混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，該裝置包括動(dòng)力電池、起動(dòng)電池、控制器、兩個(gè)DC/DC變換器組成的雙向DC/DC變換器組、逆變器，所述起動(dòng)電池和動(dòng)力電池通過雙向DC/DC變換器組與逆變器相連接，所述控制器與起動(dòng)電池與雙向DC/DC變換器組之間、動(dòng)力電池與雙向DC/DC變換器組之間、以及逆變器連接；本發(fā)明還公開了一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制方法，通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)起動(dòng)電池與動(dòng)力電池所提供電流的分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電池與動(dòng)力電池的負(fù)荷分配。
【專利說明】
混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，具體涉及一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車 控制裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人民經(jīng)濟(jì)水平的提高，駕駛培訓(xùn)行業(yè)也呈現(xiàn)出前所未有 的繁榮景象。然而，由于學(xué)員駕駛水平和場地教練車本身工作條件的限制，教練車基本處于 低檔位和怠速工況，這使得車輛油耗極大地增加，尾氣排放導(dǎo)致污染嚴(yán)重。隨著駕培行業(yè)發(fā) 展的不斷壯大，上述情況會(huì)變得越來越嚴(yán)重，這不僅增加了駕培機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)成本，也與國家 的節(jié)能減排政策相背馳。在當(dāng)前能源和環(huán)境問題備受矚目的國際大環(huán)境下，對(duì)傳統(tǒng)燃油教 練車進(jìn)行電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改制是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。
[0003] 目前，電動(dòng)汽車的車載電源主要有起動(dòng)電池和動(dòng)力電池兩種。起動(dòng)電池適合短時(shí) 間大電流放電，不能用于深度充放電和持續(xù)放電場合，而且由于教練車起動(dòng)、上坡和加速時(shí) 需要蓄電池大電量放電，在剎車、制動(dòng)時(shí)又有高達(dá)幾百安培電流的能量回收，如此頻繁的強(qiáng) 放電和強(qiáng)充電導(dǎo)致電池使用壽命短，所需要的日常維護(hù)頻繁;動(dòng)力電池與其正好相反，適合 中小電流持續(xù)放電，長期處于深度充放狀態(tài)，但是保護(hù)系統(tǒng)較為繁復(fù)，價(jià)格較高。如果單獨(dú) 使用起動(dòng)電池或動(dòng)力電池作為駕校電動(dòng)教練車的電源，則無法避免其自身缺點(diǎn)；若直接將 起動(dòng)電池與動(dòng)力電池混合使用而不通過DC/DC斬波電路，則不能很好的維持電池壽命，因此 尋求一種合理、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用性的新型混合電池系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)駕校教練車是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置 及其方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的： 本發(fā)明實(shí)施例提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，該裝置包括動(dòng)力電池、 起動(dòng)電池、控制器、兩個(gè)DC/DC變換器組成的雙向DC/DC變換器組、逆變器，所述起動(dòng)電池和 動(dòng)力電池通過雙向DC/DC變換器組與逆變器相連接，所述控制器與起動(dòng)電池與雙向DC/DC變 換器組之間、動(dòng)力電池與雙向DC/DC變換器組之間、以及逆變器連接。
