CN207089044U - 一种新能源电动汽车控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新能源电动汽车控制器，属于新能源电动汽车技术领域，解决了传统电动汽车控制器电路设计复杂，可靠性、稳定性以及安全性不高的问题。主要包括控制回路、功率回路以及由串励直流电机、电机励磁线圈、主接触器、蓄电池构成的主回路。本实用新型功能全面，安全性、可靠性高，电路设计大幅度简化，大幅度降低生产成本，提高产业经济效益，可广泛应用于新能源电动汽车技术领域。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源电动汽车技术领域，具体地说，尤其涉及一种新能源电动汽车控制器。
背景技术
当前应用于电动汽车中的驱动电机主要有直流电动机、交流感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁电动机等。直流电动机具有控制技术简单成熟，转矩/速度特性较为符合牵引特性的要求等特点。其中，串励直流电动机具有较大的起动转矩和过载能力，可以满足电动汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启/停等要求，因此广泛受到国内外一些电动汽车制造商的青睐。然而，目前基于串励直流电动机的电动汽车控制器电路设计相对复杂，电动汽车的可靠性、稳定性难以得到有效保证。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种电路设计简洁、功能全面、可靠性高、稳定性强、制造成本低的一种新能源电动汽车控制器。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种新能源电动汽车控制器，包括控制回路、功率回路以及由串励直流电机、电机励磁线圈、主接触器、蓄电池构成的主回路；
所述控制回路包括油门接口电路模块、电流限制电路模块、PWM生成电路模块、门极驱动电路模块、三角波振荡器、启动/失控保护电路模块、电流检测电路模块、刹车接口电路模块、关闭输出电路模块、上电保护电路模块、过压检测电路模块、欠压检测电路模块、反接制动检测电路模块、电压调节电路模块以及限流参考电路模块；所述油门接口电路模块的输入端经ACC接线端子接入电动汽车油门信号，并由所述油门接口电路模块对该油门信号进行整形、限幅、限流处理；所述油门接口电路模块的输出端经所述电流限制电路模块与所述PWM生成电路模块电信号连接，所述电流限制电路模块用于在发生过程、失控故障、反接制动时限制控制器输出电流；所述PWM生成电路模块的输入端还与所述三角波振荡器电信号相连，油门信号与所述三角波振荡器生成的三角波进行调制形成PWM脉宽调制信号，该PWM脉宽调制信号经所述门极驱动电路模块放大、隔离后与所述功率回路电信号相连；所述油门接口电路模块经启动/失控电路保护电路模块与所述关闭输出电路模块电信号相连，所述启动/失控电路保护电路模块、电流检测电路模块、过压检测电路模块、欠压检测电路模块、反接制动检测电路模块均与限流参考电路模块的输入端电信号相连，所述限流参考电路模块输出端与所述电流限制电路模块电信号相连；
所述刹车接口电路模块的输入端经BRK接线端子接入电动汽车的刹车信号，其输出端与关闭输出电路模块电信号相连，上电保护电路模块、过压检测电路模块输出端均与关闭输出电路模块电信号相连；所述过压检测电路模块、欠压检测电路模块、反接制动检测电路模块、电压调节输入端均与所述功率回路电信号相连；
所述功率回路是由功率半导体开关器件、缓冲电路以及续流二极管构成的直流载波器。
优选地，所述电机励磁线圈经双刀双掷接触器以H桥的形式连接到主回路中。电机励磁线圈通过一个双刀双掷接触器以H桥的形式连接到主回路中，用以改变电动汽车的行使方向，与使用功率半导体开关相比，使用外部接触器能够显著降低控制器的成本和体积，也使得控制器设计散热更加简单。
优选地，所述PWM生成电路模块所采用的PWM脉宽发生器型号为SG1526。
