專利名稱：電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動車驅(qū)動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以超級電容作為輔助電源的電動車驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
制約電動車廣泛應(yīng)用的一個重要因素是其續(xù)駛里程短，而再生制動是節(jié)約能源、提高電動汽車?yán)m(xù)駛里程的關(guān)鍵，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益，目前在國內(nèi)外的很多試驗(yàn)車上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有電動車上的再生制動都是在車輛制動時，使電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)工況，將動能或重力勢能轉(zhuǎn)化為電能回饋并儲存在蓄電池中。
這種方案的主要缺點(diǎn)是車輛頻繁制動時會使蓄電池頻繁地充、放電，會對電池造成一定的損失，影響電池的壽命。另外，電池作為電動車的唯一電源，在車輛加速或者爬坡的時候，電池將會大電流放電，對電池的壽命也是不利的。
超級電容(ultracapacitor)是指近年研究開發(fā)出來的一種新型電容，這種電容的超級電容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通電容，通?？蛇_(dá)到幾千甚至數(shù)萬法拉，目前國內(nèi)外均有生產(chǎn)。和蓄電池相比，超級電容具有功率密度大、壽命長等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于瞬時功率大、充放電頻繁的場合。隨著科技的發(fā)展，超級電容的價格將進(jìn)一步降低，性能將進(jìn)一步提高，在電動車領(lǐng)域?qū)懈鼜V闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，在電動車蓄電池主電源的基礎(chǔ)上增加一個輔助電源，即超級電容模組及調(diào)壓器。主電源提供電動車運(yùn)行所需大部分能源，電動車再生制動回饋能量通過調(diào)壓器存儲于超級電容中，在車輛加速和爬坡時，調(diào)壓器將超級電容中儲存的能量釋放出來，和主電源并聯(lián)向電機(jī)供電。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，超級電容輔助電源系統(tǒng)按以下方法構(gòu)建1)首先在電動車上設(shè)置一個超級電容模組，用于吸收電動車再生制動回饋能量，以及車輛加速或爬坡時協(xié)助主電源向電機(jī)供電；2)設(shè)置一調(diào)壓器，分別與超級電容模組和原電動車的主電源與電機(jī)驅(qū)動控制器相連接；3)在原電動車控制系統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上，增設(shè)超級電容電壓和電流傳感器，還需增設(shè)用于控制調(diào)壓器的PWM控制信號，使微處理器能同時控制主電源和超級電容的充放電；上述調(diào)壓器包括，一機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)置有控制電路板、DC/DC變換器；控制電路板通過接口電路和主電源電壓傳感器、主電源電流傳感器、電機(jī)電壓傳感器、電機(jī)電流傳感器、超級電容電壓傳感器、超級電容電流傳感器、油門踏板驅(qū)動電位器和剎車踏板制動電位器相連接；控制電路板上設(shè)置有微處理器，微處理器可采用單片機(jī)、DSP等器件，微處理器通過濾波電路采集電壓、電流信號、加速踏板和制動踏板信號；微處理器輸出的PWM信號經(jīng)過光電隔離器件及驅(qū)動電路控制DC/DC變換器每個功率器件的動作；DC/DC變換器部分可采用多種已廣泛使用的電路，例如boost、buck、cuk變換器及其組合而成的各種變換器。
本發(fā)明的電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)1)由超級電容存儲電動車再生制動回饋能量，避免了頻繁充、放電對電動車主電源的不利影響，由于超級電容使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蓄電池，因此電動車電源系統(tǒng)的壽命得到提高；2)在車輛加速和爬坡時，超級電容協(xié)助主電源向電機(jī)提供一部分能量，使主電源的放電電流有很大下降，從而使主電源的壽命得到提高；
3)由于超級電容功率密度大的特點(diǎn)，車輛加速時可以以很大的放電電流協(xié)助主電源供電，因此電動車的加速性能有所改善。
