进行采样。
进一步地，在增程器工作期间，REC的低压采样电路以及温度传感器采样电路一直保持工作状态，将模拟信号传入主控单元，经过ADC转化为数字信号进行分析，以便主控单元进行闭环控制；在增程器工作期间，增程器实际发电功率、故障等级信息实时上报VCU。
本发明的有益成果有：
1.本发明中的混合励磁电机控制成本和难度较低。混合励磁电机可根据励磁电流的大小改变气隙磁场，进而改变输出电流和输出扭矩，不仅可以降低增程器控制难度，而且可以为不同工况下最佳工作转速和扭矩的解耦和单独控制提供了支持；此外，混合励磁电机控制器主要使用不控整流器作为转换电路元器件，减少了DCDC等直流电压转换元件和IGBT，晶闸管等可控硅整流元器件，降低了控制成本。
2.本发明中的混合励磁电机控制器，同时具备控制混合励磁电机和增程器功能。目前增程式电动汽车上电子控制器较多，网络拓扑结构较为复杂，消耗了为数不多的总线通信资源。将发电机控制单元GCU和增程器控制单元RCU合并为REC，不仅减少了控制器的占用体积，也降低了硬件成本，还节省了增程器的通信资源。
附图说明
图1.混合励磁电机控制器拓扑结构图；
图2.混合励磁电机控制器通讯网络拓扑结构图；
图3.单片机最小系统拓扑结构图；
图4.电源控制模块拓扑结构图；
图5.模数转换模块拓扑结构图；
图6.励磁调节模块拓扑结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的混合励磁电机控制器，即增程器控制器(Range ExtenderController，简称REC)是由主控单元、不控整流器以及辅助电路组成的，其组织结构与功能拓扑图如附图1所示。
本发明所述的REC的主控单元是以单片机为核心的控制电路板，具有单片机最小系统、电源控制模块、CAN通信模块、串口通信模块、模数转换模块、励磁调节模块和数字信号输入输出模块。
单片机最小系统由单片机、复位电路、晶振电路、电源调理电路、程序烧录电路和运行指示灯组成，其拓扑结构图如附图3所示。其中，单片机可获取通信数据、数字信号和模拟信号，经过分析和计算后，发出控制命令；晶振电路由一块晶振和高阻值电阻并联组成，确保其能工作在高增益的线性区，该晶振电路与单片机的XTAL引脚相连，为单片机提供振荡源；复位电路由按键和滤波电容，限流电阻组成，当按键按下之后即可将复位信号输送给单片机，使系统复位；电源调理电路由电容、电感组成，一端连接3.3V板载电源，另一端连接单片机电源引脚，为单片机供电的同时提供滤除杂波、储藏电能、缓和电平变化的作用；运行指示灯与3.3V板载电源和单片机引脚连接，在单片机工作时以固定频率闪烁，以证明程序正在运行；程序烧录电路则由烧程口和限流电阻组成，用于接收新的程序，并将其烧录到单片机内部。
电源控制模块由电压转换芯片、电压跟踪器及其附属的电阻、电感等元器件组成，为主控单元提供电源供应和电源自锁功能，其拓扑结构图如附图4所示。电源控制模块外接车载12V电源。车载12V电源经过储能电感、滤波电容、稳压二极管等元件调理之后，生成稳定的12V板载电源。随后12V板载电源经过5V电压转换芯片，转化为5V板载电源。该5V板载电源除了给主控单元部分元器件供电之外，还具有两项功能，一是通过电压跟踪器稳压之后输出，给REC内置传感器供电；二则是经过3.3V电压转换芯片及附属的滤波电路，生成3.3V板载电源，为单片机供电。
此外，5V电压转换芯片具有电压自锁功能，该芯片上有一条输入使能引脚，与单片机IO引脚和钥匙信号输入电路的输出端连接。当钥匙信号输入后，5V电压转换芯片被激活，生成5V板载电源，为单片机和其余器件供电；当单片机开始工作后，该单片机IO引脚输出高电平，使5V电压转换芯片的输入使能引脚维持在高电平，从而达到电源自锁的效果。
