基于MSP430的电动小车动态无线充电系统
作者：崔子龙 朱沛康 李熙然
来源：《现代信息科技》2020年第14期
山东电动汽车
        摘 要：为进一步加深对电动汽车无线充电技术的研究，对该技术作更深层次的理解，
文章设计了一种电动小车动态无线充电系统，所述装置由MSP430F169芯片、无线充电模块、电机驱动模块、超级电容储能模块和稳压模块五个部分组成，从而实现小车循迹前进、定点停车功能，并由超级电容通过稳压电路供电给小车系统及MSP430F169控制核心，进而控制小车的工作模式，实现设计要求。
        关键词：MSP430F169芯片;动态无线充电;小车循迹;定点停车
        Abstract：In order to further deepen the research on the wireless charging technology of electric vehicles and make a deeper understanding of the technology，this paper designs a dynamic wireless charging system for electric vehicles. The device is composed of MSP430F169 chip，wireless charging module，motor driving module，super capacitor energy storage module and voltage stabilizing module，so as to realize the functions of car tracking and fixed-point parking. And the super capacitor supplies power to the car system and MSP430F169 control core through the voltage stabilizing circuit to control the working mode of the car and realize the design requirements.
        Keywords：MSP430F169 chip;dynamic wireless charging;car tracking;fixed-point park
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        0 引 言
        近年来，经济发展十分迅速，汽车作为主要的交通工具，为人们的生活带来便捷和舒适的同时，也带来了环境污染、能源消耗等许多负面影响。所以，加大新能源汽车的发展力度是实现节能减排的重要途径。但是在使用过程中发现有线充电还是存在着许多缺陷，如配套设施暂未普及、有线设备使用麻烦等[1]。于是，无线充电技术开始流行起来，国家十分重视对该项目的研究，其将为电动汽车行业提供良好的发展机遇。
        无线充电技术是一种基于非直接接触方式，实现电能由电源侧传输至负载侧的电能传输技术，可以摆脱传输线束缚，实现无线动态充电。目前电动汽车无线充电技术主要采用磁场耦合方式，原理为在汽车行驶的道路上铺设发射线圈，使车辆在行驶过程中，由安装于汽车底部的接收线圈接收电能，为车载储能设备进行无线动态充电，从而提高汽车行驶距离。随着电力电子技术、蓄电池技术以及電动汽车整车技术的进步，无线充电技术在近些年得到了迅速发展，并展现出较强优势[2]。
        为进一步加深对该技术的理解与应用，为我国节能减排事业做出贡献，本文设计了一种电动小车动态无线充电系统，可实现小车循迹前进、定点停车等功能，并通过测试结果验证了该系统的可行性，该系统对于无线充电系统的设计及应用具有十分重要的参考价值。
        1 方案设计
        自19世纪末无线电能传输的概念被提出，系统的尺寸与质量、传输功率、传输距离、方向性以及能量转换效率等一直是系统设计中需要重点考虑的因素。根据实际测试，以全车重量不小于250 g、外形尺寸不大于30 cm×26 cm、发射线圈与接收线圈之间的距离为5 mm作为初步设计条件。
        本系统的结构框图如图1所示。
        本装置由1台5 V的直流稳压电源供电，输出电流不大于1 A，并采用6节2.7 V、10 F的超级电容串联起来作为储能元件;以MSP430F169为核心芯片，实现小车的循迹前进、定点停车;并通过稳压电路，供电给小车系统及MSP430F169控制核心;红外对管检测黑标记，转换为逻辑值输入MSP430F169，进而控制小车的工作模式，实现小车的转向与定点停车，以达到设计要求。
        2 硬件设计
        2.1 控制方案的选择
        方案一：选择型号为MSP430F169的MCU作为控制器。MSP430F169是16-Bit RISC架构、最高运算速度8MIPS的单芯片微控制器，是具有低功耗特点的微控制器。
        方案二：以数字信号处理器DSP为控制器。DSP28335内部功能结构有32位CPU、IEEE-754单精度浮点单元FPU、256 kB的Flash等存储器。但DSP28335具有较高功耗，常用于电力电子领域。
        由于该系统采用超级电容储能，储电量有限，在满足设计需求的前提下，为减少电能损耗、提高用电效率，故选用方案一。
        2.2 稳压电路方案的选择
        方案一：采用如图2所示DC-DC稳压电路。滤波部分采用电容滤波电路，在整流电路的输出端（即负载电阻两端）并联一个电容即可构成电容滤波电路，稳压部分采用稳压管稳压。该方案电路简单、容易调试，但效率较低。
        方案二：采用DC-DC升压稳压电路。该电路具有线性稳压功能，不仅能够节约板级空间，而且能够在介于0.9 V至5.5 V的输入电压范围内提供高达96%的功率转换效率，同时该电路可生成稳定的输出电压，通过外部电阻分压器或片上固定的内部电阻分压器调整电压。
        对于该系统的设计，能量转换效率是主要考虑的因素，为提高系统效率，故采用方案二。