[0006]上述方案中，所述雙向DC/DC變換器組包括儲(chǔ)能電感L、第一開關(guān)管Gi、第二開關(guān)管 G2、第一二極管Di、第二二極管D2、第一電容&、第二電容C2,所述動(dòng)力電池、起動(dòng)電池構(gòu)成的 蓄電池的正極依次通過儲(chǔ)能電感L、第二開關(guān)管G 2與逆變器連接，負(fù)極直接與逆變器連接， 正極和負(fù)極之間并聯(lián)第一電容Ci、第一開關(guān)管Gi和第二電容C2,并且所述第一電容Ci的一端 連接在正極與儲(chǔ)能電感L之間，所述第一開關(guān)管6:的一端連接在儲(chǔ)能電感L與第二開關(guān)管G 2 之間，所述第二電容(：2的一端連接在第二開關(guān)管G2與逆變器之間，所述第一電容&、第一開 關(guān)管 Gl、第二電容C2的另一端均連接在負(fù)極與逆變器之間;所述第一開關(guān)管&的兩端連接第 一二極管口:，所述第二開關(guān)管6 2的兩端連接第二二極管D2。
[0007] 上述方案中，所述控制器包括STM32單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、 通信接口，所述STM32單片機(jī)分別與信號(hào)調(diào)理電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、通信接口連接。
[0008] 上述方案中，所述動(dòng)力電池由具有長時(shí)間持續(xù)放電功能的電池組成;所述起動(dòng)電 池由具有瞬時(shí)大電流功能的電池組成。
[0009] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制方法，該方法為:在車 輛運(yùn)行時(shí)，雙向DC/DC變換器組工作在Boost模式下，逆變器獲取所需的輸出電流值，當(dāng)所述 所需的輸出電流值大于動(dòng)力電池的額定電流時(shí)，所述動(dòng)力電池以額定電流輸出，而剩余的 電流由起動(dòng)電池提供;否則，能量由動(dòng)力電池提供，而起動(dòng)電池不輸出電流;在車輛回饋制 動(dòng)時(shí)，所述雙向DC/DC變換器組工作在Buck模式下，所述起動(dòng)電池吸收大部分回饋能量，避 免對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行大電流充電；當(dāng)市電充入時(shí)，經(jīng)整流后，所述雙向DC/DC變換器組工作在 Buck模式下，同時(shí)為動(dòng)力電池與起動(dòng)電池充電。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明通過起動(dòng)電池與動(dòng)力電池相結(jié)合，利用雙向DC/DC變換器組實(shí)現(xiàn)能量的雙向流 動(dòng)，通過控制器控制雙向DC/DC變換器組來實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電池與動(dòng)力電池所提供電流的分配，進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電池與動(dòng)力電池的負(fù)荷分配;本發(fā)明應(yīng)用到駕校電動(dòng)教練汽車上，有助于優(yōu)化 蓄電池充、放電性能，確定電池正常工作的條件和電池何時(shí)需要更換，從而提高蓄電池整體 性能和壽命，提高電動(dòng)汽車的可靠性和安全性，減少環(huán)境污染，具有較大的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì) 效益，使駕校與學(xué)員獲益良多。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置的系統(tǒng)框圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置的雙向DC/DC變換 器組原理圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置的控制器的結(jié)構(gòu)框 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，如圖1所示，該裝置 包括動(dòng)力電池、起動(dòng)電池、控制器、由兩個(gè)DC/DC變換器組成的雙向DC/DC變換器組、逆變器， 所述起動(dòng)電池和動(dòng)力電池通過雙向DC/DC變換器組與逆變器相連接，所述控制器與起動(dòng)電 池與雙向DC/DC變換器組之間、動(dòng)力電池與雙向DC/DC變換器之間、以及逆變器連接。
[0014]控制器通過控制雙向DC/DC變換器來實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電池與動(dòng)力電池所提供電流的分 配，以此實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電池與動(dòng)力電池的負(fù)荷分配。