优选地，所述PWM生成电路模块包括PWM脉宽发生器SG1526、运算放大器U2A、运算放大器U2C，所述PWM脉宽发生器SG1526的CMPEN、ERR+、ERR-三管脚导线相连构成一个误差运算放大器，并作为输入端与所述电流限制电路模块的输出端电连接；其SOFF-START管脚经电容C3接地；其RST管脚经电容C2接+15V电源电压；其CS+管脚与所述三角波振荡器输出端电信号相连；其CS-管脚一方面经电阻R5接入+15V电源电压，另一方面经电阻R6接地；其RT管脚经电阻R2接地；其CT管脚经电容C1接地；其DEADTIME管脚直接接地；其OUTA、OUTB管脚一方面均接地，另一方面均与电解电容C7的负极端电连接，所述电解电容C7的正极端一方面与所述PWM脉宽发生器SG1526的VREF管脚电连接，另一方面接入+5V电源电压；其VC管脚一方面经电阻R4与运算放大器U2A、运算放大器U2B的反向输入端电连接，另一方面经电阻R7接入+15V电源电压，所述电阻R7还经电阻R1与所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接，所述运算放大器U2A的同相输入端与所述运算放大器U2B的同相输入端、所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接；其VOC管脚一方面接入+15V电源电压，另一方面经电阻R1与所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端相连接，所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端也为所述PWM生成电路模块输出端，用于向所述门极驱动电路模块输入PWM驱动信号。本电路设计与传统PWM生成电路相比，本电路设计大幅度简化电路设计，且性能稳定，大幅度降低生产成本，提高了产业经济效率。
优选地，所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的型号为LM339J。
优选地，所述控制回路内还设有温度检测电路模块，其输出端一方面与所述三角波振荡器电信号相连，另一方面与所述限流参考电路模块电信号相连。该模块用于检测控制器内部温度，如果控制器温度超过允许的最大程度，温度检测电路限制控制器输出，同时降低振荡器生成的三角波频率，以减少IGBT的开关损耗，降低控制器温度，确保控制器的安全性，进一步提高本实用新型的安全系数。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型是针对使用直流电机为驱动电机的电动汽车设计的，功能全面，使用基于PWM脉宽调制技术的斩波器来控制驱动电机转速；电动汽车的换向操作通过改变电机励磁线圈电流方向来实现；同时也采用改变电机励磁线圈电流方向和控制其大小来实现电动汽车的反接制动。控制器功率回路中电枢续流二极管的应用使电动汽车的平稳反接制动得以实现；
2.本实用新型安全性、可靠性高，着重考虑到了控制器上电保护、启动保护、失控保护等独特的保护特性和过温、过流、短路、过压欠压等常规保护；
3.本实用新型的PWM生成电路模块采用PWM脉宽发生器SG1526作为核心芯片，相对传统PWM生成电路，本实用新型的PWM生成电路设计大幅度简化，大幅度降低生产成本，提高产业经济效益；
4.本实用新型具有很强地实用性，运行稳定，可广泛应用于新能源电动汽车技术领域。
附图说明
图1是本实用新型系统框图；
图2是本实用新型PWM生成电路模块；
图中：1.控制回路；2.功率回路；3.主回路；4.油门接口电路模块；5.电流限制电路模块；6.PWM生成电路模块；7.门极驱动电路模块；8.三角波振荡器；9.启动/失控保护电路模块；10.电流检测电路模块；11.刹车接口电路模块；12.关闭输出电路模块；13.上电保护电路模块；14.过压检测电路模块；15.欠压检测电路模块；16.反接制动检测电路模块；17.电压调节电路模块；18.限流参考电路模块；19.温度检测电路模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
一种新能源电动汽车控制器，包括控制回路1、功率回路2以及由串励直流电机、电机励磁线圈、主接触器、蓄电池构成的主回路3；
