CN101770224A - 电动车资源集中管理与控制技术 - Google Patents

Abstract

为克服公知电动车技术的诸多弊端，本发明创造了一种电动车资源集中管理与控制的技术，通过这一技术设计制造的管理中心装置将电动车的充电器、蓄电池、直流电机控制器、直流电机、电门锁、指示灯、调速装置、制动部件、显示部件都做为资源来集中管理与控制，并建立了充电器错误排除和电气特征修正、多路直流电源改变连接方式的变压供电、电机感应电能回收与利用、资源动作组合密码防盗与锁车的技术实现方式与原理，使电动车资源使用安全、合理及高效，为设计和制造高性能、多功能和智能化的电动车建立了技术条件与研究方向。

Description

电动车资源集中管理与控制技术

技术领域

本发明涉及一种合理管理和利用电动交通工具相关资源的技术领域，特别是建立了一种集中式管理与控制电动自行车和电动汽车资源的技术。

背景技术

电动车资源主要包括充电器、蓄电池、直流电机控制器、直流电机、电门锁、指示灯、调速装置、制动部件、显示部件，公知的电动车技术对的这些资源没有进行合理管理与控制，例如，充电器直接向蓄电池充电；一个蓄电池组提供电能；直流电机控制器只接受调速装置的控制命令；电流电机只能被动接受直流电机控制器的控制；直流电机控制器只接受一个固定直流电源输入。公知的电动车技术使电动车的部件资源处于一种相对独立与被动的工作状态，资源得不到合理的分配与利用，甚至相互制约与损伤。例如，使用电压过高的充电器时，蓄电池不能发觉错误而被动损坏；使用正负极方向与蓄电池相反的充电器时，充电器被动损坏；仅蓄电池组中的一支电池容量下降50％就会导致整车续行里程减少50％；要获得足够的转矩力需要较大的启动电流，启动电流过大却又会造成蓄电池损伤；蓄电池放电效率低下；电机效率无法合理分配；直流电机控制器缺少信息反馈和合理控制等。采用公知技术制造的电动车存在诸多弊端。

要将电动车的资源使用合理化、高效化和安全化，必须建立一个对资源集中管理与控制的管理中心，所有的资源都接入到这个管理中心，管理中心根据各资源的送入信息分析出资源的现状和要求，将不合理或错误的资源工作方式排除，并以优化后的方案控制资源的使用。

发明内容

本发明的目的是建立一个对电动车资源进行集中管理与控制的管理中心，以达到安全、合理及高效使用电动车资源的要求。

电动车的充电器、蓄电池、直流电机控制器的正负电源线路和电门锁接通状态、直流电机相线电压和频率、调速装置的返回电压及制动部件接通状态等都以资源的形式存在，并接入本发明建立的管理中心，这些资源的电压、电流、频率、时间、通断、方向等电气特征做为数据在管理中心被管理程序进行分析后得出正确性及实时状态后，按照相应的实际要求，向管理中心的相关功能单元发送相应工作指令，以达到排除错误，合理化控制和改变资源的工作状态，实现安全、合理及高效的资源集中式管理与控制。

在为实现对充电器的错误排除和电气特征修正时，本发明改变了将充电器直接与蓄电池连接充电的工作方式，而是先对接入管理中心的充电器的电压和正负方向判断后，再确认是否接通充电器与蓄电池的线路，在充电过程中，管理中心还可以分析充电器输入电压变化与时间的动态关系，按照程序的设定，产生相应调制、调相、调频和断路动作，实现充电电气特征修正和终止，以实现优化模式充电。

