CN101574932B - 一种超级电容城市电动客车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用超级电容做为动力源的一种超级电容城市电动客车。包括：客车车体结构，超级电容器组，智能充电器，分布式超级电容监测系统，电机及驱动器，CAN仪表，电动客车的集电弓，监视客车集电弓的摄像头，还包括客车的辅助电控单元；采用SAEJ1939协议的CAN仪表通过CAN总线实现各电控单元之间的即时通讯和信息共享。超级电容器组做为动力源与电机及驱动器联接；超级电容器组分别与智能充电器和分布式超级电容监测系统联接。本发明采用智能充电器，根据环境温度自动调节超级电容器组的充电电压和充电电流，从而储存更多的电能，增加续行里程；同时采用基于iCAN协议的分布式超级电容监测系统，对整车进行控制，智能化程度高，具有实时响应能力。
Description
技术领域
本发明涉及应用在城市的公共交通系统中的，使用超级电容做为动力源的城市电动客车。
背景技术
现有技术中的超级电容电动公交车或者客车，采用公交车中设置的超级电容器储存电能，以电能来驱动车辆行驶，并向车辆所有辅助运行设备提供电能，其车辆能源的基本工作原理与无轨电车相似，如图1所示。采用超级电容的公交车可在公交系统的车站停靠时充电，充电时可利用原有的由无轨电车使用的直流整流网做为电源，也可以使用电力系统中的交流电网电源，经过降压(或升压)并整流后，为超级电容电动公交车提供充电电源。由于超级电容器具有非常好的充电接受能力，所以在车辆停靠站时，通过车载快速充电器，利用乘客上下车的几十秒时间即可完成充电过程，补充到电能，供车辆持续运行。因此，设置了超级电容的公交车非常适合固定线路的城市公共交通运行工况模式，是一种以电力为能源的，没有尾气排放，零污染的客运交通系统，可应用于城市中的固定线路，例如城区的短途、大客流的公共交通线路，以及机场、码头、旅游景点、小区等专线客运系统。
现有技术中，超级电容城市电动客车是从无轨电车加装上超级电容和交流变频传动装置简单改变过来，由于没有专门的分布式超级电容监测系统和智能充电器，电容的单体电压充电范围为0.90-1.4V，超级电容储存电能少、车辆的续行里程短。现有技术的超级电容电动客车没有从超级电容储存电能的特点出发设计整车，没有充分利用超级电容储存电能的能力，同时也没有吸收现代客车的先进技术。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出一种超级电容城市电动客车，充分利用超级电容储存电能的能力，以增加续行里程，同时增强对整车的控制。
本发明是通过以下技术方案实现的；
一种超级电容城市电动客车，包括：客车车体结构，超级电容器组，智能充电器，分布式超级电容监测系统，电机及驱动装置，CAN仪表，电动客车的集电弓，监视客车集电弓的摄像头，还包括客车的辅助电控单元；采用SAEJ1939协议的CAN仪表通过CAN总线实现各电控单元之间的即时通讯和信息共享。
超级电容器组做为动力源与电机及驱动装置联接；超级电容器组分别与智能充电器和分布式超级电容监测系统联接。
电动客车的集电弓通过智能充电器与超级电容器组联接，电动客车集电弓的监视摄像头反馈集电弓的图像信号到CAN仪表，CAN仪表经分布式超级电容监测系统与超级电容器组联接。
超级电容器组还联接有辅助电控单元。
其中，分布式超级电容监测系统对智能充电器的充电温度进行监控及反馈，当温度传感器检测到环境温度小于25℃时，使电容单体电压充到1.58v，整车共有400只电容，串联后总电压为632V；
当温度传感器检测到环境温度大于25℃时，使电容单体电压充到1.52v，整车共有400只电容，串联后总电压为600V。
输入电压经IGBT斩波后输出至超级电容器组，对输出电压进行采样，并经误差放大送入DSP处理器和CPLD逻辑器件装置；DSP处理器和CPLD逻辑器件装置接收环境温度传感器的信号和电流反馈采样的信号，控制IGBT变流器模块的导通和关断，实现斩波，并根据环境温度自动调节脉宽：环境温度高时，降低上限充电电压；环境温度低时，提高上限充电电压。