所述控制回路1包括油门接口电路模块4、电流限制电路模块5、PWM生成电路模块6、门极驱动电路模块7、三角波振荡器8、启动/失控保护电路模块9、电流检测电路模块10、刹车接口电路模块11、关闭输出电路模块12、上电保护电路模块13、过压检测电路模块14、欠压检测电路模块15、反接制动检测电路模块16、电压调节电路模块17以及限流参考电路模块18；所述油门接口电路模块4的输入端经ACC接线端子接入电动汽车油门信号，并由所述油门接口电路模块4对该油门信号进行整形、限幅、限流处理；所述油门接口电路模块4的输出端经所述电流限制电路模块5与所述PWM生成电路模块6电信号连接，所述电流限制电路模块5用于在发生过程、失控故障、反接制动时限制控制器输出电流；所述PWM生成电路模块6的输入端还与所述三角波振荡器8电信号相连，油门信号与所述三角波振荡器8生成的三角波进行调制形成PWM脉宽调制信号，该PWM脉宽调制信号经所述门极驱动电路模块7放大、隔离后与所述功率回路2电信号相连；所述油门接口电路模块4经启动/失控电路保护电路模块9与所述关闭输出电路模块12电信号相连，所述启动/失控电路保护电路模块9、电流检测电路模块10、过压检测电路模块14、欠压检测电路模块15、反接制动检测电路模块16均与限流参考电路模块18的输入端电信号相连，所述限流参考电路模块18输出端与所述电流限制电路模块5电信号相连；
所述刹车接口电路模块11的输入端经BRK接线端子接入电动汽车的刹车信号，其输出端与关闭输出电路模块12电信号相连，上电保护电路模块13、过压检测电路模块14输出端均与关闭输出电路模块12电信号相连；所述过压检测电路模块14、欠压检测电路模块15、反接制动检测电路模块16、电压调节电路模块17输入端均与所述功率回路2电信号相连；
所述功率回路2是由功率半导体开关器件、缓冲电路以及续流二极管构成的直流载波器。
优选地，所述电机励磁线圈经双刀双掷接触器以H桥的形式连接到主回路3中。
优选地，所述PWM生成电路模块6所采用的PWM脉宽发生器型号为SG1526。
优选地，所述PWM生成电路模块6包括PWM脉宽发生器SG1526、运算放大器U2A、运算放大器U2C，所述PWM脉宽发生器SG1526的CMPEN、ERR+、ERR-三管脚导线相连构成一个误差运算放大器，并作为输入端与所述电流限制电路模块5的输出端电连接；其SOFF-START管脚经电容C3接地；其RST管脚经电容C2接+15V电源电压；其CS+管脚与所述三角波振荡器输出端电信号相连；其CS-管脚一方面经电阻R5接入+15V电源电压，另一方面经电阻R6接地；其RT管脚经电阻R2接地；其CT管脚经电容C1接地；其DEADTIME管脚直接接地；其OUTA、OUTB管脚一方面均接地，另一方面均与电解电容C7的负极端电连接，所述电解电容C7的正极端一方面与所述PWM脉宽发生器SG1526的VREF管脚电连接，另一方面接入+5V电源电压；其VC管脚一方面经电阻R4与运算放大器U2A、运算放大器U2B的反向输入端电连接，另一方面经电阻R7接入+15V电源电压，所述电阻R7还经电阻R3与所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接，所述运算放大器U2A的同相输入端与所述运算放大器U2B的同相输入端、所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接；其VOC管脚一方面接入+15V电源电压，另一方面经电阻R1与所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端相连接，所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端也为所述PWM生成电路模块6输出端，用于向所述门极驱动电路模块7输入PWM驱动信号。
优选地，所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的型号为LM339J。
优选地，所述控制回路1内还设有温度检测电路模块19，其输出端一方面与所述三角波振荡器8电信号相连，另一方面与所述限流参考电路模块18电信号相连。
说明书附图图1是本实用新型系统框图。电动汽车油门信号从控制器的ACC接线端子输入并经油门接口电路模块4进行整形、限幅、限流等处理，启动/失控保护电路模块9检测输入的油门信号，一旦检测到油门信号异常则触发电流限制电路模块5。当发生过温、失控等故障和电动汽车反接制动时，电流限制电路模块能够限制控制器输出电流。然后，油门信号与三角波振荡器8生成的三角波进行调制形成PWM脉宽调制信号。PWM信号经过门极驱动电路模块7放大、隔离后驱动IGBT或MOSFET。刹车信号通过BRK控制接线端子引入控制器，刹车接口电路模块11对其进行隔离、限幅和限流等保护性调理后启动关闭输出电路，关闭控制器的输出。