为提高蓄电池的利用率，降低蓄电池的放电电流，延长蓄电池使用寿命，管理中心允许同时接入两路或多路直流电源，既能够将一路直流电源的输入出到需要恒定电压的用电器，也可以跟据直流电机相线电压和频率分析电机转速，在直流电机需要低电压和高电流的时，将接入的两组或多组蓄电池组并联后形成低电压输出到直流电机，并使蓄电池组在并联分流的电路原理下低电流放电；在直流电机需要高电压或大功率供电时，将接入的蓄电池组进行串联后输出到直流电机，并可以直流电机控制器内的限流或限占空比装置或电路发出限制信号指令，以实现高电压低电流高效率电机供电。为获得不同的电压，管理中心可以对蓄电池组形式的多路直流电源进行不同组合的并联、串联，并向相关外围设备发出限流或占空比信号。

直流电机的转动会产生与供电直流电源蓄电池组输出流向相反的感应电，也就是电机转动会发电。在公知的电动车技术中，当电机受电力驱动转动时，电机的反向感应电电压低于正向直流电源电压，而直流电源只有一个，当电机转速低于这个供电直流电源能达到的最快速度时，反向电能根本不能被回收与利用。当电动车需要降低滑行速度或制动时，这种反向电能只能在电路回路上被耗损掉，而电动车和驾乘者的惯性能也以机械制动部件的磨损为代价被耗掉。本发明改变了这种单一电压的电源形式，以多路直流电源输入，再经过并联及串联连接的重新组合后，输出的电压可以是多种形式。这样，对直流电源串联的高电压产生的反向感应电能可以将直流电源转换为并联低电压来回收和利用。这种反向感应电能是物体移动惯性能量的体现形式，而惯性能量的大小又与移动物体的重量和速度成正比，因此，只要直流电机可以转动就能制动，电动车与驾驶者总重量越重，回收产生的制动力越大，电动车速度越快，制动力越大。对反向电能的回收可以按照毫秒级频率来控制开通或关断比例，当开通占空比小时，回收比例小，制动力小，使电动车减速滑行；当开通占空比大时，回收比例大，制动力强，使电动车快速制动，减少刹车片的磨损，这种瞬间的高压和大电流的反向电能的回收还可以对硫化电池产生脉冲修复作用。回收反向感应电能产生的制动实现了永不磨损制动机制、高能高力动态制动机制和高频防抱死制动机制。

本发明可利用资源实现电动车智能防盗与锁车功能，管理中心允许使用者预先设置调速装置、制动部件、电门锁或其它部件的动作组合做为密码，使用者可以操作这个部件动作组合密码打开整车电路或关闭整车电路并锁住直流电机。

电动车的蓄电池健康状况、剩余容量、速度、效率区间、电机转动模式等实时状态可以被管理中心处理后以更直观的形式通过外围显示部件显示。

本发明按照附图1，由1中央处理控制单元、2充电控制单元、3电源控制单元、4能量回收单元、5信号处理单元、6防盗控制单元、7实时状态单元、8电源导线1、9电源导线2、10电源导线3、11电源导线4、12电源导线5、13电源导线6、14电源导线7、15电源导线8、16开关1、17开关2、18信号线缆1、19信号线缆2、20信号线缆3、21信号线缆4、22信号线缆5、23信号线缆6、24信号线缆7、25信号线缆8、26信号线缆9按照连接构成27管理中心。

附图1中2充电控制单元、3电源控制单元、4能量回收单元、5信号处理单元、6防盗控制单元、7实时状态单元与1中央处理控制单元CPU通过信号线缆相连，其中，5信号处理单元与外围设备直流电机控制器通过18信号线缆1相连，接收从直流电机控制器送入的与直流电机控制器、电门锁、调速装置、制动部件和直流电机状态相关的电气信号，并经过滤波、调制后通过24信号线缆7送入1中央处理控制单元CPU进行分析后产生相应动作指令，通过信号电缆调动2充电控制单元、3电源控制单、4能量回收单元、5信号处理单元、6防盗控制单元、7实时状态单元，5信号处理单元还可以通过18信号线缆1控制外围直流电机控制器、调速装置、制动部件产生相应动作。

