燃料電池車載大功率DC/DC變換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.3 DC/DC變換器低端高端電壓電流測(cè)量

對(duì)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(cè)母線通過(guò)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(guò)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(cè)電壓低于500V時(shí)，將電壓傳感器直接掛接到被測(cè)母線上，通過(guò)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(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，當(dāng)散熱器不能滿足其散熱要求時(shí)，根據(jù)溫度傳感器采集的溫度量來(lái)啟動(dòng)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(cè)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(cè)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(gè)DS18B20在出廠時(shí)都用激光進(jìn)行調(diào)校，并具有唯一的64位序列號(hào)。這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。

工作中控制單元對(duì)DS18B20的操作以ROM命令和存儲(chǔ)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(guò)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(chǔ)器(4EH)、讀暫存存儲(chǔ)器(BEH)、復(fù)制暫存存儲(chǔ)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(kāi)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(kāi)發(fā)的軟件包。包括集成開(kāi)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(wèn)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(kāi)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(dòng)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(duì)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(cè)到故障，將使DC/DC變換器進(jìn)入故障模式，此時(shí)整車控制器指令對(duì)DC/DC變換器的操作無(wú)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(shí)中斷中定時(shí)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(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)量通訊方式。

5,結(jié)束語(yǔ)

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(méi)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(chǎng)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(cè)散熱器溫度，使溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。