CN101702531A - 电动车减速制动自动数控充电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动车减速制动自动数控充电方法，包括提供一电动车减速制动自动数控充电装置；检测电动车是否处于减速制动状态；以及在电动车处于减速制动状态时上述电动车减速制动自动数控充电装置将机械能转化为电能并进行充电以储存电能。本发明还提供一种电动车减速制动自动数控充电装置。本发明电动车减速制动自动数控充电方法及装置能够检测电动车行驶状态并在电动车减速制动时自动将机械能转换为电能储存起来，从而实现了能源的再利用。

Description

电动车减速制动自动数控充电装置及方法

技术领域

本发明涉及电动车领域，特别是一种能够将电动车减速制动过程中浪费能源存储再利用的电动车减速制动自动数控充电装置及方法。

背景技术

目前电动车由于其环保绿色的等优点，得到了越来越广泛的应用。电动车在减速制动情况下会消耗大量能量，并且据统计约占全部能量的三分之一。在全球能源紧缺的环境下，有必要将电动车减速制动过程中浪费的能量再利用起来。

发明内容

本发明为解决电动车减速制动过程中能量浪费的问题提供一种能够将电动车减速制动过程中浪费能源存储再利用的电动车减速制动自动数控充电方法及方装置。

一种电动车减速制动自动数控充电方法，包括提供一电动车减速制动自动数控充电装置；检测电动车是否处于减速制动状态；以及在电动车处于减速制动状态时上述电动车减速制动自动数控充电装置将机械能转化为电能并进行充电以储存电能。

一种电动车减速制动自动数控充电装置，包括微控制器、蓄电池、电机驱动电路、减速制动开关电路、直流无刷电机和充电电路，蓄电池连接到电机驱动电路，电机驱动电路连接到微控制器和充电电路，减速制动开关电路和充电电路分别连接到微控制器，其中，所述的电机驱动电路用于在微控制器控制下驱动所述直流无刷电机，减速制动开关电路用于在电动车减速制动时输出相应信号到所述的微控制器，所述的充电电路用于在微控制器控制下对蓄电池进行充电。

相较于现有技术，本发明本发明电动车减速制动自动数控充电方法及装置能够自动检测电动车行驶状态，并在电动车减速制动时将电动车减速制动过程中的机械能转化成电能，并且将此电能通过电子自动控制系统储存于畜电池中。此外，将高速行驶电动汽车的机械能转化为电能，充电给畜电池的过程是采用微处理器控制其充电电流无级可调，减速制动的原理是微处理器采用PID模糊控制电流与减速制动强度正比的对应关系，达到可让电动汽车平滑地减速制动或停止，让汽车制动更舒适。另外，本发明电动车减速制动自动数控充电装置所增加器件极少、成本低，质量可靠。

附图说明

图1是本发明电动车减速制动自动数控充电装置的电路结构示意图。

图2-6是的图1所示电动车减速制动自动数控充电装置的部分电路结构示意图。

图7是本发明电动车减速制动自动数控充电方法的流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1，是本发明电动车减速制动自动数控充电装置的电路结构示意图。电动车减速制动自动数控充电装置包括微控制器MCU、蓄电池BT1、电机驱动电路、减速制动开关电路、直流无刷电机和充电电路。微控制器MCU、减速制动开关电路和充电电路分别连接到微控制器。其中，充电电路包括充电强度调整电路、续流电路、限流保护电路、充电取样电路和开关电源电路。所述的电机驱动电路用于在微控制器控制下驱动所述直流无刷电机，减速制动开关电路用于在电动车减速制动时输出相应信号到所述的微控制器，所述的充电电路用于在微控制器控制下对蓄电池进行充电。

所述的电机驱动电路是H桥电路，包括第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5、第六功率管Q6构成H桥臂，其中，上臂包括第一、第三、第五功率管Q1、Q3和Q5，而下臂包括第二、第四、第六功率管Q2、Q4和Q6。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6分别和第一至第六功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6对应，且和对应的功率管的两个导通端并联。蓄电池BT1正极通过肖特基二极管D0连接到H桥驱动电路的一端，负极通过电阻R1连接到H桥驱动电路的另一端并接地。

