基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，涉及動(dòng)態(tài)電能量回收制動(dòng)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。所述回收系統(tǒng)包括能量回收控制器以及超極電容，所述超極電容通過所述能量回收控制器與直流母線電連接，所述能量回收控制器根據(jù)檢測到的電流母線電流和電壓信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超極電容的充放電控制，所述超極電容用于儲(chǔ)存車輛剎車和下坡時(shí)的能量。所述系統(tǒng)能夠?qū)㈦妱?dòng)汽車剎車減速以及下坡時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能收集起來存儲(chǔ)在超級(jí)電容中，進(jìn)行能量回收，提高了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及動(dòng)態(tài)電能量回收制動(dòng)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于超極電容 的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)。 基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在面臨城市建設(shè)步伐不斷加快的進(jìn)程、環(huán)保要求不斷升高的壓力，在國際石油 價(jià)格居高不下并持續(xù)攀升的大環(huán)境下，研究車輛（特別是大量的城市公交車輛）的節(jié)能 減排技術(shù)、開發(fā)新型節(jié)能減排產(chǎn)品，是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、環(huán)境友好型城市的一項(xiàng)具有重大戰(zhàn) 略意義的研究課題。城市公共交通車輛整日穿行于大、小街道，具有頻繁進(jìn)站?？?、等候交 通信號(hào)、道路運(yùn)營不暢、頻繁制動(dòng)等運(yùn)行特點(diǎn)，其所造成的排放污染、噪聲污染、熱污染等更 甚于其它社會(huì)車輛。因此開展針對(duì)城市公交車輛的新型節(jié)能、減排技術(shù)研究，具有更為現(xiàn)實(shí) 的必要性和重要的實(shí)用價(jià)值。
[0003] 汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重挑戰(zhàn)，而電動(dòng)汽車作為新能源 汽車成員，已逐漸成為人們生活中一種重要的綠色交通工具。但動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的能 量來源，由于現(xiàn)在動(dòng)力電池的能量密度較低，使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程受到了限制。而將電動(dòng) 汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，能有效提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。當(dāng)電動(dòng)汽車剎車減速，下坡時(shí)產(chǎn) 生的動(dòng)能收集起來存儲(chǔ)在超級(jí)電容中，是延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的一種有效方法。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于超極電容的新能源汽車電力增 強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠?qū)㈦妱?dòng)汽車剎車減速以及下坡時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能收集起來存 儲(chǔ)在超級(jí)電容中，進(jìn)行能量回收，提高了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：一種基于超極電容的新 能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，其特征在于：包括能量回收控制器以及超極電容，所述 超極電容通過所述能量回收控制器與直流母線電連接，所述能量回收控制器根據(jù)檢測到的 電流母線電流和電壓信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超極電容的充放電控制，所述超極電容用于儲(chǔ)存車輛剎車 和下坡時(shí)的能量；
[0006] 所述能量回收控制器包括：超極電容電壓檢測模塊、母線電壓檢測模塊、控制單 元、電流檢測模塊以及雙向DC/DC變換模塊；所述超極電容電壓檢測模塊與控制單元的輸 入端連接，用于檢測超極電容兩端的電壓；所述母線電壓檢測模塊與控制單元的輸入端連 接，用于檢測電源母線上的電壓；電源檢測模塊與控制單元的輸入端連接，用于檢測輸出直 流電流；雙向DC/DC變換模塊與控制單元的輸出端連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的變換；控制單 元，用于根據(jù)各個(gè)外圍模塊輸入的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超極電容的充放電控制。
[0007] 進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于：所述能量回收控制器還包括通訊模塊，與控制單元 進(jìn)行雙向連接，用于實(shí)現(xiàn)所述能量回收系統(tǒng)與電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操 作和監(jiān)控功能。
[0008] 進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于：所述通訊模塊為CAN通訊模塊。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于：所述控制單元的微處理器使用飛思卡爾公司的 MC56F8037型微處理器。
[0010] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述系統(tǒng)通過超級(jí)電容對(duì)剎車和下 坡時(shí)的能量進(jìn)行回收，通過雙向DC/DC變換模塊對(duì)超級(jí)電容可控充電，在電機(jī)啟動(dòng)，爬坡 等工況時(shí)，采用超級(jí)電容放電，避免了大電流放電對(duì)電池的傷害，延長了電池的壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的接線原理框圖；
