CN205381157U - 一种电动车控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动车控制器，包括微处理器、驱动电路、功率变换模块、转速调节模块、电流调节模块和温度调节模块，功率变换模块与电机电连接。本实用新型是在电机的转速\电流双闭环控制的基础上，引入电机绕组的温度作为温度反馈量。温度调节模块让电机实时温度与给定温度最大允许值进行比较，当温度大于给定温度最大允许值时，给电流调节模块输出限流饱和值调节信号，使电流调节模块根转速反馈和温度反馈调节限流值的饱和度，使功率变换电路调节电机的最大输出功率，去降低电机绕组运行温度。因此本实用新型对电机能够进行过温保护，从而使电机在复杂的运行工况下，也不会发生过热故障。

Description

一种电动车控制器

技术领域

本实用新型涉及电机过温保护技术领域，尤其涉及一种电动车控制器。

背景技术

电动车的运行环境的复杂，导致车载电机运行会引起电机绕组的温升。而过高的温度对电机运行的安全性和使用寿命都存在着一定的隐患，使电机和电动车控制器的故障率普遍升高。为了降低电机及电动车控制器的故障率，则需要一种切实可行的电机及电动车控制器保护，来对电控***进行保护。

目前已有相关的电动车用电机过温保护方法，例如公开号为CN102255282A，名称为“一种纯电动车用永磁同步电机和控制器***的温度保护方法”的中国专利。该专利公开的过温保护方法，主要是利用热敏电阻的阻值随温度变化而导致的电压的变化的特性，并利用DSP\MCU中的程序控制调整PWM芯片的输出，进而将电机关闭。根据其公开的技术方案的得知，其主要是通过断电的方式实现电机的过温保护，并不涉及限流值的饱和度的调整，电动的最大输出功率被设定为一个静态限定值。

但是基于过温保护的电动车控制器大多使用转速/电流双闭环的控制方法，电机的运行功率受转速外环和电流内环双重调节，但电机的最大输出功率却被限流值的饱和值(将控制器与电机正确连接后，转动调速转把，使电机处于最大转速运行状态，且转速正常，这时给电机增加负载，加载时注意加载速度不要过急，以免引出电流准确率底，一致性差，直至电机停下，这过程中电源上出现的最大电流为控制器的限流值，一般6管限流在17A±1，9管的限流在25A±1，12管的限流在28A±1，15管的限流在35A±1，18管的限流在40A±1。)所限制。由于电动车运行工况复杂，长期运行时，静态限定的最大输出功率可能会导致电机的过热故障。据统计，2014年因最大输出功率设定欠佳导致的过热故障已占故障总数的40％以上，已成为制约电动车行业发展的关键问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动车控制器，该控制器具备电机过温保护功能，从而使电机在复杂的运行工况下，也不会发生过热故障。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种电动车控制器包括依次电连接的微处理器、驱动电路和功率变换模块，所述功率变换模块与电机电连接；还包括：用于输入车辆运行的控制模块，所述控制模块与所述微处理器电连接；用于控制电机运行的双闭环控制模块，所述双闭环控制模块包括转速调节模块和电流调节模块，所述转速调节模块输出转速负反馈对应的电流调节电信号给所述电流调节模块；所述电流调节模块与所述功率变换模块电连接，还包括与所述微处理器电连接的温度调节模块，所述温度调节模块输出温度负反馈对应的限流饱和值调节电信号给所述电流调节模块，所述温度调节模块包括设在所述电机绕组上的温度传感器。

优选方式为，所述温度调节模块包括依次电连接的比较器和限流饱和值调节电路，所述比较器输出温度偏差量对应的电压给所述限流饱和值调节电路，所述限流饱和值调节电路输出限流饱和值调节电信号。

优选方式为，所述限流饱和值调节电路包括一阶线性电路。

优选方式为，所述电流调节模块包括限流电路和电流PID调节器，所述限流电路同时与所述转速调节模块和所述温度调节模块电连接，所述电流PID调节器与所述功率变换模块电连接；所述电流调节模块还包括与所述微处理器电连接的电流传感器。

