燃料電池車載大功率DC/DC變換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
對DC/DC變換器的高端低端電壓電流進(jìn)行采樣,作為控制DC/DC變換器功率的回饋參考數(shù)據(jù),并上傳CAN網(wǎng)絡(luò)做為整車控制的重要參考數(shù)據(jù)。高端和低端的電流采樣用傳感器WBV151S07,為電壓隔離傳感器,輸入范圍為0~75mV,輸出為0~5V,供電為±12V。被測母線通過分流,將電流以比例衰減到電流傳感器的輸入范圍內(nèi),并通過車用微控制器MC9S12D64的AD采樣傳感器的輸出端。
高端和低端的電壓采樣用傳感器WBV151S01,當(dāng)被測電壓低于500V時,將電壓傳感器直接掛接到被測母線上,通過控制器AD采樣接口讀取傳感器輸出端的值。
3.4溫度傳感器
車載DC/DC變換器為大功率器件,散熱是重要性能指標(biāo)之一,因此為DC/DC變換器設(shè)置了溫度傳感器,來實(shí)時檢測溫度,當(dāng)散熱器不能滿足其散熱要求時,根據(jù)溫度傳感器采集的溫度量來啟動散熱風(fēng)扇,并以溫度為依據(jù)設(shè)定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速大小。溫度檢測采用的是美DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。它的測量范圍為50℃到125℃,精度可達(dá)0.1℃,不需要A/D轉(zhuǎn)換,直接將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。DS18B20嚴(yán)格的遵守單線串行通信協(xié)議,每一個DS18B20在出廠時都用激光進(jìn)行調(diào)校,并具有唯一的64位序列號。這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。
工作中控制單元對DS18B20的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現(xiàn)。其中ROM操作指令分別為:讀ROM(33H) 、匹配ROM(55H) 、跳過ROM(CCH) 、搜索ROM(F0H)和告警搜索(ECH)命令。暫存器指令分別為:寫暫存存儲器(4EH)、讀暫存存儲器(BEH)、復(fù)制暫存存儲器(48H)、溫度轉(zhuǎn)換(44H)和讀電源供電方式(B4H)。
4,DC/DC變換器的軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境為Code Warrior for S12,它是面向以HC12和S12為CPU的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的軟件包。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)?、全芯片仿真、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。其調(diào)試方式為BDM方式, BDM(Background Debug Mode)是Freescale公司的一種系統(tǒng)調(diào)試方式,具備基本的調(diào)試功能,包括資源訪問及運(yùn)行控制,與指令掛牌及斷點(diǎn)邏輯配合就可以實(shí)現(xiàn)很多重要的開發(fā)功能。
4.1 DC/DC變換器工作模式
DC/DC變換器設(shè)計(jì)三種工作模式,使能工作模式,正常工作模式和故障模式。在使能工作模式下DC/DC處于未被啟動狀況,需要將其引出的兩使能腳短路使其使能成功,使能成功后即進(jìn)入正常工作模式,在正常工作模式下可對DC/DC變換器進(jìn)行提取功率操作。DC/DC的控制單元如果檢測到故障,將使DC/DC變換器進(jìn)入故障模式,此時整車控制器指令對DC/DC變換器的操作無效。
4.2DC/DC變換器工作協(xié)議
作為燃料電池車的電壓變換器,需要根據(jù)工作方式制定協(xié)議,并規(guī)定每上傳比特位的意義,DC/DC變換器則根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議向整車CAN網(wǎng)上傳數(shù)據(jù),整車控制器則從CAN網(wǎng)上采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)按協(xié)議翻譯并參與控制策略運(yùn)算。DC/DC變換器的協(xié)議包括上傳數(shù)據(jù)協(xié)議和接受數(shù)據(jù)協(xié)議。
4.3流程圖
如圖9所示,為DC/DC變換器的工作主流程圖,此外,在CAN中斷處理程序中,按協(xié)議接受CAN網(wǎng)數(shù)據(jù)供主程序使用,并在定時中斷中定時上傳數(shù)據(jù),每100ms上傳一幀數(shù)據(jù),采用CAN2.0 通訊協(xié)議,29位ID,每幀8個字節(jié)數(shù)據(jù)量通訊方式。
5,結(jié)束語
本文作者創(chuàng)新點(diǎn):以飛思卡爾單片機(jī)MC9S12D64做為控制單元設(shè)計(jì)成的燃料電池車載DC/DC變換器經(jīng)上車實(shí)驗(yàn)具有如下創(chuàng)新點(diǎn):
①DC/DC電路采用沒有隔離的雙向Zeta-Sepic 直流變換器電路,可靠穩(wěn)定,適應(yīng)燃料電池車的工作要求。②采用車用微控制器MC9SD64為DC/DC變換器的控制單元,提高了現(xiàn)場的抗干擾能力,確保DC/DC變換器在電磁環(huán)境較為惡劣,電磁干擾因素居多環(huán)境下正常運(yùn)行。③采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測散熱器溫度,使溫度檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng),精度高;④利用CAN總線與整車CAN網(wǎng)通訊,與整車通訊協(xié)議匹配,保證通信流暢,提高了DC/DC變換器的通信的抗干擾能力。
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