專利名稱：一種混合式動(dòng)力汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種燃料電池、蓄能電池、逆變器，應(yīng)用于混合式動(dòng)カ汽車的智能監(jiān)測(cè)、通信和控制，實(shí)現(xiàn)燃料最優(yōu)監(jiān)測(cè)控制、新型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制、分布式電氣負(fù)載監(jiān)測(cè)控制的多嵌入式智能控制裝置，屬于嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和石油資源匱乏是世界各國(guó)汽車エ業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大難題?；旌鲜絼?dòng)カ汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)カ源，而電動(dòng)機(jī)又采用蓄能電池或燃料電池作為電カ源，已經(jīng)成為國(guó)際公認(rèn)的解決兩大難題的有效方法。日本、美國(guó)和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的政府部門、各大汽車公司和相關(guān)零部件廠商都投入巨資進(jìn)行混合式動(dòng)カ汽車和零部件研制開發(fā)以及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。我國(guó)汽車エ業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行的研究表明，混合式動(dòng)カ汽車是解決兩大難題最具競(jìng)爭(zhēng)的途徑，目前已取得了可喜的成績(jī)。國(guó)家科技部也把混合式動(dòng)カ汽車的 整車和零部件開發(fā)列為“十五”和“863”計(jì)劃重大專項(xiàng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供ー種混合式動(dòng)カ汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)，包括燃料電池I、蓄能電池2、可控硅13和可控硅114、逆變器5、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6、以及多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7 ;多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7包括燃料電池控制器8、電池管理控制器9、逆變器控制器10、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11，以及通過CAN與各控制器通信連接、傳輸和處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息的內(nèi)置無線CPU。內(nèi)置獨(dú)立CPU可以獨(dú)立控制，并通過CAN通信與各控制器彼此通信連接，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)智能監(jiān)測(cè)與控制。燃料電池I、蓄能電池2、可控硅13和可控硅114、逆變器5、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6都是目前市場(chǎng)上公知的普通元件。所述的混合式動(dòng)カ汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)，燃料電池I的輸出端信號(hào)與可控硅13連接，燃料電池I的輸入端控制信號(hào)與燃料電池控制器8的輸出端的控制信號(hào)連接；蓄能電池2的輸出端信號(hào)與可控硅114連接，蓄能電池2的輸入端控制信號(hào)與電池管理控制器9的輸出端控制信號(hào)連接；可控硅13和可控硅114的輸出端信號(hào)并聯(lián)后一起與逆變器5的輸入端信號(hào)連接，可控硅13和可控硅114的輸入端控制信號(hào)分別與電池管理控制器9的輸出端控制信號(hào)連接；逆變器5的輸出端信號(hào)與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的輸入端信號(hào)連接，逆變器5的輸入端控制信號(hào)與逆變器控制器10的輸出端控制信號(hào)連接；混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的輸入端信號(hào)與逆變器5的輸出端信號(hào)連接，混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)力単元6的輸入端控制信號(hào)與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11的輸出端控制信號(hào)連接。所述的多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7中的具有獨(dú)立CPU控制的燃料電池控制器8通過CAN總線傳送到無線CPU，由無線CPU將采集到的燃料電池各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，同吋，將燃料電池的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過CAN總線傳送到電池管理控制器9 ;具有獨(dú)立CPU控制的電池管理控制器9通過CAN總線傳送到無線CPU，由無線CPU將采集到的蓄能電池各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)；基于CAN總線的具有獨(dú)立CPU控制的逆變器控制器10，通過CAN總線傳送到無線CPU，由無線CPU將采集到的逆變器各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)；利用Internet網(wǎng)把上述數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；基于CAN總線的具有獨(dú)立CPU控制的混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11連接混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ單元6。