4)本系統(tǒng)不需對原電動車控制系統(tǒng)在原理和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大的改動，只需把原控制系統(tǒng)所用的部分傳感器輸出信號接入調(diào)壓器中，可以很方便地實(shí)施技術(shù)改造。
5)本系統(tǒng)使用廣泛，可以用于電動汽車，進(jìn)一步可擴(kuò)展應(yīng)用至電動自行車、電動三輪車等電動車輛。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明電路框圖；圖3是實(shí)施例中調(diào)壓器DC/DC變換器電路原理圖；圖4是實(shí)施例中電動車驅(qū)動時電流方向示意圖；圖5是實(shí)施例中電動車制動時電流方向示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參見圖1～5，依照本發(fā)明的技術(shù)方案，本實(shí)施例的技術(shù)路線是在原電動車驅(qū)動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)一個超級電容輔助電源系統(tǒng)，該輔助電源系統(tǒng)由超級電容模組和調(diào)壓器組成。超級電容模組是指由若干個超級電容單體串聯(lián)成一組，再將若干組并聯(lián)而形成的模塊。根據(jù)電機(jī)額定電壓確定每組串聯(lián)的超級電容單體個數(shù)，根據(jù)需要存儲的能量多少配置并聯(lián)超級電容的組數(shù)。
調(diào)壓器包括，一機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)置有控制電路板以及DC/DC變換器?？刂齐娐钒逋ㄟ^接口電路和主電源電壓傳感器、主電源電流傳感器、電機(jī)電壓傳感器、電機(jī)電流傳感器、超級電容電壓傳感器、超級電容電流傳感器、油門踏板驅(qū)動電位器和剎車踏板制動電位器相連接；DC/DC變換器部分采用由boost和buck電路組成的雙向、升降壓電路，如圖4所示。
控制電路板上設(shè)置有微處理器，微處理器采用DSP，通過濾波電路采集電壓、電流信號、加速踏板和制動踏板信號；DSP輸出的PWM信號經(jīng)過光電隔離器件及驅(qū)動電路控制DC/DC變換器每個功率器件的動作；濾波電路采用典型的由運(yùn)算放大器搭建的濾波電路；光電隔離電路由光耦實(shí)現(xiàn)；控制器所需各種電平由主電源上取電，經(jīng)過普通DC/DC開關(guān)電源來提供。
功率器件T1、T2、T3、T4組成雙向、升降壓變換器電路，其中T1、T2與超級電容模組相連，T3、T4分別與主電源的正、負(fù)極相連。四個功率器件在每一時刻僅有一只處于PWM工作狀態(tài)，其中，T1工作時形成驅(qū)動降壓變換器，T4工作時形成驅(qū)動升壓變換器，T2工作時形成制動升壓變換器，T3工作時形成制動降壓變換器。調(diào)壓器控制電路板微處理器根據(jù)采集到的超級電容模組電壓、主電源電壓，以及車輛駕駛模式控制DC/DC變換器處于上述四種工作狀態(tài)之一，實(shí)現(xiàn)車輛再生制動能量向超級電容模組的儲存，或者使超級電容模組協(xié)助主電源向電機(jī)供電。
電動車電機(jī)為永磁有刷直流電機(jī)，20KW，額定電壓120V；也可以采用普通直流電機(jī)或永磁無刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)或異步電機(jī)。
主電源由10節(jié)200AH鉛酸蓄電池串聯(lián)組成；當(dāng)然也可以采用鋰離子電池或鎳氫蓄電池。
超級電容模組為額定電壓180v，儲能90wh(100只1.8v/1000F超級電容單體串聯(lián)成一組，兩組并聯(lián)而成)；變換器功率器件采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其相應(yīng)的驅(qū)動電路；當(dāng)然功率器件還可以采用功率晶體管GTR或金屬—氧化物—半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管MOSFET或門極關(guān)斷晶閘管GTO。
所用微處理器采用TI公司TMS320LF2407DSP；電壓傳感器采用電流型200V電壓傳感器；電流傳感器采用電流型200A電流傳感器。PWM調(diào)制頻率為20KHz；信號采集和控制周期取1ms；采用PI控制算法。
本發(fā)明的具體工作原理是
電動車加速或爬坡，且超級電容模組電壓高于120v時，T2、T3、T4關(guān)斷，T1工作于PWM斬波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器的驅(qū)動降壓變換，超級電容模組協(xié)助主電源向電機(jī)供電。
電動車加速或爬坡，且超級電容模組電壓低于120v時，T1導(dǎo)通，T2、T3關(guān)斷，T4工作于PWM斬波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器的驅(qū)動升壓變換，超級電容模組協(xié)助主電源向電機(jī)供電。