[0015]如圖2所示，所述雙向DC/DC變換器組包括儲(chǔ)能電感L、第一開關(guān)管Gi、第二開關(guān)管 G2、第一二極管Di、第二二極管D2、第一電容&、第二電容C2,所述動(dòng)力電池、起動(dòng)電池構(gòu)成的 蓄電池的正極依次通過儲(chǔ)能電感L、第二開關(guān)管G 2與逆變器連接，負(fù)極直接與逆變器連接， 正極和負(fù)極之間并聯(lián)第一電容Cl、第一開關(guān)管Gi和第二電容C2,并且所述第一電容Cl的一端 連接在正極與儲(chǔ)能電感L之間，所述第一開關(guān)管6:的一端連接在儲(chǔ)能電感L與第二開關(guān)管G2 之間，所述第二電容(：2的一端連接在第二開關(guān)管G2與逆變器之間，所述第一電容&、第一開 關(guān)管 Gl、第二電容C2的另一端均連接在負(fù)極與逆變器之間;所述第一開關(guān)管&的兩端連接第 一二極管口:，所述第二開關(guān)管&的兩端連接第二二極管D 2。
[0016]當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)，即變換器正向工作時(shí)，Gi作為PWM開關(guān)管工作，62與61呈互補(bǔ)狀態(tài)， 電容Ci、儲(chǔ)能電感L、開關(guān)管Gi、二極管02及電容C2組成Boost電路，雙向DC/DC變換器組在 Boost模式下。假設(shè)此時(shí)那么通過控制器控制雙向DC/DC變換器組分配電流大小，使 得4二4,又4+石=L，即4 = A，可知瞬時(shí)大電流由起動(dòng)電池提供;當(dāng)車輛回饋制動(dòng)時(shí)， 即變換器反向工作時(shí)，G2作為P麗開關(guān)管工作，GAG2呈互補(bǔ)狀態(tài)，(：2、6 2、01丄及(：1組成81^ 電路，所述雙向DC/DC變換器組工作在Buck模式下，起動(dòng)電池吸收大部分回饋能量，避免對(duì) 動(dòng)力電池進(jìn)行大電流充電，以此來提高蓄電池壽命;當(dāng)市電充入時(shí)，經(jīng)整流后，所述雙向DC/ DC變換器組工作在Buck模式下，同時(shí)為動(dòng)力電池與起動(dòng)電池充電。
[0017] 如圖3所示，所述控制器包括STM32單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、通 信接口，所述STM32單片機(jī)分別與信號(hào)調(diào)理電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、通信接口連接。
[0018] 所述動(dòng)力電池由具有長時(shí)間持續(xù)放電功能的電池組成;所述起動(dòng)電池由具有瞬時(shí) 大電流功能的電池組成。
[0019] 所述起動(dòng)電池與動(dòng)力電池的選型如下：1、起動(dòng)電池的選型為12V，36AH。采用3塊起 動(dòng)電池串聯(lián)的方式供電，所以其總電量為 ^3x12x36/1000=096Aw h 若假設(shè)起動(dòng)時(shí)間為5s，流經(jīng)電流100A，則起動(dòng)一次所用電量為 0^72x100x5 /3600= QOlAw- A 可知共可起動(dòng)約129次，足以滿足教練車每天起動(dòng)次數(shù)要求； 動(dòng)力電池的選型為12V，105Ah。所選用的鉛酸蓄電池組是以6個(gè)蓄電池構(gòu)成2組3串的結(jié) 構(gòu)，所采購的鉛酸蓄電池單體是12V，串聯(lián)之后形成2個(gè)36V的直流電源，其可存總?cè)萘繛?0=12x105x6/1000= 7_563b*?-A 蓄電池的充電能量來源于電網(wǎng)。
[0020] 因?yàn)殡妱?dòng)教練車在起動(dòng)、上坡和加速運(yùn)行時(shí)，蓄電池需要大電流放電；在剎車、制 動(dòng)時(shí)又有高達(dá)幾百安培電流的能量回收，因此為了提高蓄電池壽命采用該混合電池來對(duì)電 動(dòng)教練車供電。本實(shí)施例中駕校教練電動(dòng)車控制裝置由動(dòng)力電池、起動(dòng)電池、雙向DC/DC變 換器組與控制器構(gòu)成，其中動(dòng)力電池為鉛酸蓄電池，起動(dòng)電池可由專用鉛酸蓄電池或超級(jí) 電容等具有瞬時(shí)大電流功能的電池組成，雙向DC/DC變換器組采用雙向半橋式Buck/Boost 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制器由動(dòng)力電池進(jìn)行供電。起動(dòng)電池與動(dòng)力電池的電壓及容量可以根 據(jù)教練電動(dòng)汽車具體的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選取。