其中，第一至第六功率管Q1～Q6均为N沟道金属氧化物半导体场效应管，均包括栅极、源极和漏极。蓄电池BT1正极依次经由肖特基二极管D0的正极和负极、第一功率管Q1的漏极和源极、第二功率管Q2的漏极和源极以及第一电阻R1接地。第一功率管Q1的栅极连接到微控制器MCU的U+端口。第二功率管Q2的栅极连接到微控制器MCU的U-端口。

蓄电池BT1的正极还依次经由肖特基二极管D0的正极和负极、第三功率管Q3的漏极和源极、第四功率管Q4的漏极和源极以及电阻R1接地。第三功率管Q3的栅极连接到微控制器MCU的V+端口，第四功率管Q4的栅极连接到微控制器MCU的V-端口。

蓄电池BT1的正极还依次经由肖特基二极管D0的正极和负极、第五功率管Q5的漏极和源极、第六功率管Q6的漏极和源极以及电阻R1接地。第五功率管Q5的栅极连接到微控制器MCU的W+端口，第六功率管Q6的栅极连接到微控制器MCU的W-端口。

在上述实施方式中，第一至第六功率管Q1～Q6用于控制流经直流无刷电机绕组电流的开关。

单片机的U+、U-、V+、V-、W+、W-分别用于输出PWM控制信号到对应的功率管，从而控制第一至第六功率管Q1～Q6的开关频率和换相时间。其中，U+、U-用于U相控制，V+、V-用于V相控制，W+、W用于W相控制。

直流无刷电机M是三相直流无刷电机，其U相输入端连接到第一功率管Q1的源极和第二功率管Q2的漏极之间，V相输入端连接到第三功率管Q3的源极和第四功率管Q4的漏极之间，W相输入端连接到第五功率管Q5的源极和第六功率管Q6的漏极之间。

减速制动开关电路包括开关SW1，其一端通过电阻R10连接到微控制器MCU，另一端接地。

第七二极管D7、第八二极管D8和第九二极管D9的正极分别连接到电机M的U、V、W相输入端，负极分别依次经由第一电容C1的正极和负极接地。变压器T1的初级线圈一端连接到第一电容C1正极、第七电阻R7和第二电容C2，另一端连接到第七功率管Q7的漏极。第七电阻R7和电容C2并联后经由第十二极管D10的负极和正极连接到第七功率管Q7的漏极。变压器T1的次级线圈一端经由第十一二极管D11的正极和负极、第三电容C3的正极和负极连接到次级线圈的另一端且接地。第七功率管Q7是金属氧化物半导体场效应管。

此外，蓄电池BT1的正极还连接到三极管Q8的基极且经由电阻R3连接到电容C3的正极。三极管Q8的发射极连接到电容C3正极，集电极经由电阻R6连接到微控制器MCU的A/D输出端口，并且还经由电阻R5接地。第七功率管Q7的栅极经由电阻R2连接到微控制器MCU的PWM端，源极经由电阻R8接地且经由电阻R9连接到微控制器MCU的A/D输入端。电容C4接在微控制器MCU的A/D输入端和地之间。

请同时参阅图2-6，是本发明电动车减速制动自动数控充电装置各部分电路图。上述电动车减速制动自动数控充电装置的工作原理详述如下：当电动汽车正常加速行驶时：驱动电机的H桥驱动电路的Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6正常工作，减速/制动开关断开，充电电路的第七功率管Q7没有PWM驱动信号，充电电路停止工作。

当电动车减速或制动时：踏下刹车板，开关SW1闭合，H桥臂的第一至第六功率管Q1、Q2，Q3、Q4，Q5，Q6截止，肖特基二极管D0阻止电机所产生的电能流向畜电池，此时微处理器MCU输出PWM调制信号驱动第七功率管Q7，充电电路开始启动工作。这时高速运行直流无刷电机里感应出来的电动势根据电流流动的规则，电流依序经过二极管D2，D4，D6，D8、D9、D7对电容C1充电，这时Q7处于工作状态下，变压器T1的次级端经第十一二极管(肖特基二极管)D11输出脉冲直流电压经C3滤波、电流取样电阻R3给电池充电，另外电流取样电路中的R3、R4、Q8、R5对充电电流进行取样，经电阻R6将取样电流的电压信号输入MCU的A/D端口，调整充电强度调整电路的器件电位器RW1的输入电压，就可以调整对蓄电池BT1的充电电流。而畜电池BT1的充电的电流大小正好与汽车的制动强度成正比关系，也就是说，充电强度调整电路的器件电位器RW1的输入电压越大，充电的电流越大，制动阻力就越大。如电动汽车在紧急刹车时，将刹车踏板踏到底时会与电动车的刹车皮系统连动，达到快速紧急刹车的目的。