[0013] 圖2是本實(shí)用新型中能量回收控制器的原理框圖；
[0014] 圖3是DC/DC變換模塊對(duì)超極電容進(jìn)行充放電控制原理框圖；
[0015] 圖4是能量回收控制器的接線原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0017] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新 型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí) 用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0018] 根據(jù)整車及電池組的具體使用要求，能量回收系統(tǒng)的總體連接圖如圖1所示。所 述能量回收系統(tǒng)，包括能量回收控制器以及超極電容，所述超極電容通過所述能量回收控 制器與直流母線電連接，所述能量回收控制器根據(jù)檢測到的電流母線電流和電壓信息實(shí)現(xiàn) 對(duì)超極電容的充放電控制，所述超極電容用于儲(chǔ)存車輛剎車和下坡時(shí)的能量。
[0019] 如圖2所示，所述能量回收控制器包括：超極電容電壓檢測模塊、母線電壓檢測模 塊、控制單元、電流檢測模塊、通訊模塊以及雙向DC/DC變換模塊；所述超極電容電壓檢測 模塊與控制單元的輸入端連接，用于檢測超極電容兩端的電壓；所述母線電壓檢測模塊與 控制單元的輸入端連接，用于檢測電源母線上的電壓；電源檢測模塊與控制單元的輸入端 連接，用于檢測輸出直流電流；雙向DC/DC變換模塊與控制單元的輸出端連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì) 電流的變換；控制單元，用于根據(jù)各個(gè)外圍模塊輸入的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超極電容的充放電控制； 通訊模塊，與控制單元進(jìn)行雙向連接，用于實(shí)現(xiàn)所述能量回收系統(tǒng)與電動(dòng)汽車能源管理系 統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控功能。
[0020] 工作過程是：當(dāng)電動(dòng)汽車處于平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，由電池直接向電動(dòng)機(jī)供電；在電動(dòng)汽 車剎車、下坡等制動(dòng)狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生再生制動(dòng)能量，再生制動(dòng)能量經(jīng)雙 向DC/DC變換器充入超級(jí)電容器；當(dāng)電動(dòng)汽車處于上坡或者加速時(shí)，由超級(jí)電容和蓄電池 共同向電動(dòng)機(jī)供電。采用超級(jí)電容不僅能有效地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，而且能改善電動(dòng)汽車 的加減速性能，提高電池的使用壽命，延長了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
[0021] 所述控制單元的處理器使用飛思卡爾公司的MC56F8037型處理器，其模擬輸入為 從電壓、電流檢測模塊得到的電壓和電流信號(hào)，經(jīng)過模擬輸入接口電路進(jìn)行變換，然后輸入 到MC56F8037控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口；MC56F8037控制器單元包括4路脈寬調(diào)制輸出口；超 級(jí)電容電壓檢測和母線電壓檢測由分壓電路實(shí)現(xiàn)，電壓檢測由分壓電路通過隔離放大器把 信號(hào)調(diào)理成適合的信號(hào)，隔離放大器電路是一種能對(duì)回路輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)和隔離的數(shù)據(jù) 采集前端電路，它能給輸入輸出和通道之間提供優(yōu)良的隔離功能，從而使電路具有最大的 抑制和可罪的保護(hù)功能。
[0022] 電流檢測由霍爾電流傳感器串接在電路中，檢測輸出直流電流；所述雙向DC/DC 變換模塊，即四路IGBT組成的橋式電路，輸入為所述控制單元輸出口的4路脈寬調(diào)制脈沖 信號(hào)，所述4路脈寬調(diào)制功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接到所述電動(dòng)汽車能量回收系統(tǒng)中直流高頻斬波 部分對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)器件IGBT ;所述通信單元，通過CAN通信接口，完成與電動(dòng)汽車能源管 理系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控功能。在CAN通信電路中，雙通道數(shù)字隔離器ADUM1201 用來實(shí)現(xiàn)CAN控制器和CAN驅(qū)動(dòng)器之間的電氣隔離，以達(dá)到更好的抗干擾性能。用ADUM1201 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電隔離器件，速度更高，功耗更低，性能更高，體積更小，價(jià)格更便宜，應(yīng)用更 靈活。
[0023] 雙向DC-DC變換模塊，是超級(jí)電容和電機(jī)之間的一個(gè)周期性通斷的開關(guān)控制裝 置，它的作用是通過其主回路的4個(gè)IGBT管的開關(guān)占空比的改變，來控制超級(jí)電容的充電 或放電，并提供給負(fù)載或超級(jí)電容要求的額定電壓，其與電池和超極電容之間的連接關(guān)系 如圖3所示。電動(dòng)汽車在啟動(dòng)加速運(yùn)行時(shí)，超級(jí)電容放電，供給電機(jī)電能，電機(jī)處在電動(dòng)狀 態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的變換，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。當(dāng)電動(dòng)汽車剎車或者下坡時(shí)，要求直流電機(jī) 處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，即處于再生制動(dòng)狀態(tài)，給作為電源的儲(chǔ)能裝置超級(jí)電容充電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械 能到電能的轉(zhuǎn)換。