本實(shí)用新型采用人工智能技術(shù)、模糊自適應(yīng)控制技術(shù)、模糊預(yù)測(cè)控制技術(shù)和傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)組成的嵌入式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的智能監(jiān)測(cè)與控制，各控制器采用控制器局域網(wǎng)(CAN)的總線通信技術(shù)與結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)混合式動(dòng)カ汽車的自動(dòng)控制、資源共享，解決了混合式動(dòng)カ汽車中線路復(fù)雜化、控制技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理等問題。本實(shí)用新型具有以下有益效果I、實(shí)現(xiàn)動(dòng)力単元的智能控制及CAN通信，以解決混合式動(dòng)カ汽車的主動(dòng)カ源的控制策略和控制算法對(duì)整車的動(dòng)カ性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的影響問題；2、實(shí)現(xiàn)有效的電池管理可以很好的保護(hù)蓄電池，提高其使用效率和使用壽命；3、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的燃料利用率和最大的輸出功率的燃料電池監(jiān)測(cè)控制；4、實(shí)現(xiàn)逆變器和混合式動(dòng)カ汽車驅(qū)動(dòng)控制，以解決電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和能耗對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程直接影響問題；同時(shí)，本實(shí)用新型確定了多嵌入式智能控制器的控制策略和控制算法，并編制和開發(fā)了相應(yīng)的控制和通訊系統(tǒng)的軟硬件，代表了汽車技術(shù)發(fā)展的新方向。

圖I為本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)通信控制器的電路原理圖。圖中1_燃料電池，2-蓄能電池，3-可控硅1，4_可控硅11，5_逆變器，6-混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元，7-多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器，8-燃料電池控制器，9-電池管理控制器，10-逆變器控制器，11-混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。如圖I所示，本混合式動(dòng)カ汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)包括燃料電池I、蓄能電池2、可控硅13和可控硅114、逆變器5、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6、以及多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7 ;多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7包括燃料電池控制器8、電池管理控制器9、逆變器控制器10、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11，以及通過CAN與各控制器通信連接、傳輸和處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息的內(nèi)置無線CPU。燃料電池I、蓄能電池2、可控硅13和可控硅114、逆變器5、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6均采用市售普通產(chǎn)品。燃料電池I的輸出端與可控硅13連接、輸入端與燃料電池控制器8的輸出端連接，蓄能電池2的輸出端與可控硅114連接、輸入端與電池管理控制器9的輸出端連接，可控娃13和可控娃114的輸出端并聯(lián)后與逆變器5的輸入端連接、輸入端分別與電池管理控制器9的輸出端連接，逆變器5的輸出端與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ單元6的輸入端連接、輸入端與逆變器控制器10的輸出端連接，混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的輸入端分別與逆變器5的輸出端和混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11的輸出端連接。[0017]多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7中的燃料電池控制器8、電池管理控制器9和逆變器控制器10通過CAN總線與無線CPU連接，無線CPU通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過Internet網(wǎng)與無線CPU連接，混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11通過CAN總線與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6連接。多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器7通過CAN總線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制器之間的通信，并通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)燃料電池I、蓄能電池2、逆變器5和混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的性能參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)與控制。通過具有獨(dú)立CPU控制的嵌入式燃料電池控制器8，將燃料電池的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如氫氣和氧氣/空氣的壓力和流量、膜的溫度和濕度以及化學(xué)計(jì)量比等等，通過CAN總線傳送到無線CPU，由無線CPU將采集到的燃料電池各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與管理，可維護(hù)燃料電池的啟動(dòng)和停機(jī)控制。另外，將燃料電池的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過CAN總線傳送到電池管理控制器9。