1中央处理控制单元CPU、2充电控制单元、3电源控制单元、4能量回收单元、5信号处理单元、6防盗控制单元、7实时状态单元的实际实现电路不由本发明确定；8电源导线1、9电源导线2、10电源导线3、11电源导线4、12电源导线5、13电源导线6、14电源导线7、15电源导线8、16开关1、17开关2、18信号线缆1、19信号线缆2、20信号线缆3、21信号线缆4、22信号线缆5、23信号线缆6、24信号线缆7、25信号线缆8、26信号线缆9的电气特征不由本发明确定。

本发明所述的27管理中心内构成的接线方式、单元功能及驱动工作逻辑是能改变电动车资源使用形式的各种技术的某一种技术。

本发明的优点：

1、建立了一个对电动车资源进行集中管理与控制的技术，使电动车资的利用更加安全、合理、智能及高效。

2、建立了排除高压或正负反向充电器对蓄电池造成损伤的技术实现方式。

3、建立了充电器电气特征修正的技术实现方式，为实现优化后的大电流、低电压、快速、修复性充电创造了电气实现基础。

4、接受多路直流电源的输入，并用在线切换方式改变多路直流电源的连接结构，形成在线多形式供电模式，为高效率用电提供了技术方案，为提高蓄电池组的利用率，降低蓄电池组的放电电流，延长蓄电池组使用寿命提供了现实技术。

5、提供了将容量下降的单支电池体向同一组集中移动的现实操作可能，解决了过去单一组蓄电池组工作时，整个电动车续行里程由最低容量的单支电池决定的弊端，改变了因蓄电池组中一支电池容量下降就必须更换整组蓄电池组造成的浪费现象。

6、减小了容量较低的单支电池容易过度放电的缺点，减缓了电池容量衰减的速度，延长了蓄电池组的寿命。

7、以并联低电压分流的形式供电，减少电动车大电流启动对蓄电池的损伤。

8、以并联低电压分流和串联高电压限流的多形式供电，在提供同功率供电时，减小了蓄电池的放电电流。

9、在电机启动阶段提供低电压高电流供电，在电机中速阶段提供低电压低电流，在电机高速阶段提供高电压低电流供电，既保障了直流电机的启动转矩，也保障了速度比效率。

10、同功率输出时，减小了单一组蓄电池的放电电流，提高了电池的放电效率，增加了同电能电动车的续行里程。

11、并联供电状态下的并联蓄电池组在荷电状态不同时，高容量蓄电池组的分配放电电流大于低容量的蓄电池组，电压高的电池组的分配放电电流大于电压低的电池组，多组蓄电池自动形成互补保护。

12、更加合理高效地分阶段使用电能：当电动车在较为拥堵的道路上骑行时，如果采用单组供电设计，最高车速相对道路条件较快，容易产生操作者无意识的非主动超速、频繁制动、启动，浪费掉很多电能。而本发明实现的多种智能化供电方式可以将电动车的骑行划分为不同阶段，为更加合理高效地分阶段使用电能，增加电动车续行里程提供技术实现方案。

13、减少电池组充电时的串联支数，电池循环使用寿命更长：充电电池组串联支数减半，可提高电池组充电一致性，充电电压减半，充电更安全。

14、多方式供电更利于保护蓄电池：当蓄电池组电量下降到一定程度时，电机转速下降，不能构成对高电压供电触发条件，电动车只能低压并联供电骑行，增加了一种蓄电池组放电保护。

15、多形式供电使电动车更加安全：供电方式的转换需要管理中心对资源现状的分析和操作者的实时命令的参与，这就将电动车行驶分为了安全行驶和快速行驶两个显著的阶段，从而保持操作者对速度的感知度和对安全的警戒度。