[0024] 控制策略如下：當(dāng)電動(dòng)汽車處于剎車減速狀態(tài)時(shí)，使Q1完全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作于 發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生回收電流，此時(shí)雙向DC-DC變換模塊處于Buck狀態(tài)，回收電流向超級(jí)電容 充電。電機(jī)發(fā)電電壓隨速度降低而逐漸減弱，而超級(jí)電容電壓逐漸升高，由于電機(jī)發(fā)電電 壓同轉(zhuǎn)速成正比，因此，同時(shí)監(jiān)測超級(jí)電容電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速，在電機(jī)發(fā)電電壓與超級(jí)電容電 壓持平前，即反饋超級(jí)電容電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過控制使Q4斬波升壓，對(duì)電機(jī)發(fā)電電壓進(jìn) 行升壓，繼續(xù)對(duì)超級(jí)電容充電，并根據(jù)速度調(diào)節(jié)升壓PWM波占空比，以最大效率回收制動(dòng)能 量。
[0025] 當(dāng)電動(dòng)汽車處于啟動(dòng)加速等狀態(tài)時(shí)，完全導(dǎo)通Q2并使Q3斬波，此時(shí)DC-DC變換電 路處于Boost狀態(tài)，超級(jí)電容工作在升壓放電情況，同時(shí)監(jiān)測電機(jī)轉(zhuǎn)速與超級(jí)電容電壓，超 級(jí)電容升壓輸出預(yù)先驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值，即使繼電器切換至電池回路，由電 池給電機(jī)供電。如此既避免了電機(jī)啟動(dòng)爬坡等工況由于大電流放電對(duì)電池的傷害，又延長 了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。
[0026] 系統(tǒng)的控制原理
[0027] 能量在DC-DC變換模塊雙向傳輸過程中，通常要求超級(jí)電容器向電動(dòng)機(jī)釋放電能 時(shí)輸出電壓恒定；而電動(dòng)機(jī)制動(dòng)再生能量向超級(jí)電容器充電時(shí)要求電流恒定。控制系統(tǒng)采 用電流、電壓、溫度等參數(shù)的閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)，采用MC56F8037的核心控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)超 級(jí)電容器充放電過程的最優(yōu)控制。圖4所示是雙向DC/DC變換電路的控制原理框圖。其控 制基本思想是：
[0028] 電動(dòng)汽車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)由于負(fù)載慣性或重力作用進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，此時(shí) 電動(dòng)機(jī)的再生能量經(jīng)變頻器流向直流母線，第二電壓檢測模塊檢測到直流母線兩端電壓升 高，當(dāng)直流母線電壓達(dá)到能量回收設(shè)定電壓時(shí)，通過控制器來產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形來驅(qū)動(dòng) DC/DC變換模塊，使其恒流向超級(jí)電容充電，同時(shí)通過第一電壓檢測模塊和電流檢測模塊來 監(jiān)控超級(jí)電容兩端電壓和流過它的電流。
[0029] 電機(jī)加速或負(fù)載增大時(shí)，直流母線側(cè)電壓下降。當(dāng)?shù)诙妷簷z測模塊檢測到直流 母線電壓小于設(shè)定值時(shí)，可以通過超級(jí)電容向負(fù)載供電，通過控制器來控制雙向DC/DC變 換電路，使超級(jí)電容器放電向負(fù)載提供能量，并保持直流母線側(cè)電壓恒定。同時(shí)，還需要監(jiān) 控超級(jí)電容器組的兩端電壓和流過超級(jí)電容器組的電流。
[0030] 所述系統(tǒng)通過超級(jí)電容對(duì)剎車和下坡時(shí)的能量進(jìn)行回收，通過雙向DC/DC變換 模塊對(duì)超級(jí)電容可控充電，在電機(jī)啟動(dòng)，爬坡等工況時(shí)，采用超級(jí)電容放電，避免了大電流 放電對(duì)電池的傷害，延長了電池的壽命。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，其特征在于：包括能量 回收控制器以及超極電容，所述超極電容通過所述能量回收控制器與直流母線電連接，所 述能量回收控制器根據(jù)檢測到的電流母線電流和電壓信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超極電容的充放電控制， 所述超極電容用于儲(chǔ)存車輛剎車和下坡時(shí)的能量； 所述能量回收控制器包括：超極電容電壓檢測模塊、母線電壓檢測模塊、控制單元、電 流檢測模塊以及雙向DC/DC變換模塊；所述超極電容電壓檢測模塊與控制單元的輸入端連 接，用于檢測超極電容兩端的電壓；所述母線電壓檢測模塊與控制單元的輸入端連接，用于 檢測電源母線上的電壓；電源檢測模塊與控制單元的輸入端連接，用于檢測輸出直流電流； 雙向DC/DC變換模塊與控制單元的輸出端連接，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的變換；控制單元，用于根 據(jù)各個(gè)外圍模塊輸入的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超極電容的充放電控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，其特 征在于：所述能量回收控制器還包括通訊模塊，與控制單元進(jìn)行雙向連接，用于實(shí)現(xiàn)所述能 量回收系統(tǒng)與電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，其特 征在于：所述通訊模塊為CAN通訊模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超極電容的新能源汽車電力增強(qiáng)及能量回收系統(tǒng)，其特 征在于：所述控制單元的微處理器使用飛思卡爾公司的MC56F8037型微處理器。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK203888644SQ201420327957
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】劉藝 申請人:河北博聯(lián)通訊科技有限責(zé)任公司