專利名稱：電動汽車能量回收系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及自動控制技術領域，具體說是一種對動力電池組的充電電壓及電流可控的電動汽車能量回收系統(tǒng)。
背景技術：
能源緊張和環(huán)保危機，迫使中國汽車市場急需開發(fā)和生產(chǎn)新能源動力汽車。國家規(guī)劃到2020年的總體目標是新能源汽車保有量達到500萬輛，使我國節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界前列。但制約電動汽車發(fā)展的瓶頸是動力電池組壽命及續(xù)行里程。為此，將電動汽車在下坡、剎車時產(chǎn)生的制動能量收集起來再利用(電動汽車能量回收系統(tǒng)) 是延長電動汽車續(xù)行里程的一種有效方法，目前電動汽車能量回收的主要表現(xiàn)形式如圖3 所示。其中序號1為電機及驅動單元，2為超級電容，4為動力電池組。這種方案控制簡單，成本低，缺點是回收過程對電池組的充電不可控。某型電動汽車在剎車時，電機驅動器回饋的電壓高達900V，以電動汽車用電池組規(guī)格為3. 2V, 200AH, 170只鋰電池串聯(lián)為例，回收時對電池組的充電電流近500A，已大大超過了此型鋰電池的接受能力。由于鋰電池在能量密度、功率密度上的優(yōu)勢，使之成為電動汽車用動力電池已成趨勢，但鋰電池比較“嬌貴”，在安全性上存在隱患，一次過充或過放就有可能造成其損壞，顯然上述電動汽車能量回收過程極易造成鋰電池過充使其損壞，從而縮短電池組壽命。
發(fā)明內容為克服現(xiàn)有電動汽車能量回收系統(tǒng)對電池組充電不可控的缺陷，本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種電動汽車能量回收系統(tǒng)，通過將高頻斬波變換與鋰電池組充電工藝相結合，以使回收能量的輸出電壓及電流可自動控制，動態(tài)滿足動力電池組最大充電接受能力要求，不受能量回饋大小限制。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型電機驅動器經(jīng)直流濾波及能量回收預存單元與動力電池組串接，其特征在于能量回收高頻斬波充電單元連接在直流濾波及能量回收預存單元與動力電池組之間，能量回收功率組件由直流濾波及能量回收預存單元與能量回收高頻斬波充電單元并聯(lián)組成，能量回收功率組件與全數(shù)字控制器連接，回饋的能量存儲在直流濾波及能量回收預存單元內，再通過能量回收高頻斬波充電單元實施對動力電池組的可控充電，完成能量回收與充電過程。所述直流濾波及能量回收預存單元由超級電容組成。所述能量回收高頻斬波充電單元由功率開關器件、直流電感、二極管組成。所述全數(shù)字控制器包括脈寬調制信號的驅動和保護電路、通信單元、數(shù)字信號處理器和電壓電流檢測環(huán)節(jié)；所述電壓電流檢測環(huán)節(jié)由直流環(huán)節(jié)電壓檢測部分及輸出直流側電流檢測部分組成；直流環(huán)節(jié)電壓檢測部分由2個電壓傳感器組成，其輸入端分別并接直流濾波及能量回收預存單元及動力電池組，分別檢測能量回收高頻斬波充電單元的直流輸入電壓及電池組的輸出電壓；輸出直流側電流檢測部分由電流傳感器或分流器串接在能量回收高頻斬波充電單元來檢測能量回收高頻斬波充電單元的直流輸出電流；所述數(shù)字信號處理器的模擬輸入為從電壓電流檢測環(huán)節(jié)得到的電壓、電流信號， 經(jīng)過數(shù)字信號處理器的模擬輸入接口電路進行變換，然后輸入到數(shù)字信號處理器的模數(shù)轉換接口，數(shù)字信號處理器包括1路脈寬調制輸出口和作為輔助控制的2條I/O 口；所述脈寬調制信號的驅動和保護電路輸入為數(shù)字信號處理器的1路脈寬調制輸出口的1路脈寬調制脈沖信號及輔助控制的2條I/O 口，輸入I/O將主回路中的I/O信號經(jīng)過輸入I/O電路輸入數(shù)字信號處理器的I/O接口，接收主回路的故障信號；輸出I/O電路控制主回路中能量回收高頻斬波充電單元的功率開關器件，實現(xiàn)主回路的運行、停止控制； 脈寬調制功率驅動信號根據(jù)系統(tǒng)要求，由數(shù)字信號處理器的脈寬調制輸出口的1路脈寬調制脈沖信號，經(jīng)過脈寬調制信號的驅動和保護電路輸出1路PWM (脈沖調制)控制信號，控制主回路中能量回收高頻斬波充電單元的功率開關器件；所述通信單元采用CAN或者485通信形式，接收電動汽車能源管理系統(tǒng)發(fā)出的運行、暫停、停止、充電工藝等信號，同時將主回路實時的工作狀態(tài)在電動汽車能源管理系統(tǒng)的觸摸屏上顯示。