16、多形式供电为反向电能的利用提供了技术实现基础，既回收了电能，也增加了电动车的制动能力，还形成了对蓄电池的修复脉冲。

17、利用反向电能回收形成的高频电子制动既减少了机械制动部件的磨损，也实现了永不磨损制动机制、高能高力动态制动机制和防抱死制动机制，提高了电动车的安全性能。

18、实现电动车电子防盗和锁车，节约电门锁与机械锁，防盗更安全，锁车更方便。

附图说明

图1是本发明的各技术组件的连接结构示意图。

图1中1是中央处理控制单元CPU、2是充电控制单元、3是电源控制单元、4是能量回收单元、5是信号处理单元、6是防盗控制单元、7是实时状态单元、8是电源导线1、9是电源导线2、10是电源导线3、11是电源导线4、12是电源导线5、13是电源导线6、14是电源导线7、15是电源导线8、16是开关1、17是开关2、18是信号线缆1、19是信号线缆2、20是信号线缆3、21是信号线缆4、22是信号线缆5、23是信号线缆6、24是信号线缆7、25是信号线缆8、26是信号线缆9，27是以上组件连接构成的管理中心，27管理中心虚线矩形框以外的部分为电动车上的装置和设备。

具体实施方式

为实现对充电器的错误排除和电气特征修正，本发明改变了将充电器直接与蓄电池连接充电的工作方式，按照附图1中将充电器的8电源导线1连接到27管理中心的2充电控制单元，8电源导线1在2充电控制单元内与9电源导线2为常开路连接，先由1中央处理控制单元CPU对21信号线缆4上充电电压和正负方向进行相关分析，如果电压或正负方向与蓄电池充电要求相附，1中央处理控制单元CPU通过21信号线缆4和22信号线缆5分别向2充电控制单元和3电源控制单元发出相应信号，2充电控制单元闭合内部开关，使8电源导线1与9电源导线2接通，3电源控制单元将连接蓄电池A和蓄电池B的10电源导线3与11电源导线4按照并联方式连接，充电器与并联后的蓄电池组接通充电；否则，1中央处理控制单元CPU不发生任何信号，2充电控制单元内8电源导线1与9电源导线2处于开路状态，实现充电错误排除。在充电过程中，1中央处理控制单元CPU分析充电器输入电压变化与时间的动态关系，按照程序的设定，通过21信号线缆4向2充电控制单元发出指令，2充电控制单元产生相应调制、调相、调频和断路动作，实现充电电气特征修正和终止，以实现优化模式充电。

为实现多方式供电，图1中3电源控制单元通过10电源导线3和11电源导线4接入蓄电组A和蓄电池组B两个直流电源，将其中一个直流电源通过15电源导线8送到需要恒压工作的电门锁、指示灯、显示部件等用电器。同时，1中央处理控制单元CPU根据5信号处理单元通过24信号线缆7送入的信号分析，当直流电机通过直流电机控制器从18信号线缆1送到5信号处理单元的相线电压和频率进行分析，获得直流电机转速信息，当直流电机转速较低时，说明直流电机需要低电压供电，1中央处理控制单CPU通过22信号线缆向3电源控制单元发出相应控制信号，使接入3电源控制单元的蓄电池组A与蓄电池组B及更多的直流电源以并联方式连接，再通过12电源导线5向直流电机控制器输出这种并联的低电压；当直流电机转速高于一定值时，1中央处理控制单元CPU立即或接受到其它开关或部件送入的操作信令后，向3电源控制单元发出相应控制信号，使接入3电源控制单元的蓄电池组A与蓄电池组B及更多的直流电源以串联方式连接，再通过12电源导线5向直流电机控制器输出这种串联的高电压。多路直流电源在3电源控制单元内可以并联、串联或并串混联方式连接后，以多种电压形式从12电源导线5输出。

附图1中，直流电机产生的反向感应电能通过直流电机控制器，经12电源导线5送入3电源控制单元，当1中央处理控制单元CPU通过对5信号处理单元送入的信息分析后，如果发现在直流电机高压高速状态下有调速装置无加速信号或制动部件产生了制动动作，1中央处理控制单元CPU立即通过22信号线缆5向3电源控制单元发出指令，3电源控制单元立即将蓄电池组连接方式转换为并联，并将13电源导线6与12电源导线5接通，4能量回收单元中的13电源导线6与14电源导线7被按照23信号线缆6表达的占空比要求高频开通或关断，调制后的反向电能通过14电源导线7送到11电源导线4充入蓄电池组B，既实现了部分电能的回收，也利用回收拉低反向电动势而产生了电子高频式防抱死制动，增加了电动车安全性。如果闭合16开关1，反向电能在4能量回收单元中被以高占空比切片处理，生成一种高压高电流的短时脉冲电能回充蓄电池B，实现对硫化后容量下降蓄电池组的脉冲修复。