电压调节电路模块17将电池组电压调节到控制回路的工作电压，给整个控制回路提供电源。控制器刚接通电源瞬间，上电保护电路模块3关闭控制器输出一端时间，等待控制器各功能模块达到稳定状态。在上电保护结束时刻启动保护电路，检测油门信号是否有输入，如果检测到有油门信号输入，启动保护电路，关闭控制器输出，直到油门信号消失，避免汽车驾驶人员的无意识的失误操作引发事故。上电保护电路模块3只是在控制器刚接通电源时工作一次，控制器接通电源后处于失效状态，欠压检测电路模块15、过压检测电路模块14检测蓄电池状态，如果汽车运行期间蓄电池电压超出额定范围，则控制器关闭输出，直到电池电压回到额定范围之内。
功率回路的过流检测通过检测IGBT导通期间的导通压降来实现。若电流检测电路模块10检测到功率功率回路电流超过最大电流设定值，则关闭控制器当前PWM周期的输出，并且在下一个PWM周期到来时恢复控制器正常工作。这样，功率回路电流被限制在设定的最大工作电流范围之内，这种电流限制策略并不把主回路一定范围内的过电流认为是一种故障，而是当发生过流时启动过流保护电路限制主回路电流，使之不超出预先设定的电流值。
控制器通过检测功率接线端子P+和功率接线端子A的电压来判断电动汽车当前是否在反接制动状态。如果反接制动，检测电路触发限流参考电路模块18产生相应的参考电压，以固定PWM驱动信号的占空比到较小的值，获得平稳的制动力矩。
温度检测电路模块19检测控制器内部温度，如果控制器温度超过允许的最大温度，温度检测电路限制控制器输出，同时降低振荡器生成的三角波频率，以减少IGBT的开关损耗，降低控制器温度。
本实用新型的PWM生成电路模块采用PWM脉宽发生器SG1526作为核心芯片，相对传统PWM生成电路，本实用新型的PWM生成电路设计大幅度简化，大幅度降低生产成本，提高产业经济效益。本实用新型的PWM生成电路模块包括PWM脉宽发生器SG1526、运算放大器U2A、运算放大器U2C，所述PWM脉宽发生器SG1526的CMPEN、ERR+、ERR-三管脚导线相连构成一个误差运算放大器，并作为输入端与所述电流限制电路模块5的输出端电连接；其SOFF-START管脚经电容C3接地；其RST管脚经电容C2接+15V电源电压；其CS+管脚与所述三角波振荡器输出端电信号相连；其CS-管脚一方面经电阻R5接入+15V电源电压，另一方面经电阻R6接地；其RT管脚经电阻R2接地；其CT管脚经电容C1接地；其DEADTIME管脚直接接地；其OUTA、OUTB管脚一方面均接地，另一方面均与电解电容C7的负极端电连接，所述电解电容C7的正极端一方面与所述PWM脉宽发生器SG1526的VREF管脚电连接，另一方面接入+5V电源电压；其VC管脚一方面经电阻R4与运算放大器U2A、运算放大器U2B的反向输入端电连接，另一方面经电阻R7接入+15V电源电压，所述电阻R7还经电阻R3与所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接，所述运算放大器U2A的同相输入端与所述运算放大器U2B的同相输入端、所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接；其VOC管脚一方面接入+15V电源电压，另一方面经电阻R1与所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端相连接，所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端也为所述PWM生成电路模块6输出端，用于向所述门极驱动电路模块7输入PWM驱动信号。本实用新型其他电路模块为常见电路设计，是本领域技术人员所熟悉的，在此不一一赘述。
综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种新能源电动汽车控制器，其特征在于：包括控制回路(1)、功率回路(2)以及由串励直流电机、电机励磁线圈、主接触器、蓄电池构成的主回路(3)；