其中，所述的分布式超级电容监测系统是一种基于iCAN协议的分布式超级电容监测系统：包括分布式超级电容监测系统主节点、电容检测子节点、LCD诊断仪和CAN总线网络；
分布式超级电容监测系统主节点具有分别与各电容检测子节点连接，并通过符合SAEJ1939协议的CAN总线与电容电车的仪表系统连接。
分布式超级电容监测系统主节点具有总电流测量接口和总电压测量接口，分别连接电流传感器和电压传感器，检测超级电容器组的总电流和总电压；
分布式超级电容监测系统主节点连接液晶显示诊断仪；
分布式超级电容监测系统主节点具有继电器接口。
各子节点分别检测各个超级电容的电压；且与各个电容的温度传感器连接，以检测电容表面温度；
各子节点与主节点进行iCAN网络通讯。
本发明的超级电容城市电动客车，从超级电容储存电能的特点出发，采用智能充电器，根据环境温度自动调节超级电容组的充电电压和充电电流，使其在一定范围内变化，从而储存更多的电能，增加续行里程；同时采用SAEJ1939协议的CAN总线仪表，并包含基于iCAN协议的分布式超级电容监测系统，对整车进行控制，智能化程度高、测量准确、系统的稳定性高，具有实时响应能力。
附图说明
图1是现有技术中超级电容电动客车的原理图。
图2是本发明的超级电容城市电动客车的原理图。
图3是本发明的超级电容城市电动客车中智能充电器的原理图。
图4是本发明的超级电容城市电动客车中分布式超级电容监测系统的原理图。
具体实施方式
下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。
如图2所示，一种超级电容城市电动客车，包括：客车车体结构，超级电容器组，智能充电器，分布式超级电容监测系统，电机及驱动器，CAN仪表，电动客车的集电弓，监视客车集电弓的摄像头，还包括客车的辅助电控单元。
采用SAEJ1939协议的CAN仪表通过CAN总线实现各电控单元之间的即时通讯和信息共享，即智能充电器、分布式超级电容监测系统、电机及驱动器、CAN控制仪表、辅助电控单元(如ABS单元、空气悬挂单元、助力转向单元)的信息共享和信号传输，也可以控制车身电器(如车灯、雨刮器等)的工作。
超级电容器组做为动力源与电机及驱动器联接；超级电容器组分别与智能充电器和分布式超级电容监测系统联接。
电动客车的集电弓通过智能充电器与超级电容器组联接，电动客车集电弓的监视摄像头反馈集电弓的图像信号到CAN仪表，CAN仪表经分布式超级电容监测系统与超级电容器组联接。
超级电容器组还联接有客车的辅助电控单元，如ABS单元、空气悬挂单元、助力转向单元等。
如图3所示，本发明的超级电容城市电动客车中的智能充电器采用降压斩波充电的技术方案，限流恒压的充电方式。
输入电压经IGBT斩波后输出至超级电容器组，对输出电压进行采样，并经误差放大送入DSP处理器和CPLD逻辑器件装置；DSP处理器和CPLD逻辑器件装置接收环境温度传感器的信号和电感电流反馈采样的信号，控制IGBT变流器模块的导通和关断，实现斩波，并根据环境温度自动调节脉宽：环境温度高时，降低上限充电电压；环境温度低时，提高上限充电电压。
DSP处理器可选用TMS320LF2812，DSP处理器和CPLD逻辑器件控制着的IGBT变流器模块导通和关断，实现斩波，根据环境温度自动调节脉宽。同时具备完整的故障保护功能、模块级的故障自诊断功能和轻微故障自复位功能，并且利用CAN网络接口，对外联接上位机，进行故障记录及诊断，实现网络化、信息化控制。环境温度高时，降低上限充电电压，降低了超级电容充电发热量，同时充电量不会降低；环境温度低时，提高上限充电电压，增加超级电容发热量，增加充电量。
超级电容器组的上限充电电压范围为580-640V，充电电流范围为30-300A，可根据环境温度，实现自动调节。
当温度传感器检测到环境温度小于25℃时，使电容单体电压充到1.58v，整车共有400只电容，串联后总电压为632V。
当温度传感器检测到环境温度大于25℃时，使电容单体电压充到1.52v，整车共有400只电容，串联后总电压为600V。