通過具有獨(dú)立CPU控制的嵌入式電池管理控制器9，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如電流、電壓、溫度、電阻等，通過CAN總線傳送到無線CPU，由無線CPU將采集到的蓄能電池各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與管理。基于CAN總線的具有獨(dú)立CPU控制的逆變器控制器10，將監(jiān)測(cè)逆變器參數(shù)，包括DC/AC逆變器的輸出電壓和頻率，DC/DC變換器的正負(fù)輸出總線電壓，以及逆變器內(nèi)部的溫度等，通過CAN總線傳送到無線CPU，由無線CPU將采集到的逆變器各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)與管理?；贑AN總線的具有獨(dú)立CPU控制的混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11，通過對(duì)混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的能量流分析，確定了驅(qū)動(dòng)模式和制動(dòng)模式，實(shí)施在滿足整車動(dòng)カ性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性等條件下的多能源控制策略。燃料電池I的輸出端信號(hào)與可控硅13連接，形成主動(dòng)カ回路；燃料電池I的輸入端控制信號(hào)與燃料電池控制器8的輸出端的控制信號(hào)連接。燃料電池控制器8對(duì)燃料電池I實(shí)施燃料和空氣流量、壓力、溫度等控制以及膜的水含量等參數(shù)監(jiān)測(cè)、通信與控制。蓄能電池2的輸出端信號(hào)與可控硅114連接，形成主動(dòng)カ回路；蓄能電池2的輸入端控制信號(hào)與電池管理控制器9的輸出端控制信號(hào)連接。電池管理控制器9能準(zhǔn)確和可靠地獲得電池荷電狀態(tài)(S0C)，并實(shí)施對(duì)電池的可測(cè)參數(shù)，如電流、電壓、溫度、電阻等監(jiān)測(cè)通信控制?？煽赝?3和可控娃114的輸出端信號(hào)并聯(lián)后一起與逆變器5的輸入端信號(hào)連接，形成主動(dòng)カ回路；可控硅13和可控硅114的輸入端控制信號(hào)分別與電池管理控制器9的輸出端控制信號(hào)連接。通過電池管理控制器9對(duì)可控硅13和可控硅114的導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)施控制，決定混合式動(dòng)カ汽車的動(dòng)力能量來源是燃料電池I還是蓄能電池2或者同時(shí)選擇兩種電池。逆變器5的輸出端信號(hào)與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的輸入端信號(hào)連接，由逆變器5提供交流動(dòng)カ電源；逆變器5的輸入端控制信號(hào)與逆變器5控制器10的輸出端控制信號(hào)連接。通過逆變器5控制器10的數(shù)字處理芯片(DSP)實(shí)施的數(shù)字控制技術(shù)，對(duì)逆變器5實(shí)施高效節(jié)能控制。混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的輸入端信號(hào)與逆變器5的輸出端信號(hào)連接，形成主動(dòng)カ電源回路；混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元6的輸入端控制信號(hào)與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11的輸出端控制信號(hào)連接?；旌鲜絼?dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11作為混合式動(dòng)カ汽車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，決定混合式動(dòng)カ汽車的工作方式是發(fā)動(dòng)機(jī)還是電動(dòng)機(jī)。主要負(fù)責(zé)對(duì)行駛需求功率的合理分配，保證混合式動(dòng)カ汽車高效運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和排放達(dá)到最優(yōu)。燃料電池控制器8的工作原理當(dāng)燃料電池的輸出電壓和電流由于其負(fù)載變化而發(fā)生變化時(shí)，首先根據(jù)檢測(cè)到的燃料電池的輸出電壓值和電流值，計(jì)算出當(dāng)前的輸出功率。然后，采用模糊預(yù)測(cè)控制技術(shù)，通過輸出氫氣和空氣的給定量控制燃料電池的輸出電壓值和電流值。其次，當(dāng)氫氣壓力和空氣壓カ發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)用氫氣壓力和空氣壓カ的反饋控制機(jī)理，實(shí)現(xiàn)氫氣壓力和空氣壓カ的恒定控制。第三，當(dāng)氫氣流量和空氣流量發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)用氫氣流量和空氣流量的反饋控制機(jī)理，實(shí)現(xiàn)氫氣流量和空氣流量的最優(yōu)控制。第四，當(dāng)質(zhì)子交換膜燃料電池的內(nèi)部溫度發(fā)生變化時(shí)，基于模糊自適應(yīng)控制技木，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池溫度的智能控制。 電池管理控制器9的工作原理首先，監(jiān)測(cè)燃料電池和蓄能電池的電壓和電流，決定是否由燃料電池還是蓄能電池為混合式動(dòng)カ汽車供電。其次，實(shí)時(shí)控制燃料電池和逆變器5的啟動(dòng)和停機(jī)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。第三，顯示蓄能電池的參數(shù)，并控制和記錄故障信息。第四，根據(jù)監(jiān)測(cè)燃料電池和蓄能電池的電壓，通過控制可控硅13和可控硅114的開通和斷開，利用燃料電池對(duì)蓄能電池進(jìn)行均充和浮充。逆變器控制器10的工作原理首先，監(jiān)測(cè)逆變器5參數(shù)，包括DC/AC逆變器的輸出電壓和頻率，DC/DC變換器的正負(fù)輸出總線電壓，以及逆變器內(nèi)部的溫度等。其次，采用DSP數(shù)字處理芯片和全橋式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及正弦波脈沖寬度調(diào)節(jié)器技術(shù)(SPWM)和數(shù)字控制的無差拍控制思想，實(shí)現(xiàn)了 DC/AC逆變器智能控制，具有瞬時(shí)響應(yīng)快，精度高，THD小，功耗小和效率高等特點(diǎn)?