优选方式为，所述转速调节模块包括分别与所述微处理器电连接的转速传感器和转速PID调节器，所述转速PID调节器与所述电流调节模块电连接。

优选方式为，所述功率变换模块包括PWM同步调节器，所述PWM同步调节器与所述电流调节模块电连接。

优选方式为，还包括与所述微处理器电连接的蜂鸣器。

优选方式为，还包括与所述微处理器电连接的指示灯。

采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：由于本实用新型的电动车控制器包括微处理器、驱动电路、功率变换模块、转速调节模块、电流调节模块和温度调节模块，其中功率变换模块与电机电连接。本实用新型的电动车控制器是在电机的转速\电流双闭环控制的基础上，引入电机绕组的温度作为温度反馈量。温度调节模块让电机实时温度与给定温度最大允许值进行比较，当温度大于给定温度最大允许值时，给电流调节模块输出限流饱和值调节信号，使电流调节模块根转速反馈和温度反馈调节限流值的饱和度，从而使功率变换电路调节电机的最大输出功率，达到降低电机绕组运行温度的目的。因此本实用新型的电动车控制器，对电机能够进行过温保护，从而使电机在复杂的运行工况下，也不会发生过热故障。

综上所述，本实用新型的电动车控制器与现有技术中置相比，解决了直接关闭电机的过温保护方式，受电机的最大输出功率被设定一个静态限定值的影响，仍旧会发生过热故障的技术问题，而本实用新型的电动车控制器，具备电机过温保护功能，即便电动车在复杂的工况下运行，电机也不会发生过热故障。

附图说明

图1是本实用新型电动车控制器的原理示意图；

图2是实施例中的电动车控制器的电路结构示意图；

图3是本实用新型电动车控制器的电机过温保护方法的原理示意图；

图中：1—限流饱和值调节电路、2—蜂鸣器、3—指示灯。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种电动车控制器包括依次电连接的微处理器、驱动电路和功率变换模块，功率变换模块与电机电连接，还包括分别与微处理器电连接的指示灯3和蜂鸣器2。电机与动力电池电连接，动力电池采用48V铅酸蓄电池向电机提供直流电压；DC\DC电路将48V电压变换为3.3V和5V电压向微处理器及各传感器、蜂鸣器2等用电设备供电。

如图2所示，电动车控制器还包括：

用于输入车辆运行的控制模块，控制模块包括分别与微处理器电连接的转把控制电路、刹车控制电路、定速巡航控制电路、倒车控制电路。

用于控制电机运行的双闭环控制模块，双闭环控制模块包括转速调节模块和电流调节模块，转速调节模块输出转速负反馈对应的电流调节电信号给电流调节模块。电流调节模块与功率变换模块电连接。

本实用新型的电动车控制器还包括与微处理器电连接的温度调节模块，温度调节模块输出温度负反馈对应的限流饱和值调节电信号给电流调节模块，温度调节模块包括设在电机绕组上的温度传感器。

如图2和图3所示，本实施例的电流调节模块包括限流电路和电流PID调节器，限流电路也就是图3中的限流饱和环节。限流电路同时与转速调节模块和温度调节模块电连接，电流PID调节器与功率变换模块电连接；电流调节模块还包括与微处理器电连接的电流传感器。

转速调节模块包括分别与微处理器电连接的转速传感器和转速PID调节器，转速PID调节器与所述电流调节模块电连接。

功率变换模块包括PWM同步调节器，PWM同步调节器与电流调节模块电连接。

温度调节模块包括依次电连接的比较器和限流饱和值调节电路1，比较器输出温度偏差量对应的电压给限流饱和值调节电路1，限流饱和值调节电路1输出限流饱和值调节电信号，限流饱和值调节电路1包括一阶线性电路，一阶线性电路包括RC充电电路和比例环节。因选用一阶线性电路使限流饱和度值调整为渐变式，而非突变式调整，对于电机抖动，电动车行驶噪音、电机运行电流而言，具有重要意义。

本实施例的微处理器采用型号为STM32F103单片机，转把控制电路、刹把控制电路、定速巡航控制电路和倒车控制电路分别与微处理器的GPIO口相连。驱动电路采用三相六步工作方式，与微处理器的GPIO口相连。

功率变换模块采用三相全桥电路，功率器件选用型号为STP80NF70的MOSFET功率器件。功率变换模块三相输出分别与对应的电机进线相连接。

电机选用额定功率为650W的无刷直流电机，内含霍尔传感器。霍尔传感器与微处理器的GPIO口相连，作为转速传感器用于检测转子位置并计算电机的换相及转速。

电流调节模块的电流传感器选用型号为CSM015NPT5的霍尔电流传感器，也与微处理器的GPIO口相连，安装于电机的母线上，用于测量电机直流侧母线输出相电流。

温度调节模块的温度传感器选用微型温度传感器，型号为MF52的热敏电阻，与微处理器的GPIO口相连。热敏电阻探头贴于电机绕组的空隙处，用于实时测量电机绕组的运行温度。