本實用新型串入在電動汽車動力控制中。在電動汽車剎車、下坡等制動狀態(tài)下，回饋能量首先注入直流濾波及能量回收預存單元，然后按照電動汽車能源管理系統(tǒng)根據(jù)電池組的荷電狀態(tài)、溫度等所確定的最大接受充電工藝，對動力電池組充電，回收的能量由能量回收高頻斬波充電單元，經(jīng)L、Dl、D3注入動力電池組。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，可通過直流濾波及能量回收預存單元的超級電容對電動汽車的能量進行最大限度地回收，并可通過全數(shù)字控制器經(jīng)能量回收高頻斬波充電單元對電動汽車動力電池組進行可控充電，不對電池組電池造成任何損壞，既能按照鋰電池的特性快速回收制動時產(chǎn)生的能量，達到延長電動汽車續(xù)行里程的要求，又能延長電池組的使用壽命。

圖1為本實用新型的主回路電氣結構示意簡圖；圖2為本實用新型模塊簡圖；圖3為電動汽車現(xiàn)有能量回收電氣結構示意簡圖。
具體實施方式
如圖1所示，電機驅動器1經(jīng)直流濾波及能量回收預存單元2與動力電池組4串接，能量回收高頻斬波充電單元3連接在直流濾波及能量回收預存單元2與動力電池組4 之間，直流濾波及能量回收預存單2與能量回收高頻斬波充電單元3并聯(lián)組成能量回收功率組件；直流濾波及能量回收預存單元2由超級電容組成；能量回收高頻斬波充電單元3 由功率開關器件、直流電感、二極管組成。如圖2所示，能量回收功率組件5的兩端分別與電機驅動器、動力電池組連接，能量回收功率組件5與全數(shù)字控制器6連接，回饋的能量存儲在直流濾波及能量回收預存單元內，再通過能量回收高頻斬波充電單元實施對動力電池組的可控充電。全數(shù)字控制器6包括脈寬調制信號的驅動和保護電路7、通信單元8、數(shù)字信號處理器9和電壓電流檢測環(huán)節(jié)10 ；電壓電流檢測環(huán)節(jié)10由直流環(huán)節(jié)電壓檢測部分及輸出直流側電流檢測部分組成；直流環(huán)節(jié)電壓檢測部分由2個電壓傳感器組成，其輸入端分別并接直流濾波及能量回收預存單元及動力電池組，分別檢測高頻斬波充電單元的直流輸入電壓及電池組的輸出電壓；輸出直流側電流檢測部分由電流傳感器或分流器串接在能量回收高頻斬波充電單元來檢測能量回收高頻斬波充電單元的直流輸出電流；數(shù)字信號處理器9的模擬輸入為從電壓電流檢測環(huán)節(jié)10得到的電壓、電流信號， 經(jīng)過數(shù)字信號處理器9的模擬輸入接口電路進行變換，然后輸入到數(shù)字信號處理器9的模數(shù)轉換接口，數(shù)字信號處理器9包括1路脈寬調制輸出口和作為輔助控制的2條I/O 口；脈寬調制信號的驅動和保護電路7輸入為數(shù)字信號處理器9的1路脈寬調制輸出口的1路脈寬調制脈沖信號及輔助控制的2條I/O 口，輸入I/O將主回路中的I/O信號經(jīng)過輸入I/O電路輸入數(shù)字信號處理器9的I/O接口，接收主回路的故障信號；輸出I/O電路控制主回路的高頻斬波充電單元3的功率開關器件，實現(xiàn)主回路的運行、停止控制；脈寬調制功率驅動信號根據(jù)系統(tǒng)要求，由數(shù)字信號處理器9的脈寬調制輸出口的1路脈寬調制脈沖信號，經(jīng)過脈寬調制信號的驅動和保護電路7輸出1路PWM (脈沖調制)控制信號，控制主回路中的能量回收高頻斬波充電單元3的功率開關器件；通信單元8采用CAN或者485通信形式，接收電動汽車能源管理系統(tǒng)11發(fā)出的運行、暫停、停止、充電工藝等信號，同時將主回路實時的工作狀態(tài)在電動汽車能源管理系統(tǒng) 11的觸摸屏上顯示。本實用新型的工作過程在電動汽車處于剎車、下坡時，電動汽車動力調節(jié)部分電機及電機驅動器1的電機處于發(fā)電狀態(tài)，回饋的能量首先注入直流濾波及能量回收預存單元2，電動汽車用動力電池組4通過接收電動汽車能源管理系統(tǒng)11給出的電動汽車動力電池組4可接收的最大充電能力，經(jīng)能量回收高頻斬波充電單元3實施對動力電池組4充電， 完成能量回收過程。從上述分析可看出，這種能量回收的方式既完成了電動汽車回饋能量的回收再利用，同時又把回收能量的過程控制在動力電池組4所允許的充電范圍內，即達到了延長電動汽車續(xù)行里程的要求，又延長了動力電池組4的使用壽命。
