CN102570568A - 电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，包括：电池；辅助充电部；双向转换器；电流检测部；速度检测部；以及控制单元，其中，判断电动车辆处于加速模式还是刹车模式，当处于刹车模式时，双向转换器被控制成直到辅助充电部达到额定电压为止充电再生电流，根据辅助充电部的充电电压而改变在双向转换器的转换周期导通的时间之比、即负荷比，从而进行控制。根据这种电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法，提供下述的优点：可以提高刹车时由电动机产生的能量的存储效率，从而可以增加以仅一次充电就可行驶的电动车辆的行驶距离，并且不仅可以通过延长电池寿来长久地使用，而且还可以抑制电能存储装置发生故障。

Description

电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法，具体涉及被形成为通过在电池与超级电容器之间适用双向转换器来能够实施充电与放电的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法。
背景技术
通常，如电动摩托车、电动自行车、电动汽车等电动车辆被形成为可以通过利用电池的电力来驱动马达(motor)，即电动机，刹车时将电动机作为发电机而运行，从而使此时产生的能量作为电阻的热能而消耗或者可以利用电池进行充电。
然而，使用电池存储电能的情况下，依电池的充电与放电特性而言，无法有效地存储短时间内产生的再生电力，从而导致效率极差，并且频繁的充电与放电将缩短电池寿命，从而存在降低电池的耐久性的问题。并且，使用电阻的情况下，虽然可达到再生刹车，但是存在将电能作为热量而释放并消耗的缺点。
为了改善这种问题点，韩国公开专利第2003-0006269号中公开了通过附加超级电容器来能够提高充电效率的能量存储系统的控制方法。
所述能量存储系统具有如下的结构：在电池与逆变器之间连接有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器与电池是以并联的方式连接的，超级电容器以串联的方式连接于此，其中，DC/DC转换器被设置成与行驶速度成反比地控制电压。
这种现有的能量存储系统不考虑超级电容器在充电与放电时的电压变化状态与所要求的负荷电流或者被检测的再生电流量，从而存在很难将电能的充电与放电效率与能量使用效率极大化的缺点。
发明内容
本发明是为了改善如上所述的问题而提出的，其目的在于提供根据电动机的运行状态可以提高电池与超级电容器之间的电能存储效率、并且控制电压使得将在充电与放电过程中发生的电瞬变现象以抑制故障的发生并且可以提高稳定性的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法。
为了达到所述目的，根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置包括：电池，被形成为可以通过逆变器向用于驱动电动车辆的车轮的电动机供给电力；辅助充电部，至少一个超级电容器互相串联连接；双向转换器，连接于所述电池与所述辅助充电部之间，以根据控制信号可以转换电流流动方向；电流检测部，检测向所述逆变器供给的负荷电流、刹车时从所述电动机通过所述逆变器而逆向流动的再生电流、以及在所述电池与所述双向转换器之间流动的充电与放电电流；速度检测部，检测所述电动车辆的速度；第一电压检测部，检测所述电池的电压；第二电压检测部，检测所述辅助充电部的电压；以及控制单元，使用由所述速度检测部与所述电流检测部输出的信息来控制所述双向转换器，其中，判断所述电动车辆处于加速模式还是刹车模式，当处于刹车模式时，所述双向转换器被控制成直到所述辅助充电部达到额定电压为止充电所述再生电流，根据所述辅助充电部的充电电压而改变在所述双向转换器的转换周期导通的时间之比、即负荷比，从而进行控制。
优选地，所述双向转换器包括：第一开关元件，根据所述控制单元的脉冲宽度调制(PWM)控制信号而开启/关闭开关，并且被连接为从所述电池的阳极端子向所述辅助充电部的阳极端子方向形成电流导通路径；第一二极管，与所述第一开关元件并联连接，并且被连接为对于所述第一开关元件的电流流动方向朝逆方向形成电流导通路径；第二开关元件，并联连接于所述辅助充电部的阳极端子与阴极端子之间，并且被连接为从所述辅助充电部的阳极端子向所述辅助充电部的阴极端子方向形成电流导通路径；以及第二二极管，与所述第二开关元件并联连接，并且被连接为对于所述第二开关元件的电流流动方向朝逆方向形成电流导通路径；还包括：第一感应器，设置在从所述辅助充电部的阳极端子向所述第二开关元件延续的电流导通路径上。
并且，所述电流检测部包括：第一电流检测器，检测向所述逆变器供给的负荷电流；第二电流检测器，检测所述电动车辆处于刹车时从所述电动机通过所述逆变器而逆向流动的再生电流；以及第三电流检测器，检测在所述电池与所述双向转换器之间流动的充电与放电电流；其中，当所述第二电流检测器检测到再生电流时，所述控制单元则判断为所述刹车模式。
更优选地，为了抑制所述辅助充电部进行充电与放电时所发生的过电压，还包括：过电压缓冲部，所述过电压缓冲部包括：第二感应器，连接于所述第一开关元件与所述电池的阳极端子之间；以及第一电容器，与所述双向转换器并联连接。
根据本发明的一方面，所述控制单元包括：基准充电与放电电流值计算部，根据所述速度检测部检测的所述电动车辆的速度与所述负荷电流计算基准电流；比例积分控制器，进行比例积分，以使所述基准电流与所述充电与放电电流之间的误差减小；负荷比调节部，调节负荷比，所述负荷比用于以所述比例积分控制器的输出信号为基准驱动所述双向转换器；脉冲宽度调制部，生成脉冲宽度控制信号，所述脉冲宽度控制信号与根据所述负荷比调节部所调节的负荷比相对应；以及开关驱动部，在处于刹车模式时向所述第一开关元件施加根据所述脉冲宽度调制部所生成的驱动脉冲信号，在处于加速模式时向所述第二开关元件施加根据所述脉冲宽度调制部所生成的驱动脉冲信号。