蜂鸣器2选用型号12095的蜂鸣器2，与微处理器的GPIO口相连，用于发出电机超温警示声音；报警指示灯3选用直径为5mm的发光二极管，与微处理器的GPIO口相连，用于发出电机超温的警示灯光。

本实用新型的电动车控制器的电机过温保护方法是，转速调节模块根据电机的转速负反馈，输出电流调节电信号给电流调节模块；温度调节模块根据电机的温度负反馈，输出限流饱和值调节电信号给电流调节模块；电流调节模块根据接收到的电信号，调节限流饱和值，并输出对应的电流信号给功率变换模块，功率变换模块调节电机的最大输出功率，达到控制电机温度目的。

如图3所示，电机过温保护方法是引入了三个反馈量，分别是转速负反馈、电流负反馈和温度负反馈，以调节相对应的转速、电流和限流饱和度值。电机的转速负反馈组成的控制环路，用于确保电动机的转速准确跟随电动车转把给定的转速信号。电机的电流负反馈组成的控制环路，将转速PID调节器的输出经限流饱和环节后，作为电流PID调节器的输入，控制PWM同步调节器，从而提高车载电机的动态性能。电机绕组的温度负反馈，与给定的最大允许温度共同作为比较器的输入，比较器的输出作用于一个由RC充电电路构成的一阶线性环节，一阶线性环节的电压输出作用于比例环节，比例环节输出用于调节限流饱和环节的饱和度。RC充电电路包括串接的电阻和电容，电阻的两端分别与比较器和比例环节连接，电容的另一端接地。当电机的温度大于给定温度最大允许值时，比较器输出代表温度偏差量的电压信号，该电压信号对一阶线性环节内的电容进行充电，电容输出信号经过比例环节后，与原始电流饱和度值相减，降低限流饱和环节的饱和度。PWM同步调节器根据已降低的限流饱和度减小控制信号的输出占空比，从而减小电机最大输出功率，降低了电机绕组运行温度，提高电机运行可靠性。

同理当电机的温度不大于给定温度最大允许值时，温度调节模块输出限流饱和值升高量对应的电信号给所述电流调节模块，功率变换模块升高电机的最大输出功率，保证电机的正常运行。

所有PID控制器,又称为PID调节器,是工业控制中常用的校正装置。它结构简单,技术成熟,对被控对象的精确数学模型要求不高,调节参数可以根据现场调试或经验确定。

以上所述本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种电动车控制器结构的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动车控制器，包括依次电连接的微处理器、驱动电路和功率变换模块，所述功率变换模块与电机电连接；还包括：

用于输入车辆运行的控制模块，所述控制模块与所述微处理器电连接；

用于控制电机运行的双闭环控制模块，所述双闭环控制模块包括转速调节模块和电流调节模块，所述转速调节模块输出转速负反馈对应的电流调节电信号给所述电流调节模块；所述电流调节模块与所述功率变换模块电连接，其特征在于，还包括与所述微处理器电连接的温度调节模块，所述温度调节模块输出温度负反馈对应的限流饱和值调节电信号给所述电流调节模块，所述温度调节模块包括设在所述电机绕组上的温度传感器。

2.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于，所述温度调节模块包括依次电连接的比较器和限流饱和值调节电路，所述比较器输出温度偏差量对应的电压给所述限流饱和值调节电路，所述限流饱和值调节电路输出限流饱和值调节电信号。

3.根据权利要求2所述的电动车控制器，其特征在于，所述限流饱和值调节电路包括一阶线性电路。

4.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于，所述电流调节模块包括限流电路和电流PID调节器，所述限流电路同时与所述转速调节模块和所述温度调节模块电连接，所述电流PID调节器与所述功率变换模块电连接；所述电流调节模块还包括与所述微处理器电连接的电流传感器。

5.根据权利要求1所述的电动车控制器，其特征在于，所述转速调节模块包括分别与所述微处理器电连接的转速传感器和转速PID调节器，所述转速PID调节器与所述电流调节模块电连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电动车控制器，其特征在于，所述功率变换模块包括PWM同步调节器，所述PWM同步调节器与所述电流调节模块电连接。

7.根据权利要求6所述的电动车控制器，其特征在于，还包括与所述微处理器电连接的蜂鸣器。

8.根据权利要求6所述的电动车控制器，其特征在于，还包括与所述微处理器电连接的指示灯。