所述控制回路(1)包括油门接口电路模块(4)、电流限制电路模块(5)、PWM生成电路模块(6)、门极驱动电路模块(7)、三角波振荡器(8)、启动/失控保护电路模块(9)、电流检测电路模块(10)、刹车接口电路模块(11)、关闭输出电路模块(12)、上电保护电路模块(13)、过压检测电路模块(14)、欠压检测电路模块(15)、反接制动检测电路模块(16)、电压调节电路模块(17)以及限流参考电路模块(18)；所述油门接口电路模块(4)的输入端经ACC接线端子接入电动汽车油门信号，并由所述油门接口电路模块(4)对该油门信号进行整形、限幅、限流处理；所述油门接口电路模块(4)的输出端经所述电流限制电路模块(5)与所述PWM生成电路模块(6)电信号连接，所述电流限制电路模块(5)用于在发生过程、失控故障、反接制动时限制控制器输出电流；所述PWM生成电路模块(6)的输入端还与所述三角波振荡器(8)电信号相连，油门信号与所述三角波振荡器(8)生成的三角波进行调制形成PWM脉宽调制信号，该PWM脉宽调制信号经所述门极驱动电路模块(7)放大、隔离后与所述功率回路(2)电信号相连；所述油门接口电路模块(4)经启动/失控电路保护电路模块(9)与所述关闭输出电路模块(12)电信号相连，所述启动/失控电路保护电路模块(9)、电流检测电路模块(10)、过压检测电路模块(14)、欠压检测电路模块(15)、反接制动检测电路模块(16)均与限流参考电路模块(18)的输入端电信号相连，所述限流参考电路模块(18)输出端与所述电流限制电路模块(5)电信号相连；
所述刹车接口电路模块(11)的输入端经BRK接线端子接入电动汽车的刹车信号，其输出端与关闭输出电路模块(12)电信号相连，上电保护电路模块(13)、过压检测电路模块(14)输出端均与关闭输出电路模块(12)电信号相连；所述过压检测电路模块(14)、欠压检测电路模块(15)、反接制动检测电路模块(16)、电压调节电路模块(17)输入端均与所述功率回路(2)电信号相连；
所述功率回路(2)是由功率半导体开关器件、缓冲电路以及续流二极管构成的直流载波器。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车控制器，其特征在于：所述电机励磁线圈经双刀双掷接触器以H桥的形式连接到主回路中。
3.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车控制器，其特征在于：所述PWM生成电路模块(6)所采用的PWM脉宽发生器型号为SG1526。
4.根据权利要求3所述的一种新能源电动汽车控制器，其特征在于：所述PWM生成电路模块(6)包括PWM脉宽发生器SG1526、运算放大器U2A、运算放大器U2C，所述PWM脉宽发生器SG1526的CMPEN、ERR+、ERR-三管脚导线相连构成一个误差运算放大器，并作为输入端与所述电流限制电路模块(5)的输出端电连接；其SOFF-START管脚经电容C3接地；其RST管脚经电容C2接+15V电源电压；其CS+管脚与所述三角波振荡器输出端电信号相连；其CS-管脚一方面经电阻R5接入+15V电源电压，另一方面经电阻R6接地；其RT管脚经电阻R2接地；其CT管脚经电容C1接地；其DEADTIME管脚直接接地；其OUTA、OUTB管脚一方面均接地，另一方面均与电解电容C7的负极端电连接，所述电解电容C7的正极端一方面与所述PWM脉宽发生器SG1526的VREF管脚电连接，另一方面接入+5V电源电压；其VC管脚一方面经电阻R4与运算放大器U2A、运算放大器U2B的反向输入端电连接，另一方面经电阻R7接入+15V电源电压，所述电阻R7还经电阻R3与所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接，所述运算放大器U2A的同相输入端与所述运算放大器U2B的同相输入端、所述PWM脉宽发生器SG1526的GND管脚电连接；其VOC管脚一方面接入+15V电源电压，另一方面经电阻R1与所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端相连接，所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的输出端也为所述PWM生成电路模块(6)输出端，用于向所述门极驱动电路模块(7)输入PWM驱动信号。
5.根据权利要求4所述的一种新能源电动汽车控制器，其特征在于：所述运算放大器U2A、运算放大器U2B的型号为LM339J。
6.根据权利要求1所述的一种新能源电动汽车控制器，其特征在于：所述控制回路(1)内还设有温度检测电路模块(19)，其输出端一方面与所述三角波振荡器(8)电信号相连，另一方面与所述限流参考电路模块(18)电信号相连。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180313 Termination date: 20190726 |