CAN通信模块由两路CAN通道及其信号转换电路组成，分别连接ECU的内部CAN子模块、VCU的外部CAN子模块。CAN信号从单片机引脚发出之后，首先经过电阻限流和光耦隔离，以确保外界信号受到干扰时不会影响到单片机本身；随后CAN信号经过电容滤波之后，传播到CAN信号转换芯片，经过转换、滤波、分压并经过ESD芯片防静电处理之后对外输出。CAN信号接收过程则相反。
串口通信模块由RS232转换芯片与附属的滤波电容组成，用于维持REC与PC的串口通信，单片机发出的TTL电平数据经过232转换芯片转换为标准RS232电平，随后输出。串口数据接收过程则与上述相反。
模数转换模块由传感器采样电路、高压采样电路和低压采样电路组成，主要用于采集温度，电压，电流等模拟量，将模拟信号输入单片机AD引脚。同时可借此监控控制器运行状况，其拓扑结构图如附图5所示。低压采样电路由电阻、电容、二极管等组成，负责对12V，5V，3.3V的REC板载电源电压采样，被采集的电源电压信号依次经过电阻分压、电阻限流、电容滤波、二极管电压钳位之后，输出到单片机AD引脚。传感器采样电路分为温度传感器采样电路和电流传感器采样电路，温度传感器采集发电机温度，并输出电压模拟信号，其采样电路与上述低压采样电路较为类似；电流传感器采集发电机输出电流，并输出电流模拟信号，其采样电路则需要首先连接一个电阻，将电流信号转化为电压信号，其余部分也与低压采样电路相似。高压采样电路则由运算放大器和电阻，电容等元器件组成，负责采集发电机输出电压和高压母线电压大小，其在运算放大器输入端配置高阻值电阻串联电路(比如可以采用4个3MΩ的电阻串联，但不限于此)，在输出端配置低阻值电路(比如可以采用1个62KΩ的电阻，但不限于此)，使输入运算放大器的高压信号按比例缩小的同时隔离高压端与低压端，从而保护了控制器主控单元。高压信号在输入运算放大器并等比例缩小之后，其电压信号已不会对电路造成威胁，可以输入单片机AD引脚。
励磁调节模块是REC控制混合励磁电机的关键执行模块，由电源转换芯片、励磁电路和电压采样电路组成，其拓扑结构图如附图6所示。其中，励磁电路由光耦、驱动放大芯片、H桥以及相关的电阻电容组成，用于改变主控单元输出的励磁电流的占空比，从而改变励磁电流以及气隙磁场的大小，完成对混合励磁电机的控制。单片机输出的PWM电流共计2通道，4路，其输入励磁调节模块之后，首先经过4路光耦隔离装置，以确保输出端的励磁电流变化不会影响到单片机；然后PWM电流由驱动放大芯片进行高边/低边驱动放大并经过滤波调理之后，生成励磁电流。该励磁电流通过由四个三极管组成的H桥，输入到混合励磁电机的电励磁绕组，并进一步改变混合励磁电机的气隙磁场。根据该特性，即便在不同发电转速下，也可以借助对气隙磁场的单独调节，控制调节发电机输出电流和输出扭矩的大小，维持发电功率的稳定，实现了增程器的发电转速与发电扭矩的解耦，使分别控制发动机和发电机的策略得以实现。
电源转换芯片则用于为励磁调节模块供电。励磁调节模块具有24V独立电源，该电源从整车输入之后，经过一系列二极管单向导通、电容滤波、电阻分压之后，由直流降压芯片转换为15V直流电源，并经过电容滤波、二极管稳压、电感储能之后输出，经过5V降压芯片转化为5V直流电源。15V直流电源和5V直流电源为励磁调节模块各个元器件提供电源。
电压采样电路则用于对24V独立电源电压和励磁电流进行采样监控。对于24V独立电源电压的采样使用运算放大器缩放，原理和结构与上述高压采样电路一致；对于励磁电流的采样则通过将电流输入到分流转换芯片，将电流采集后等比例缩放后输出电压，并输入到单片机AD引脚。
