基于PLC混合電動汽車控制系統的設計

杲 鄭 卞 杰

（泰州學院船舶與機電工程學院，江蘇 泰州 225300）

基于PLC混合電動汽車控制系統的設計

杲 鄭 卞 杰

（泰州學院船舶與機電工程學院，江蘇 泰州 225300）

以汽油為動力的汽車對環境造成了大量的污染，新型節能環保汽車成為當前的研究熱點，本位以PLC為控制器，設計風、光和電為能源動力的助力汽車，適用于城市的日常交通和可控范圍里程的長途。文章主要研究混合動力汽車的結構設計、電路設計以及部分程序設計，為混合動力汽車設計提供參考。

混合動力；節能汽車；控制器；PLC

風能為潔凈的能量來源，是可再生能源，很環保，且制造成本較低。太陽能作為一種新能源，它是人類可以利用的最豐富的能源；地球上，無論何處都有太陽能，可以就地開發利用充電池混合動力電動汽車技術已經成為世界汽車產業發展的重要方向。充電池混合動力電動汽車的關鍵是混合動力系統，它的性能直接關系到混合動力汽車整車性能。經過十多年的發展，混合動力系統總成已從原來發動機與電機離散結構向發動機電機和變速箱一體化結構發展，即集成化混合動力總成系統。充電池混合動力電動汽車清潔環保，既發揮了發動機持續工作時間長、動力性好的優點，又可以發揮電動機無污染、噪音低的好處。

1 電動汽車的結構及原理

1.1 結構設計

新型混合電動汽車的主要仍參考當前使用的純電動汽車結構模型，不同的是在汽車頂部和左右測，安裝太陽能電池板，在電池板下面在普通電動汽車的車頂加裝太陽能電池板，電池板下面安裝小型動力葉片，汽車前側內大型的三個葉片的風力發電風葉。控制器采用三菱PLC，通過傳感器檢測數據，選擇風、光和電其中一種的動力能源。

1.2 工作原理

太陽能發電[1]：陽光照射電池陣列時，產生光生電流。能量(電流)通過峰值功率跟蹤器被直接傳送到電機控制器中，驅動電機旋轉，使車輛行駛。剩余電量由蓄電池儲存起來，以便太陽電池板電量不足或陰雨天氣時驅動電機。這一過程由控制器控制。車輛的啟動、加速、轉向、制動由駕駛員操縱。

風力發電：利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。

圖1 整車控制系統的工作原理

2 硬件設計

2.1 硬件選型[2]

硬件主要由電動汽車機車、太陽能電池板、風力發電機、蓄電池、傳感器、變速器等組成。通過PLC指令實現電動汽車的前進、后退、停車、選擇電動汽車自身發電方式。

蓄電池一般選擇鋰電池。使用壽命長、比能量高、具備高功率承受力、額定電壓高、重量輕、自放電率低且綠色環保。

2.2 電路設計

試驗現場的硬接線如圖2所示。

圖2 硬件接線

3 軟件設計

3.1 流程圖

系統軟件由主程序和蓄電池充電選擇子程序組成。首進由主程序進行系統初始化，然后判斷車子是否行駛，若不行駛，則汽車停止，否則判斷汽車是否前進，若前進則輸出顯示汽車前進，否則輸出顯示汽車后退。若選擇汽車在行駛狀態下，則通過電機使車子前進或后退。主程序流程圖如圖3所示，子程序蓄電池充電選擇流程圖如圖4所示。

圖3 汽車啟停主程序流程圖

圖4 蓄電池充電選擇流程圖

3.2 梯形圖設計

I/O端子的分配如表1所示。

表1 端口分配

梯形圖[3]如圖5所示，X000合閉，Y000接通并自鎖，執行系統初始化。經過系統初始化后，X001合閉，執行汽車前進功能，X002合閉則執行倒車功能，而且汽車前進與倒車功能實現互鎖，X003則使汽車停止運行。當選擇電動汽車風力發電時，汽車在行駛中,若X004合閉，則混合動力電動汽車自身發電被視為行駛風力發電，汽車處于停止狀態下X004合閉，則混合動力電動汽車自身發電被視為行自然風力發電，且行駛風力發電與自然風力發電功能實現互鎖；在行駛狀態或停止狀態下，X005合閉則混合動力電動汽車自身發電被視為太陽能發電，風力發電與太陽能發電功能實現互鎖。

圖5 梯形圖

4 總結

本控制系統基本實現混合動力電動汽車的太陽能發電及風力發電（行駛風力發電和自然風力發電）。利用PLC來實現混合動力電動汽車的整體控制，是現如今重點研究的項目，有較好的發展市場，通過實踐證明，采用PLC實現混合動力電動汽車的太陽能發電及風力發電時可行的。

[1]馬海軍,蔣祖華,朱訓生.太陽能車[J].太陽能,2004,(3): 27-30.

[2]畢道志.電動車電池的開發現狀及展望[J].電池工業, 2000,5(2):56-63.

[3]陳蘇波.三菱 PLC快速入門與實例提高[M].北京:人民郵電出版社,2008.

Hybrid electric vehicle control system design based on PLC

Gasoline-powered cars on the environment caused a lot of pollution, new energy saving cars become a research hotspot in PLC based controller design of wind, light and electricity for energy and power booster car for the city's daily traffic and controllable range of long distance mileage. This paper mainly studies the structural design of hybrid vehicles, the circuit design as well as part of the program designed to provide a reference for the design of hybrid vehicles.

Hybrid; fuel-efficient cars; controller;PLC

U463

A

1008-1151(2015)05-0061-02

2015-04-13

江蘇省大學實踐創新訓練計劃項目（201412917015Y）。

杲鄭（1993－），男，泰州學院在讀學生，工程師，從事電氣自動化技術項目實踐。