電動車再生制動時，且超級電容模組電壓低于120v時，T1、T2、T4關(guān)斷，T3工作于PWM斬波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器的制動降壓變換，電動車再生制動回饋能量通過DC/DC變換器存儲于超級電容模組中。
電動車再生制動時，且超級電容模組電壓高于120v時，T3導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，T2工作于PWM斬波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器的制動升壓變換，電動車再生制動回饋能量通過DC/DC變換器存儲于超級電容模組中。
權(quán)利要求
1.一種電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，按以下方法制備1)首先在電動車上設(shè)置一個超級電容模組，用于吸收電動車再生制動回饋能量，以及車輛加速或爬坡時協(xié)助主電源向電機(jī)供電；2)設(shè)置一調(diào)壓器，分別與超級電容模組和原電動車的主電源與電機(jī)驅(qū)動控制器相連接；上述調(diào)壓器包括，一機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)設(shè)置有控制電路板、DC/DC變換器；控制電路板通過接口電路和主電源電壓傳感器、主電源電流傳感器、電機(jī)電壓傳感器、電機(jī)電流傳感器、超級電容電壓傳感器、超級電容電流傳感器、油門踏板驅(qū)動電位器和剎車踏板制動電位器相連接；控制電路板上設(shè)置有微處理器，微處理器通過濾波電路器件采集電壓、電流信號、加速踏板和制動踏板信號；微處理器輸出的PWM信號經(jīng)過光電隔離器件及驅(qū)動電路控制DC/DC變換器每個功率器件的動作；3)在原電動車控制系統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上，增設(shè)超級電容電壓傳感器和電流傳感器，還需增設(shè)用于控制調(diào)壓器的PWM控制信號，使微處理器能同時控制主電源和超級電容的充放電。
2.如權(quán)利要求1所述的電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器可采用單片機(jī)、DSP等器件；所述DC/DC變換器可采用多種已廣泛使用的電路，例如boost、buck、cuk變換器及其組合而成的各種變換器。
3.如權(quán)利要求1所述的電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機(jī)采用普通直流電機(jī)或永磁有刷直流電機(jī)或永磁無刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)或異步電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)壓器DC/DC變換器功率器件采用功率晶體管GTR或金屬—氧化物—半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管MOSFET或絕緣柵雙極型晶體管IGBT或門極關(guān)斷晶閘管GTO。
5.如權(quán)利要求1所述的電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，所述主電源為蓄電池。
6.如權(quán)利要求1或5所述的電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池是鉛酸蓄電池或鋰離子電池或鎳氫蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動車超級電容輔助電源系統(tǒng)，在電動車主電源的基礎(chǔ)上增加一個超級電容輔助電源，用于存儲電動車再生制動回饋能量，以及車輛加速或爬坡時協(xié)助主電源向電機(jī)供電。輔助電源系統(tǒng)由超級電容模組和調(diào)壓器組成。超級電容輔助電源系統(tǒng)不但可以使主電源的壽命得到提高，而且由于超級電容功率密度較大，在電動車加速時可以以很大的放電電流協(xié)助主電源供電，因此電動車的加速性能有所改善。本系統(tǒng)不需對原電動車控制系統(tǒng)在原理和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大的改動，可以很方便地實(shí)施技術(shù)改造。另外，本系統(tǒng)具有使用廣泛的特點(diǎn)，可以用于電動汽車、電動自行車、電動三輪車等電動車輛，具有極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號B60L11/00GK1490193SQ0313452
公開日2004年4月21日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者曹秉剛, 白志峰, 周好斌, 康龍云, 林家讓 申請人:西安交通大學(xué)