電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)

包九江

摘 要：為了提高電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的可靠性，提出一種基于T型熱電偶的多回路溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)。在分析T型熱電偶特性的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括溫度傳感器、信號(hào)處理單元、DSP、CAN通訊單元、電源單元、時(shí)鐘單元和編程單元等，重點(diǎn)設(shè)計(jì)T型熱電偶輸出信號(hào)處理單元，并根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)軟件程序。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；控制系統(tǒng)；溫度；T型熱電偶

一、引言

伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車行業(yè)高速進(jìn)步，我國(guó)汽車的消費(fèi)和生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入到高速發(fā)展時(shí)期。電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車電子技術(shù)也不斷進(jìn)步，電子化和智能化是當(dāng)今汽車行業(yè)的發(fā)展主題。能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境容量限制，電動(dòng)汽車逐漸取代傳統(tǒng)汽車已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車主要的動(dòng)力來(lái)源，用于對(duì)電動(dòng)汽車的前進(jìn)、制動(dòng)等進(jìn)行綜合控制和管理。由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和空間限制，電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)溫度不斷上升，對(duì)其溫度變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是電動(dòng)汽車智能化技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

二、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中整流單元用于實(shí)現(xiàn)將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為蓄電池充電用直流電，逆變單元用于將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為頻率、脈寬可調(diào)的交流電為電動(dòng)機(jī)動(dòng)作提供能量。整流單元、逆變單元與電動(dòng)機(jī)一樣，容易產(chǎn)生熱量造成溫度上升，所以必須對(duì)其溫度變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在溫升較高時(shí)啟動(dòng)降溫裝置。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括溫度傳感器、信號(hào)處理單元、DSP、CAN通訊單元、電源單元、時(shí)鐘單元和編程單元等（如圖1所示），具有同時(shí)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度變化信息進(jìn)行采集、處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。溫度傳感器?fù)責(zé)采集電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)等部位的溫度信息。信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)將溫度原始信息進(jìn)行隔離處理，轉(zhuǎn)換成DSP能夠識(shí)別的信息。DSP負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和傳輸，同時(shí)對(duì)采樣頻率、計(jì)算精度、傳輸速度等進(jìn)行設(shè)置。電源單元為DSP和溫度傳感器提供電能。時(shí)鐘單元用于為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采樣和傳輸時(shí)鐘信號(hào)。編程單元實(shí)現(xiàn)DSP和編程計(jì)算機(jī)之間的連接，用于軟件程序編譯、調(diào)試和燒錄。

圖1 電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（一） T型熱電偶

選用T型熱電偶作為溫度傳感器監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的溫度，該熱電偶是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)兩接合點(diǎn)存在溫差就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。T型熱電偶又稱銅-康銅熱電偶，測(cè)量溫度在-200～+350℃之間，具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，溫度近似線性和復(fù)制性好，傳熱快，穩(wěn)定性和均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)。

（二）信號(hào)處理單元

T型熱電偶的輸出毫伏級(jí)電壓信號(hào)，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大和光耦隔離后發(fā)送給DSP。運(yùn)算放大器選擇LM358，光耦隔離選用線性HCNR201光電耦合器，信號(hào)處理電路如圖2所示。HCNR201是一種由三個(gè)光電元件組成的器件，具有±5%的傳輸增益誤差和±0.05%的線性誤差，DC～1MHz的帶寬，絕緣電阻高達(dá)1013Ω，輸入與輸出回路之間的分布電容為0.4pF。

圖2 信號(hào)處理電路

三、結(jié)束語(yǔ)

利用T型熱電偶的抗干擾能力強(qiáng)、輸出特性好等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一套電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。以DSP為核心采集溫度數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)和走線，增加了可靠性及靈活性。系統(tǒng)并對(duì)溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)放處理、光耦隔離、運(yùn)算與傳輸，能夠?qū)Χ鄠€(gè)對(duì)象的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)多回路的溫度信號(hào)分散采集和集中管理，

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