数字信号输出输入模块则分为钥匙信号输入电路、主继电器信号电路、故障指示灯驱动电路和ECU上电电路，分别用于接收钥匙信号、驱动主继电器、控制故障指示灯以及为ECU上下电。钥匙信号输入电路将输入的数字信号通过电容滤波、电阻分压和二极管稳压之后，将信号输入5V电压转换芯片使能引脚；主继电器信号电路和故障指示灯驱动电路的电路结构较为一致，都是通过两个三极管将驱动电流放大之后，由驱动电流控制场效晶体管的通断并进一步控制故障指示灯或主继电器的通断。这是由于金属-氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)驱动电流较大，因此应用较为广泛。ECU上电电路则是将单片机信号电流通过三极管放大之后，控制继电器的通断，从而控制ECU的上电与下电。
以上是主控单元的模块结构与功能介绍。
REC的不控整流器，实质上是由无控制功能的整流二极管整合成的电路，利用二极管的单向导通特性将交流电流转变为直流电流。在理想情况下，转变过程仅需要几微秒，可以被视为在瞬间完成。由于混合励磁电机便于控制，易于调磁，控制和解耦能力出色的特点，电流在从混合励磁电机输出时即已满足预定需求，无需经过后续电路进一步分压调节，因此整流元器件在不可控的情况下即可满足增程器运行需求。同时由于不控整流器所用的是成本较低的二极管，不需要昂贵的硅整流元件，也不需要复杂的控制电路，因此不控整流器相比可控整流器，不论是控制成本还是控制难度，都有所下降。
REC的辅助电路由主滤波电容、主继电器、保护二极管组成，主滤波电容的作用是滤除直流电中的交流杂波，滤波电容往往对直流电具有较高的阻抗，而对交流电的阻抗较低，因此可以利用这一特性，将交流电从直流电中过滤而出；主继电器的原理是利用电磁感应特性，以线圈中的电流产生磁场，对另一线圈或磁铁产生吸附或排斥作用，从而控制REC与高压母线之间的通断；保护二极管的工作原理是利用二极管的单向导通性，防止母线电流倒灌。
在实际运行过程中，REC的主控单元根据VCU的指令和自身工况，如钥匙上电情况、工作电压、发动机冷却水温度等，计算出增程器的最佳工作转速和扭矩。在解耦之后，REC主控单元通过CAN总线向ECU发报，并改变励磁电流的占空比，从而控制发动机实现最佳工作转速、控制发电机实现最佳工作扭矩，最终输出发电电流。
发电电流在从混合励磁电机输出后，进入REC不控整流器进行交流-直流转换，随后，经过转换的直流输出电流进入辅助电路，由滤波电容元器件C1进行滤波，将直流输出电流中残余的交流电成分过滤出来，确保直流输出平滑稳定。
直流输出电流由模数转换模块的高压采样电路V1和电流传感器采样电路A1采样后，送入主控单元。
直流输出电流通过主继电器S1，进入高压母线。
直流输出电流通过保护二极管D1流往电池或驱动电机。保护二极管D1布置在高压母线上，防止母线电流倒灌。高压母线电压通过模数转换模块的高压采样电路V2进行采样，转换。
在增程器工作期间，REC的低压采样电路以及温度传感器采样电路一直保持工作状态，将模拟信号传入主控单元，经过ADC转化为数字信号进行分析，以便主控单元进行闭环控制。在增程器工作期间，增程器实际发电功率、故障等级等信息实时上报VCU。
本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本发明的权利要求所限定的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种具有增程器控制功能的混合励磁电机控制器，其特征在于，该控制器应用于混合励磁电机的控制，且集混合励磁电机控制与增程器控制于一体；该混合励磁电机控制器REC由主控单元、不控整流器以及辅助电路组成；