其中，当开始踏下刹车踏板时，开关SW1由开路转为闭合，给微处理器MCU发送减速制动的指令，接着微处理器打开充电强度调整电路与充电开关电源部分的PWM调制信号以驱动第七功率管Q7，开关电源电路开启工作。充电强度调整电路可以调整畜电池BT1的充电电流强度，(充电电流从0从始调至所设计的最大电流值，电位器所调整充电电流的调整行程与刹车踏板位移行程同步)，其与充电电流取样电路部分构成闭环系统。续流电路则通过D2、D4、D6、D7、D8、D9根据电流的流向给C1续流，同时给开关电源电路提供电能。微处理器MCU输出PWM调制信号经过电阻R2驱动第七功率管Q7，以启动开关电源，电阻R8上电流为第七功率管Q7的工作取样电流，这个取样电流信号经过电阻R9输向微处理器MCU，以保护第七功率管Q7，防止过流损坏。

充电电流取样电路(包括电阻R3、R4、三极管Q8、电阻R5、R6、二极管D12、电容C4)与充电强度调整电路(器件电位器RW1)和微处理器MCU构成一个PID模糊控制闭环反馈系统，达到调整充电强度电位器RW1就可以相对应控制系统的充电电流强度。

请参阅图7，是本发明电动车减速制动自动数控充电方法的原理示意图。复位后，电动车正常行驶时，电机驱动电路正常工作。

电动车减速制动自动数控充电装置检测是否踩下刹车。如果没有检测到踩下刹车，则电机驱动电路保持原状态。

当检测到踏下刹车板后，电机驱动电路停止工作，电动车减速制动自动数控充电装置启动。微控制器根据减速制动开关电路的信号控制充电电路启动，电机感应出电动势并在续流电路中产生电流。充电电路根据制动强度对应设定充电电流大小从0到最大值。其中，充电电流最大值根据需要设置。此时，充电强度调整电路在微控制器控制下根据刹车踏板位移量调整对应的充电电流强度。

充电电流取样电路对充电电流大小进行采样，并且将充电采样值反馈回微控制器MCU。微控制器MCU根据充电电流采样值控制电流强度调整电路进而调整充电电流大小。

另外，开关电源电路还有限流保护功能。电阻R8上电流为第七功率管Q7的工作取样电流，这个取样电流信号经过电阻R9输向微处理器MCU，以保护第七功率管Q7，防止过流损坏。其中，当工作取样电流大于设定的工作电流值时微控制器MCU控制PWM端口输出脉宽调制信号占空比减小；当电流反馈值小于设定的工作电流值时，微控制器MCU控制PWM端口输出脉宽调制信号占空比增大。如果发生过流情况，即工作取样电流大小大于第七功率管设定的最大工作电流值时，则微控制器MCU控制PWM端口停止输出脉宽调制信号，关闭第七功率管Q7，从而关闭充电电路，微控制器通过外部电路进行报警。

综上所述，本发明电动车减速制动自动数控充电方法包括：

提供电动车减速制动自动数控充电装置，包括蓄电池、直流无刷电机、微控制器和充电电路，其中充电电路包括减速制动开关电路、续流电路、电流采样电路、开关电源电路和电流强度调整电路；

检测电动车是否踩下刹车，即电动车是否处于减速制动状态，具体是减速制动开关电路利用开关SW1跟刹车踏板联动，从而根据开关SW1闭合或断开得到电动车是否踩下刹车的检测结果，并发送对应检测结果到微控制器；