本发明可利用资源实现电动车智能防盗与锁车功能，当闭合17开关2时，调速装置、制动部件、电门锁或其它部件的动作组合被以记录形式通过18信号线缆和5信号处理单元送入1中央处理控制单元CPU中存储，断开17开关2后，当19信号线缆2为断路电气特征时，只有在1中央处理控制单元CPU接受到5信号处理单元送入的与预存部件组合动作相同的信息时，通过25信号线缆8控制6防盗控制单元为19信号线缆2接入5V电压；当19信号线缆2具有5V电压时，当输入正确动作组合动作密码时，19信号线缆2被6防盗控制单元断开。在直流电机控制器内，19信号线缆2无电压时，如果发现直流电机相线电压高于1V，直流电机控制器内将电机三条相线互连，以致直流电机不能转动，实现自设部件动作组合密码的防盗与锁车功能。

图1中的7实时状态单元从26信号线缆9采集1中央处理控制单元CPU中关于电动车的各种实时状态，并通过20信号线缆3将这些信息送到显示部件，以显示电动车的各种实时状态信息。

本发明用于电动自行车或电动汽车时，蓄电池组是各种直流电源中的一种，蓄电池组是由多支电池串联构成的24V、30V、36V、40V等多种常用蓄电池组，蓄电池组可以是两组或两组以上。3电源控制单元也可以接受其它形式的判断条件和连接，以确定和改变蓄电池组间的连接方式。

Claims (10)

1.电动车资源集中管理与控制技术，包括使用电动车资源集中化管理与控制技术构成27管理中心的结构实现模型、流程模式的技术系统应用或产品。

2.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：将电动车现有的具有电气特征的部分或全部部件做为资源连接到27管理中心进行数据分析，27管理中心根据分析结果再对这些具有电气可控特征的部件进行电子控制或改变其连接方式的技术特征、模型与流程。

3.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：27管理中心内的1中央处理控制单元CPU与2充电控制单元、3电源控制单元、4能量回收单元、5信号处理单元、6防盗控制单元、7实时状态单元间的交换数据和调用关系、连接方式与动作步骤流程。

4.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：可接受两路或多路直流电源输入，并在27管理中心内3电源控制单元对多路直流电源进行并联、串联和并串混联后再向电动车直流电机输出的变电压供电技术。

5.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：27管理中心内的1中央处理控制单元先判断充电器输出的电气特征，再接通充电的步骤。

6.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：充电器的输入电气特征被27管理中心的2充电控制单元以调相、调频、调压和间歇通断动作修改后再充入蓄电池组的充电修正技术。

7.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：利用多路直流电源连接形式由串联高电压转换为并联低电压来实现直流电机高电压工作时所产生的感应电能的回收与制动技术。

8.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：对直流电机感应电能的回收与利用方式，采用了需减速滑行时的低占空比开通回收实现轻微制动和低比例回收，需制动时的高占空比开通回收实现强制动和高比例回收，以及利用更高频率和更大占空比的修复脉冲的电能回收利用技术与方法。

9.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：利用当直流电机通过直流电机控制器从18信号线缆1送到5信号处理单元的相线电压和频率进行分析，获得直流电机转速信息的技术。

10.根据权利要求1所述的电动车资源集中管理与控制技术，其特征在于：允许使用者预先设置调速装置、制动部件、电门锁或其它新增部件的动作组合做为密码，使用者可以操作这个部件动作组合密码打开整车电路或关闭整车电路并锁住直流电机的电动车防盗与锁车技术。

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