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制方法，該方法為:在車 輛運(yùn)行時(shí)，雙向DC/DC變換器組工作在Boost模式下，逆變器獲取所需的輸出電流值，當(dāng)所述 所需的輸出電流值大于動(dòng)力電池的額定電流時(shí)，所述動(dòng)力電池以額定電流輸出，而剩余的 電流由起動(dòng)電池提供;否則，能量由動(dòng)力電池提供，而起動(dòng)電池不輸出電流;在車輛回饋制 動(dòng)時(shí)，所述雙向DC/DC變換器組工作在Buck模式下，所述起動(dòng)電池吸收大部分回饋能量，避 免對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行大電流充電；當(dāng)市電充入時(shí)，經(jīng)整流后，所述雙向DC/DC變換器組工作在 Buck模式下，同時(shí)為動(dòng)力電池與起動(dòng)電池充電。
[0022] 所述逆變器給以控制器需要輸出電流值，控制器根據(jù)該輸出電流值，通過采用PID 調(diào)節(jié)器控制雙向DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)電池的電流分配。
[0023] 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，其特征在于，該裝置包括動(dòng)力電池、起動(dòng) 電池、控制器、兩個(gè)DC/DC變換器組成的雙向DC/DC變換器組、逆變器，所述起動(dòng)電池和動(dòng)力 電池通過雙向DC/DC變換器組與逆變器相連接，所述控制器與起動(dòng)電池與雙向DC/DC變換器 組之間、動(dòng)力電池與雙向DC/DC變換器組之間、以及逆變器連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，其特征在于:所述雙向 DC/DC變換器組包括儲(chǔ)能電感L、第一開關(guān)管Gi、第二開關(guān)管G2、第一二極管Di、第二二極管D2、 第一電容Ci、第二電容C 2,所述動(dòng)力電池、起動(dòng)電池構(gòu)成的蓄電池的正極依次通過儲(chǔ)能電感 L、第二開關(guān)管G2與逆變器連接，負(fù)極直接與逆變器連接，正極和負(fù)極之間并聯(lián)第一電容&、 第一開關(guān)管Gi和第二電容C2,并且所述第一電容(^的一端連接在正極與儲(chǔ)能電感L之間，所 述第一開關(guān)管6:的一端連接在儲(chǔ)能電感L與第二開關(guān)管G 2之間，所述第二電容(：2的一端連接 在第二開關(guān)管G2與逆變器之間，所述第一電容&、第一開關(guān)管Gi、第二電容C2的另一端均連 接在負(fù)極與逆變器之間;所述第一開關(guān)管&的兩端連接第一二極管0:，所述第二開關(guān)管6 2的 兩端連接第二二極管D2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，其特征在于:所述 控制器包括STM32單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、通信接口，所述STM32單片機(jī) 分別與信號(hào)調(diào)理電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、通信接口連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制裝置，其特征在于:所述動(dòng)力 電池由具有長時(shí)間持續(xù)放電功能的電池組成;所述起動(dòng)電池由具有瞬時(shí)大電流功能的電池 組成。5. -種混合電池驅(qū)動(dòng)的駕校教練車控制方法，其特征在于，該方法為:在車輛運(yùn)行時(shí)， 雙向DC/DC變換器組工作在Boost模式下，逆變器獲取所需的輸出電流值，當(dāng)所述所需的輸 出電流值大于動(dòng)力電池的額定電流時(shí)，所述動(dòng)力電池以額定電流輸出，而剩余的電流由起 動(dòng)電池提供;否則，能量由動(dòng)力電池提供，而起動(dòng)電池不輸出電流;在車輛回饋制動(dòng)時(shí)，所述 雙向DC/DC變換器組工作在Buck模式下，所述起動(dòng)電池吸收大部分回饋能量，避免對(duì)動(dòng)力電 池進(jìn)行大電流充電；當(dāng)市電充入時(shí)，經(jīng)整流后，所述雙向DC/DC變換器組工作在Buck模式下， 同時(shí)為動(dòng)力電池與起動(dòng)電池充電。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK106004484SQ201610363531
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】孟彥京, 李鳴, 吳輝, 李肖南, 陳君, 陳景文, 段明亮, 柴德喜
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué), 陜西科達(dá)電氣有限公司