当电动车处于减速制动状态时将机械能转换成电能储存起来，包括微控制器根据减速制动开关电路检测结果启动充电电路，利用直流无刷电机感应的电动势电流对蓄电池充电。

其中，上述充电过程还包括：设置充电电流范围，根据刹车制动强度对应调整充电电流大小；对充电电流采样并将充电电流采样值反馈到微控制器，微控制器根据充电电流采样值控制充电电流强度调整电路进而调整充电电流；对开关电源电路的第七功率管Q7工作电流取样，并根据工作电流取样值调整微控制器MCU的PWM端口输出的脉宽调制信号占空比，从而保护第七功率管Q7正常工作。当工作电流采样值大于设定的最大值时，关闭第七功率管Q7并发出警报。所述的第七功率管Q7实际上起到开关电源电路中开关管的作用。

相较于现有技术，本发明电动车减速制动自动数控充电装置包括微控制器MCU、蓄电池BT1、H桥驱动电路、减速制动开关电路和充电电路，在电动车减速制动时微控制器MCU根据减速制动开关电路的信号启动充电电路，利用直流无刷电机将减速制动过程中的机械能转化为电能存储在蓄电池BT1中，并且在减速制动过程中根据制动强度智能调整充电电流大小，增加的元件少，结构简单且可靠性高，能够很好的对减速制动过程中消耗的能量进行再利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车减速制动自动数控充电方法，包括：

提供一电动车减速制动自动数控充电装置；

检测电动车是否处于减速制动状态；以及

在电动车处于减速制动状态时上述电动车减速制动自动数控充电装置将机械能转化为电能并进行充电以储存电能。

2.如权利要求1所述的电动车减速制动自动数控充电方法，其特征在于：所述电动车减速制动自动数控充电装置包括蓄电池、直流无刷电机、微控制器和充电电路，其中充电电路包括减速制动开关电路、续流电路、电流采样电路、开关电源电路和电流强度调整电路，检测电动车是否处于减速制动状态包括减速制动开关电路利用开关跟刹车踏板联动，从而根据开关闭合或断开得到电动车是否踩下刹车的检测结果，并发送对应检测结果到微控制器。

3.如权利要求1所述的电动车减速制动自动数控充电方法，其特征在于：在电动车处于减速制动状态时上述电动车减速制动自动数控充电装置将机械能转化为电能并进行充电以储存电能具体包括微控制器根据减速制动开关电路检测结果启动充电电路，利用直流无刷电机感应的电动势电流对蓄电池充电。

4.如权利要求3所述的电动车减速制动自动数控充电方法，其特征在于：还包括设置充电电流范围，根据刹车制动强度对应调整充电电流大小。

5.如权利要求4所述的电动车减速制动自动数控充电方法，其特征在于：还包括对充电电流采样并将充电电流采样值反馈到微控制器，微控制器根据充电电流采样值控制充电电流强度调整电路进而调整充电电流。

6.如权利要求5所述的电动车减速制动自动数控充电方法，其特征在于：还包括对开关电源电路的开关管的工作电流取样，并根据工作电流取样值调整微控制器的输出的脉宽调制信号占空比，从而保护所述开关管正常工作。

7.如权利要求5所述的电动车减速制动自动数控充电方法，其特征在于：当工作电流采样值大于设定的最大值时，关闭开关电源电路的开关管，并发出警报。

8.一种电动车减速制动自动数控充电装置，其特征在于：包括微控制器、蓄电池、电机驱动电路、减速制动开关电路、直流无刷电机和充电电路，蓄电池连接到电机驱动电路，电机驱动电路连接到微控制器和充电电路，减速制动开关电路和充电电路分别连接到微控制器，其中，所述的电机驱动电路用于在微控制器控制下驱动所述直流无刷电机，减速制动开关电路用于在电动车减速制动时输出相应信号到所述的微控制器，所述的充电电路用于在微控制器控制下对蓄电池进行恒流充电。

9.如权利要求8所述的电动车减速制动自动数控充电装置，其特征在于：充电电路包括充电强度调整电路、续流电路、限流保护电路、充电取样电路和开关电源电路，所述的充电强度调整电路、续流电路、限流保护电路、充电取样电路和开关电源电路分别连接到所述的微控制器。

10.如权利要求9所述的电动车减速制动自动数控充电装置，其特征在于：所述的减速制动开关电路包括开关，其一端通过电阻连接到微控制器，另一端接地，在电动车减速制动时开关闭合，微控制器根据减速制动开关电路的信号控制充电电路启动；在电动车正常行驶时，开关断开，微控制器根据减速制动开关电路的信号控制充电电路不启动。

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