因此，根据E＝0.5*CU*U，超级电容储存电能就增加30-50％，而不影响超级电容使用。
如图4所示，本发明一种超级电容城市电动客车中的分布式超级电容监测系统是一种基于iCAN协议的分布式超级电容监测系统：包括平衡管理系统主节点、电容检测子节点、LCD诊断仪和CAN总线网络；
分布式超级电容监测系统主节点具有分别与各电容检测子节点连接，并通过符合SAEJ1939协议的CAN总线与电容电车的仪表系统连接。
分布式超级电容监测系统主节点具有总电流测量接口和总电压测量接口，分别连接电流传感器和电压传感器，检测超级电容器组的总电流和总电压；
分布式超级电容监测系统主节点连接液晶显示诊断仪；
分布式超级电容监测系统主节点还可有继电器接口。
各子节点分别检测各个超级电容的电压；且与各个电容的温度传感器连接，以检测电容表面温度；
各子节点与主节点进行iCAN网络通讯。
CAN控制仪表分析处理信息，发出指令，显示CAN总线上各设备工作状况。它具有强大的故障诊断功能，让司机在最快时间知道故障及原因，增加了行车安全性。诊断信息以液晶显示诊断仪进行中文显示，使司机易于理解。
通过集电弓监视摄像头和仪表显示屏司机监视集电弓的状态，防止误动作，以免集电弓出现故障时被撞坏。
本说明书中所述的只是本发明的一种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (3)
1.一种超级电容城市电动客车，具有客车车体结构，超级电容器组，电机及驱动器，电动客车的集电弓，监视客车集电弓的摄像头，以及客车的辅助电控单元；其特征在于：还包括有智能充电器，分布式超级电容监测系统，以及CAN仪表；
采用SAEJ1939协议的CAN仪表通过CAN总线实现各电控单元之间的即时通讯和信息共享；
超级电容器组做为动力源与电机及驱动器联接；超级电容器组分别与智能充电器和分布式超级电容监测系统联接；
电动客车的集电弓通过智能充电器与超级电容器组联接，电动客车集电弓的监视摄像头反馈集电弓的图像信号到CAN仪表，CAN仪表经分布式超级电容监测系统与超级电容器组联接；
超级电容器组还联接有辅助电控单元；
其中，分布式超级电容监测系统对智能充电器的充电温度进行监控及反馈，当温度传感器检测到环境温度小于25℃时，使电容单体电压充到1.58v，整车共有400只电容，串联后总电压为632V；
当温度传感器检测到环境温度大于25℃时，使电容单体电压充到1.52v，整车共有400只电容，串联后总电压为600V。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容城市电动客车，其特征在于：其中所述的智能充电器中，输入电压经IGBT斩波后输出至超级电容器组，对输出电压进行采样，并经误差放大送入DSP处理器和CPLD逻辑器件装置；DSP处理器和CPLD逻辑器件装置接收环境温度传感器的信号和电流采样反馈的信号，控制IGBT变流器模块的导通和关断，实现斩波，并根据环境温度自动调节脉宽：环境温度高时，降低上限充电电压；环境温度低时，提高上限充电电压。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容城市电动客车，其特征在于：其中所述的分布式超级电容监测系统是一种基于iCAN协议的分布式超级电容监测系统：包括主节点、电容检测子节点、LCD诊断仪和CAN总线网络；
分布式超级电容监测系统主节点具有分别与各电容检测子节点连接，并通过符合SAEJ1939协议的CAN总线与电容电车的仪表系统连接；
分布式超级电容监测系统主节点具有总电流测量接口和总电压测量接口，分别连接电流传感器和电压传感器，检测超级电容器组的总电流和总电压；
分布式超级电容监测系统主节点连接液晶显示诊断仪；
分布式超级电容监测系统主节点具有继电器接口；
各子节点分别检测各个超级电容的电压；且与各个电容的温度传感器连接，以检测电容表面温度；
各子节点与主节点进行iCAN网络通讯。
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