CN102152743A - 一种可用于消耗电动车辆制动能量的感应式能量消耗器的设计方法 - Google Patents

一种可用于消耗电动车辆制动能量的感应式能量消耗器的设计方法 Download PDF

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张承宁
董玉刚
朱卫光
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Abstract

本发明提供一种可用于消耗电动车辆制动能量的感应式能量消耗器。该能量消耗器由功率电子控制电路，螺线管感应线圈和金属冷却水管组成。功率电子控制电路将电动车辆制动过程中产生交流电能整流为直流电，然后再逆变为频率可变的交变电流通入螺线管感应线圈中，通入螺线管感应线圈中的交变电流产生交变磁场，进而在金属冷却水管管壁中产生涡电流以达到消耗掉电动车辆制动能量的目的。

Description

一种可用于消耗电动车辆制动能量的感应式能量消耗器的设计方法
技术领域
本发明涉及电动车辆的制动技术领域，尤其涉及一种感应加热式制动能量消耗系统的设计方法。
背景技术
目前电动车辆制动能量消耗问题，一般采用两种方法进行，即整流对电池充电和串联制动电阻消耗电能。
第一种方法最突出的问题是易受制动过程中产生电能的电压限制，不能将紧急制动时产生的电压较高的交流电能整流后直接向电池充电。若采用目前的降压整流方式，不仅增加了系统的复杂性，同时限制了整个系统的功率，导致产品成本将大幅增加。
采用第二种方式，将制动过程中的电能通过制动电阻的形式消耗掉会遇到以下几点不利因素：第一、制动电阻工作时依靠电阻发热来消耗电能，需要串联以及并联大量电阻，成本高昂；第二、制动电阻工作时，电阻通电发热温度很高需要冷却，但是制动电阻通电无法进行水冷，同时电阻工作时本身温度可以达到很高，远远高于冷却油的燃点，因此无法采用油冷；第三、制动电阻工作时，需要采用风冷的形式进行冷却，此时就要求为制动电阻预留较大空间，而且也要设计风道，因而使整个系统体积过于庞大，从而使能耗系统功率密度较低；第四、采用风冷的冷却形式，使制动电阻与外界环境连通，容易受外界环境粉尘、水汽等其他因素干扰，降低制动电阻系统可靠性和缩短制动电阻系统使用寿命。
采用本发明的方法，具有成本低廉、能量密度高、系统可靠不易受外界环境干扰等优点。同时感应式能量消耗器体积较小甚至外形都不受限制、更可以根据散热要求的不同需要，灵活设计交流电频率和冷却水管水流量等技术参数，提高能量消耗功率。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题，是一种电动车辆制动能量消耗方法。通过实践证明，按照本发明所提出的方案进行实施，不仅保证了电动车辆制动能量消耗功率的要求，并且能够显著提高产品的功率密度，降低成本，有利于提高电动车辆制动系统的可靠性。
本发明所采用的螺线管感应线圈和冷却金属水管，通过简单的加工工艺即可实现。因此对操作工人的技术水平和加工设备的要求相对较低，因此能够对成本进行有效控制。另外，由于功率电子控制电路与电动车辆电机控制器可以做到一定程度的功能复用，整流和逆变功能都可以作为功能模块集成在电机控制器电路板中，可以大幅降低成本。
本发明采用水冷的方式对螺线管感应线圈进行冷却，做到水路与电路的完全分离，同时散热效率明显提高，可以明显缩小整个系统体积，进而大幅提高能量消耗器的功率密度，有利于感应式能量消耗器在电动车量上的布置。
本发明螺线管感应线圈与冷却水管进行密封处理，使感应式能量消耗器与外界环境完全隔绝，不受外界环境干扰，使整个感应式能量消耗器系统不需后期维护，从而使系统的适用性大幅提高。
附图说明
附图是一种可用于消耗电动车辆制动能量的感应式能量消耗器的结构示意图。
图中：1.功率电子控制电路、2.螺旋管感应线圈、3.冷却水管。
具体实施方式
以下将根据附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
能量消耗器由功率电子控制电路、螺线管感应线圈和金属冷却水管组成。
本发明的感应式能量消耗器由功率电子控制电路1，螺线管感应线圈2和金属冷却水管3组成。功率电子控制电路1，由整流电路，DC/DC变换电路，逆变电路组成。整流电路负责将电动车辆制动时，主电机发出的三相交流电整流为直流电；DC/DC变化电路负责变换整流之后的直流电使其维持一定幅值的电压，供逆变电路变换；逆变电路将DC/DC转化之后的电能7逆变为频率可变的单相交流电，通入螺旋管感应加热器2中，用以产生交变磁场。由金属冷却水管3直接置于螺线管感应线圈2的线圈内部，组成感应加热的耗能发热部件和冷却部件。金属冷却水管3将螺线管感应线圈2传递的磁场能量转化为热能，并由金属冷却水管3内的冷却水将热量带走从而实现螺线管感应线圈2中的电路部分与金属冷却水管3中的冷却水路部分完全分离。
其具体步骤如下：
a)根据制动过程能量消耗特点和散热条件确定冷却金属水管3材质、口径、厚度、外形等参数；
b)根据感应发热要求计算电流大小等，设计螺线管感应线圈中金属导线的线径、缠绕形式和螺线管的直径等；
c)根据制动过程中能量产生大小计算功率电子控制器的额定容量和峰值容量以及交流——直流——交流的电路转化形式。
d)根据以上计算结果设计螺线管感应线圈和功率电子控制器电路图纸；
e)按照图纸要求进行加工；
f)螺线管感应线圈1的外形及冷却金属水管3加工完成后，将二者进行装配，并在装配完成后用隔热材料进行密封处理；
g)待隔热材料完全固化后，感应式能量消耗器加工装配即完成。

Claims (4)

1.一种可用于消耗电动车辆制动能量的感应式能量消耗器，由功率电子控制电路1、螺旋管感应线圈2和冷却水管3组成，其特征是冷却水管3插入螺旋管感应线圈2中心但是冷却水管3与感应加热线圈2不接触。
2.根据权利要求1所描述的功率电子控制电路，先采用整流技术将电动车辆制动过程中产生的交流电能整流为直流电，然后再转变为频率可变的交流电，电流在整个工作过程中存在交流——直流——交流的变化情况。
3.根据权利要求1所描述的螺线管感应线圈，其特征是由制动过程中需消耗的能量来决定螺线管中交变电流的频率，即对感应加热系统中通入螺线管中的交变电流采用强迫振荡的形式，不同于现有的采用自激振荡方式的加热器，因此，权利要求1所描述的螺线管感应线圈的功率可以调节，启动时间也大大缩短，而且在加热过程中具有较高的功率因数。
4.根据权利要求1所描述的感应式能量消耗器的设计方法，包括以下步骤：
a)根据制动过程能量消耗特点和散热条件确定冷却金属水管3材质、口径、厚度、外形等参数；
b)根据感应发热要求计算电流大小等，设计螺线管感应线圈中金属导线的线径、缠绕形式和螺线管的直径等；
c)根据制动过程中能量产生大小计算功率电子控制器的额定容量和峰值容量以及交流——直流——交流的电路转化形式。
d)根据以上计算结果设计螺线管感应线圈和功率电子控制器电路图纸；
e)按照图纸要求进行加工；
f)螺线管感应线圈1的外形及冷却金属水管3加工完成后，将二者进行装配，并在装配完成后用胶水进行密封处理；
g)待胶水完全固化后，感应式能量消耗器加工装配即完成。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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