專利名稱：電動汽車能量回收系統的制作方法
技術領域：
本發明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。
背景技術：
能源緊張和環保危機，迫使中國汽車市場急需開發和生產新能源動力汽車。國家 規劃到2020年的總體目標是新能源汽車保有量達到500萬輛，使我國節能與新能源汽車 產業規模位居世界前列。但制約電動汽車發展的瓶頸是動力電池組壽命及續行里程。為 此，將電動汽車在下坡、剎車時產生的制動能量收集起來再利用(電動汽車能量回收系統) 是延長電動汽車續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格為3. 2V, 200AH, 170只鋰電池串聯為例，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。發明內容
為克服現有電動汽車能量回收系統對電池組充電不可控的缺陷，本發明的發明目 的在于提供一種電動汽車能量回收系統，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。
為實現上述目的，本發明電機驅動器經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 充電單元并聯組成，能量回收功率組件與全數字控制器連接，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、數字信號處 理器和電壓電流檢測環節；所述電壓電流檢測環節由直流環節電壓檢測部分及輸出直流側電流檢測部分組成；直 流環節電壓檢測部分由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；所述數字信號處理器的模擬輸入為從電壓電流檢測環節得到的電壓、電流信號，經過 數字信號處理器的模擬輸入接口電路進行變換，然后輸入到數字信號處理器的模數轉換接 口，數字信號處理器包括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信號經過 輸入I/O電路輸入數字信號處理器的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，實現主回路的運行、停止控制；脈寬 調制功率驅動信號根據系統要求，由數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發出的運行、 暫停、停止、充電工藝等信號，同時將主回路實時的工作狀態在電動汽車能源管理系統的觸 摸屏上顯示。
本發明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根據電池組的 荷電狀態、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L、Dl、D3注入動力電池組。
本發明與現有技術相比，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，并可通過全數字控制器經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生的能量，達到延長電動汽車續行里程的要求，又能延長電池組的使 用壽命。
圖1為本發明的主回路電氣結構示意簡圖； 圖2為本發明模塊簡圖；圖3為電動汽車現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、數字信號處 理器9和電壓電流檢測環節10 ；電壓電流檢測環節10由直流環節電壓檢測部分及輸出直流側電流檢測部分組成；直 流環節電壓檢測部分由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；數字信號處理器9的模擬輸入為從電壓電流檢測環節10得到的電壓、電流信號，經過 數字信號處理器9的模擬輸入接口電路進行變換，然后輸入到數字信號處理器9的模數轉 換接口，數字信號處理器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信號經過輸入 I/O電路輸入數字信號處理器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，實現主回路的運行、停止控制；脈寬調制功率 驅動信號根據系統要求，由數字信號處理器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11發出的運行、 暫停、停止、充電工藝等信號，同時將主回路實時的工作狀態在電動汽車能源管理系統11 的觸摸屏上顯示。
本發明的工作過程在電動汽車處于剎車、下坡時，電動汽車動力調節部分電機及 電機驅動器1的電機處于發電狀態，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，電機驅動器(1)經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)并聯組成，能量回收功率組件(5)與全數字 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.根據權利要求1所述的電動汽車能量回收系統，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.根據權利要求1所述的電動汽車能量回收系統，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.根據權利要求1所述的電動汽車能量回收系統，其特征在于所述全數字控制器(6) 包括脈寬調制信號的驅動和保護電路(7)、通信單元(8)、數字信號處理器(9)和電壓電流 檢測環節(10)；所述電壓電流檢測環節(10)由直流環節電壓檢測部分及輸出直流側電流檢測部分組 成；直流環節電壓檢測部分由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；所述數字信號處理器(9)的模擬輸入為從電壓電流檢測環節(10)得到的電壓、電流信 號，經過數字信號處理器(9)的模擬輸入接口電路進行變換，然后輸入到數字信號處理器 (9)的模數轉換接口，數字信號處理器(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 號經過輸入I/O電路輸入數字信號處理器(9)的I/O接口，接收主回路的故障信號；輸出I/ 0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，實現主回路的運行、 停止控制；脈寬調制功率驅動信號根據系統要求，由數字信號處理器(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，接收電動汽車能源管理系統(11)發出 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在電動汽車能源管理 系統(11)的觸摸屏上顯示。
全文摘要
一種電動汽車能量回收系統，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組成。本發明的全數字控制器以高性能數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生的能量，達到延長電動汽車續行里程要求，又能延長電池組使用壽命。
文檔編號H02J7/14GK102035244SQ20101059142
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者劉士杰, 王國安, 陳暢 申請人:襄樊德普電氣有限公司