；旌鲜絼?dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器11的工作原理首先，對(duì)混合式動(dòng)カ汽車的動(dòng)力単元(發(fā)動(dòng)機(jī)ー電動(dòng)機(jī)組，又稱APU)實(shí)施控制。其次，根據(jù)行駛路況，通過檢測(cè)混合式動(dòng)カ汽車的電動(dòng)部分和燃油部分的能量，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的配置，在合適的路況下以合適的方式提供動(dòng)カ能量，對(duì)行駛需求功率的合理分配，保證混合式動(dòng)カ汽車高效運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和排放達(dá)到最優(yōu)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。第三，對(duì)混合式動(dòng)カ汽車各部件的特性和汽車的運(yùn)行エ況，使發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、燃料電池、蓄能電池和傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配。本實(shí)用新型是通過具體實(shí)施過程進(jìn)行說明的，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下，還可以對(duì)本實(shí)用新型專利進(jìn)行各種變換及等同代替，因此，本實(shí)用新型專利不局限于所公開的具體實(shí)施過程，而應(yīng)當(dāng)包括落入本實(shí)用新型專利權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求1.ー種混合式動(dòng)カ汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)，其特征在于包括燃料電池(I)、蓄能電池(2)、可控硅I(3)和可控硅II (4)、逆變器(5)、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ単元(6)、多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器(7);多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器(7)包括燃料電池控制器(8)、電池管理控制器(9)、逆變器控制器(10)、混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器(11)，以及通過CAN與各控制器通信連接、并傳輸和處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息的內(nèi)置無線CPU。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合式動(dòng)カ汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)，其特征在于燃料電池(I)的輸出端與可控娃I (3)連接、輸入端與燃料電池控制器(8)的輸出端連接，蓄能電池(2)的輸出端與可控娃II (4)連接、輸入端與電池管理控制器(9)的輸出端連接，可控硅I (3)和可控硅II (4)的輸出端并聯(lián)后與逆變器(5)的輸入端連接、輸入端分別與電池管理控制器(9)的輸出端連接，逆變器(5)的輸出端與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ單元(6)的輸入端連接、輸入端與逆變器控制器(10)的輸出端連接，混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ單兀(6)的輸入端分別與逆變器(5)的輸出端和混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器(11)的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的混合式動(dòng)カ汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)，其特征在于多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器(7)中的燃料電池控制器(8)、電池管理控制器(9)和逆變器控制器(10)通過CAN總線與無線CPU連接，無線CPU通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過Internet網(wǎng)與無線CPU連接,混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ控制器(II)通過CAN總線與混合式動(dòng)カ汽車動(dòng)カ單元(6)連接。
專利摘要本混合式動(dòng)力汽車多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制系統(tǒng)，由燃料電池，蓄能電池，可控硅，逆變器，混合式動(dòng)力汽車動(dòng)力單元，多嵌入式智能監(jiān)測(cè)通信控制器組成；其中，多嵌入式智能通信控制器，由燃料電池控制器、電池管理控制器、逆變器控制器、混合式動(dòng)力汽車動(dòng)力控制器組成；它們單獨(dú)具備獨(dú)立CPU控制，并且可以利用CAN通信連接，實(shí)現(xiàn)智能協(xié)調(diào)控制，由無線CPU將采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線接入Internet網(wǎng)，利用Internet網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、控制與管理。本控制系統(tǒng)可以延長(zhǎng)電池使用壽命,提高電池的工作性能，對(duì)混合式動(dòng)力汽車各部件的運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)測(cè)、通信與智能控制，使燃料電池、蓄能電池和發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配，同時(shí)具有節(jié)約能源，操作方便，使用靈活，通用性強(qiáng)和工作性能良好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202404417SQ20112035710
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者李莉, 詹躍東 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)