所述主控单元具有总线通信、电机控制、模拟信号采样、数字信号输入输出、运算分析功能，具体如下：
1)总线通信，主控单元通过CAN通信的方式与整车控制器VCU和发动机控制器ECU进行通信，传输控制命令并接收状态信息；主控单元通过串口通信的方式与PC进行通信；
2)电机控制，主控单元使用脉冲宽度调制技术PWM改变混合励磁电机的励磁电流，从而改变电机气隙磁场；
3)模拟信号采样，主控单元对增程器及其所属控制器的温度、电压、电流这些模拟量进行采样并进行模数转换；
4)数字信号输入输出，用于输入或输出高低电平的数字信号，接收钥匙信号，并驱动电子设备；
5)运算分析，主控单元通过接收通信数据和模拟信号，进行判断分析后发出控制命令，从而完成对增程器的控制；
所述不控整流器，用于将混合励磁电机产生的三相交流电转换为并入高压母线的直流电；
所述辅助电路包含开关电路、滤波电路、保护电路；开关电路受主控单元控制，负责切换REC与高压母线之间的通断；滤波电路对电路进行信号过滤，剔除交流电成分；保护电路用于防止高压母线电流倒灌，使REC稳定运行；
在实际运行中，REC的主控单元根据整车控制器VCU的指令和自身工况参数计算增程器的最佳工作转速和扭矩；在解耦之后，主控单元通过CAN总线向ECU发报，并改变励磁电流的占空比，从而控制发动机实现最佳工作转速、控制混合励磁电机实现最佳工作扭矩，最终输出发电电流；发电电流在经过不控整流器的整流转换和辅助电路的调理之后，经主继电器汇入到高压母线之中；
所述主控单元是以单片机为核心的控制电路板，具有单片机最小系统；所述单片机最小系统由单片机、复位电路、晶振电路、电源调理电路、程序烧录电路和运行指示灯组成；单片机获取通信数据、数字信号和模拟信号，经过分析和计算后，发出控制命令；晶振电路为单片机提供振荡源；复位电路当按键按下后将复位信号输送给单片机；电源调理电路为单片机供电的同时提供滤除杂波、储藏电能、缓和电平变化的作用；运行指示灯在单片机工作时以固定频率闪烁，以证明程序正在运行；程序烧录电路用于接收新的程序，并将其烧录到单片机内部；
所述主控单元还包括电源控制模块，所述电源控制模块包括电压转换芯片、电压跟踪器，为主控单元提供电源供应和电源自锁功能；所述电源控制模块外接车载12V电源，车载12V电源经过储能电感、滤波电容、稳压二极管调理之后，生成稳定的12V板载电源；随后12V板载电源经过5V电压转换芯片，转化为5V板载电源；5V板载电源除了给主控单元部分元器件供电之外，还具有两项功能，一是通过电压跟踪器稳压之后输出，给REC内置传感器供电；二是经过3.3V电压转换芯片及滤波电路，生成3.3V板载电源，为单片机供电；此外，5V电压转换芯片具有电压自锁功能，该芯片具有输入使能引脚，与单片机IO引脚和钥匙信号输入电路的输出端连接；当钥匙信号输入后，5V电压转换芯片被激活，生成5V板载电源，为单片机和其余器件供电；当单片机开始工作后，该单片机IO引脚输出高电平，使5V电压转换芯片的输入使能引脚维持在高电平，从而达到电源自锁的效果；
所述主控单元还包括CAN通信模块，所述CAN通信模块由两路CAN通道及其信号转换电路组成，分别连接ECU的内部CAN子模块、VCU的外部CAN子模块；CAN信号从单片机引脚发出之后，首先经过电阻限流和光耦隔离，以确保外界信号受到干扰时不会影响到单片机本身；随后CAN信号经过电容滤波之后，传播到CAN信号转换芯片，经过转换、滤波、分压并经过ESD芯片防静电处理之后对外输出；CAN信号接收过程则相反；