權利要求1.一種電動汽車能量回收系統(tǒng)，電機驅動器(1)經(jīng)直流濾波及能量回收預存單元(2) 與動力電池組(4)串接，其特征在于能量回收高頻斬波充電單元(3)連接在直流濾波及能量回收預存單元(2)與動力電池組(4)之間，能量回收功率組件(5)由直流濾波及能量回收預存單元(2)與能量回收高頻斬波充電單元(3)并聯(lián)組成，能量回收功率組件(5)與全數(shù)字控制器(6)連接，回饋的能量存儲在直流濾波及能量回收預存單元(2)內，再通過能量回收高頻斬波充電單元(3)實施對動力電池組(4)的可控充電。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動汽車能量回收系統(tǒng)，其特征在于所述直流濾波及能量回收預存單元(2)由超級電容組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的電動汽車能量回收系統(tǒng)，其特征在于所述能量回收高頻斬波充電單元(3)由功率開關器件、直流電感、二極管組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的電動汽車能量回收系統(tǒng)，其特征在于所述全數(shù)字控制器(6) 包括脈寬調制信號的驅動和保護電路(7)、通信單元(8)、數(shù)字信號處理器(9)和電壓電流檢測環(huán)節(jié)(10)；所述電壓電流檢測環(huán)節(jié)(10)由直流環(huán)節(jié)電壓檢測部分及輸出直流側電流檢測部分組成；直流環(huán)節(jié)電壓檢測部分由2個電壓傳感器組成，其輸入端分別并接直流濾波及能量回收預存單元(2)及動力電池組(4)，分別檢測能量回收高頻斬波充電單元(3)的直流輸入電壓及電池組(4)的輸出電壓；輸出直流側電流檢測部分由電流傳感器或分流器串接在能量回收高頻斬波充電單元(3)來檢測能量回收高頻斬波充電單元(3)的直流輸出電流；所述數(shù)字信號處理器(9)的模擬輸入為從電壓電流檢測環(huán)節(jié)(10)得到的電壓、電流信號，經(jīng)過數(shù)字信號處理器(9)的模擬輸入接口電路進行變換，然后輸入到數(shù)字信號處理器 (9)的模數(shù)轉換接口，數(shù)字信號處理器(9)包括1路脈寬調制輸出口和作為輔助控制的2條 I/O 口 ；所述脈寬調制信號的驅動和保護電路(7)輸入為數(shù)字信號處理器(9)的1路脈寬調制輸出口的1路脈寬調制脈沖信號及輔助控制的2條I/O 口，輸入I/O將主回路中的I/O信號經(jīng)過輸入I/O電路輸入數(shù)字信號處理器(9)的I/O接口，接收主回路的故障信號；輸出 I/O電路控制主回路中能量回收高頻斬波充電單元(3)的功率開關器件；數(shù)字信號處理器 (9)的脈寬調制輸出口輸出的1路脈寬調制脈沖信號，經(jīng)過脈寬調制信號的驅動和保護電路(7)處理后輸出1路PWM脈沖調制控制信號，控制主回路中能量回收高頻斬波充電單元 (3)的功率開關器件；所述通信單元(8)采用CAN或者485通信形式，將主回路實時的工作狀態(tài)在電動汽車能源管理系統(tǒng)(11)的觸摸屏上顯示。
專利摘要一種電動汽車能量回收系統(tǒng)，用于對電動汽車能量回收和動力電池組可控充電。電機驅動器經(jīng)直流濾波及能量回收預存單元、能量回收高頻斬波充電單元與動力電池組串接，能量回收功率組件與全數(shù)字控制器連接，由直流濾波及能量回收預存單元與能量回收高頻斬波充電單元并聯(lián)組成。本實用新型全數(shù)字控制器以高性能數(shù)字信號微處理器為核心生成PWM控制信號，按照動力電池組工藝要求，對直流輸出電壓、電流進行動態(tài)控制，可通過直流濾波及能量回收預存單元的超級電容對電動汽車的能量進行最大限度回收，并可經(jīng)高頻斬波充電單元對電池組進行可控充電，既能按照鋰電池特性快速回收制動時產(chǎn)生的能量，達到延長電動汽車續(xù)行里程要求，又能延長電池組使用壽命。
文檔編號H02J7/14GK201947040SQ201020663559
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2010年12月16日
發(fā)明者劉士杰, 王國安, 陳暢 申請人:襄樊德普電氣有限公司