所述主控单元还包括串口通信模块，所述串口通信模块由RS232转换芯片与附属的滤波电容组成，用于维持REC与PC的串口通信，单片机发出的TTL电平数据经过RS232转换芯片转换为标准RS232电平数据，随后输出；串口数据接收过程则相反；
所述主控单元还包括模数转换模块，所述模数转换模块由传感器采样电路、高压采样电路和低压采样电路组成，用于采集温度、电压、电流这些模拟量，将模拟信号输入单片机AD引脚；低压采样电路由电阻、电容、二极管组成，负责对板载电源电压采样，被采集的电源电压信号依次经过电阻分压、电阻限流、电容滤波、二极管电压钳位之后，输出到单片机AD引脚；传感器采样电路分为温度传感器采样电路和电流传感器采样电路，温度传感器采集发电机温度，并输出电压模拟信号；电流传感器采集发电机输出电流，并输出电流模拟信号；高压采样电路由运算放大器、电阻、电容组成，负责采集发电机输出电压和高压母线电压大小，其在运算放大器输入端配置高阻值电阻串联电路，在输出端配置低阻值电路，使输入运算放大器的高压信号按比例缩小的同时隔离高压端与低压端，从而保护主控单元；
所述主控单元还包括励磁调节模块，所述励磁调节模块由电源转换芯片、励磁电路和电压采样电路组成；所述励磁电路由光耦、驱动放大芯片、H桥组成，用于改变主控单元输出的励磁电流的占空比，从而改变励磁电流以及气隙磁场的大小，完成对混合励磁电机的控制；单片机输出的PWM电流共计2通道，4路，其输入励磁调节模块之后，首先经过4路光耦隔离装置；然后PWM电流由驱动放大芯片进行高边/低边驱动放大并经过滤波调理之后，生成励磁电流，该励磁电流通过由四个三极管组成的H桥，输入到混合励磁电机的电励磁绕组，进一步改变混合励磁电机的气隙磁场；所述电源转换芯片用于为励磁调节模块供电；励磁调节模块具有24V独立电源，该电源从整车输入之后，经过二极管单向导通、电容滤波、电阻分压之后，由直流降压芯片转换为15V直流电源，并经过电容滤波、二极管稳压、电感储能之后输出，经过5V降压芯片转化为5V直流电源；15V直流电源和5V直流电源为励磁调节模块各个元器件提供电源；所述电压采样电路用于对24V独立电源电压和励磁电流进行采样监控；
所述主控单元还包括数字信号输出输入模块，所述数字信号输出输入模块分为钥匙信号输入电路、主继电器信号电路、故障指示灯驱动电路和ECU上电电路，分别用于接收钥匙信号、驱动主继电器、控制故障指示灯以及为ECU上下电；钥匙信号输入电路将输入的数字信号通过电容滤波、电阻分压和二极管稳压之后，将信号输入5V电压转换芯片使能引脚；主继电器信号电路和故障指示灯驱动电路通过两个三极管将驱动电流放大之后，由驱动电流控制场效晶体管的通断并进一步控制故障指示灯或主继电器的通断；ECU上电电路将单片机信号电流通过三极管放大之后，控制继电器的通断，从而控制ECU的上电与下电；
从混合励磁电机输出的发电电流，进入不控整流器进行交流-直流转换，经过转换的直流输出电流由模数转换模块的高压采样电路和电流传感器采样电路采样后，送入主控单元；直流输出电流通过主继电器，进入高压母线；直流输出电流通过保护二极管流往电池或驱动电机；高压母线电压通过模数转换模块的高压采样电路进行采样；
在增程器工作期间，REC的低压采样电路以及温度传感器采样电路一直保持工作状态，将模拟信号传入主控单元，经过ADC转化为数字信号进行分析，以便主控单元进行闭环控制；在增程器工作期间，增程器实际发电功率、故障等级信息实时上报VCU。
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