并且，优选为，所述辅助充电部还包括：电阻元件，分别与多个超级电容器并联连接，所述多个超级电容器以串联的方式连接；以及稳压二极管，与所述辅助充电部的两端并联连接。
并且，为了达到所述目的，根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制方法，所述电动车辆再生刹车装置具有辅助充电部，所述辅助充电部通过双向转换器与电池并联连接，所述电池被设置成通过逆变器可以向用于驱动电动车辆的车轮的电动机供给电力，所述方法包括：甲，设置充电与放电时将在所述双向转换器适用的基准负荷比；乙，根据所述电动车辆的速度、向所述逆变器供给的负荷电流以及有所述再生电流计算出所需的基准充电/放电电流；丙，实施比例积分控制，以便减小所述基准充电/放电电流与通过所述双向转换器流动的充电/放电电流之差；丁，根据是否检测出从所述电动机通过逆变器而逆向流动的再生电流，判断属于刹车模式还是加速模式；戊，若在所述丁步骤中判断为刹车模式，则判断所述电池的电压是否大于设定的第一基准电压、所述辅助充电部的电压是否小于或者等于设定的第二基准电压；已，在所述戊步骤中，所述电池的电压高于设定的第一基准电压、所述辅助充电部的充电电压小于或等于设定的第二基准电压，则增加向所述双向转换器施加的脉冲宽度的负荷比。
并且，在所述戊步骤中，若判断为所述电池的电压小于或者等于设定的第一基准电压，或者辅助充电部的电压超过设定的第二基准电压，则减小向所述双向转换器施加的脉冲宽度的负荷比。
根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法，提供下述的优点：可以提高刹车时由电动机产生的能量的存储效率，从而可以增加以仅一次充电就可行驶的电动车辆的行驶距离，并且不仅可以通过延长电池寿来长久地使用，而且还可以抑制电能存储装置发生故障。
附图说明
图1是图示根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置的方框图；
图2是图1的控制单元的方框图；
图3是图1的辅助充电部的详细电路图；
图4是图示本发明中电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制过程的流程图；
图5至图7是显示对根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置实施再生刹车时对充电电流的仿真结果的图表；
图8至图10是显示对根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置实施再生刹车时对充电电压的仿真结果的图表；
图11至图14是图示根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置实施加速时的仿真结果的图表。
附图标记说明
110：电池；              120：辅助充电部；
121：超级电容器；        130：双向转换器；
170：逆变器；            200：控制单元。
具体实施方式
下面，参考附图，对根据本发明优选实施例的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置及方法进行更加详细的说明。
图1是图示根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置的方框图。
如图1所示，根据本发明的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置100包括：电池110、辅助充电部120、双向转换器130、第一电流检测器141、第二电流检测器142、第三电流检测器143、第一电压检测部151、第二电压检测部152、逆变器(inverter)170、速度检测部180、过电压缓冲部190以及控制单元200。
马达(M)230是作为用于驱动电动车辆(EV)250的车轮的电动机而使用的，通常采用无电刷马达(BLDC)，根据通过逆变器170所供给的电力而得以驱动，刹车时，通过以并联的方式与逆变器170的开关元件、即开关元件S1至开关元件S6连接的续流二极管D11至D16，将由转动所发生的电能作为再生电流而输出。
速度检测部180是用于检测根据马达230得以驱动的电动车辆的速度，可以采用霍尔传感器(Hall Sensor)，并且将检测的速度信息向控制单元200输出。
逆变器170被设置为，将从作为电压源的电池110或者辅助充电部120供给的直流电源根据开关元件、即开关元件S1至开关元件S6而转换为交流电，以向三相马达230供给。由于其结构是公知的，从而将会省略详细的说明。其中，根据无电动刷马达驱动器(未图示)而选择性地控制所述开关元件、即开关元件S1至开关元件S6。
电池110连接于逆变器170的两端，以便可以通过逆变器170供应电力。
电池110则采用如锂离子电池等公知的即可。
附图标记C2是连接于电池110与逆变器170之间的平滑电容器。
如图3所示，辅助充电部120通过将在后面叙述的双向转换器130与电池110并联连接，使得多个超级电容器121可以以互相串联的方式连接以实施能量的充电或者放电。
其中，超级电容器121是指具有低电压(2.7V)与大容量(100-1000F)的电容器，通过在两级之间使用金属氧化物与高分子化合物来充电电荷，其结构与通过电化学作用而充电电荷的电池110的结构不同。
从而，为了适合于所需的电压电平，辅助充电部120以串联的方式连接多个超级电容器121而以排(bank)形态使用即可，优选地形成为抑制由串联连接引起的充电不均匀现象且可以防止过充电现象。
优选地，辅助充电部120包括：以并联的方式分别与多个超级电容器121连接的电阻元件123，多个超级电容器121为了相互之间的均匀的充电而以串联的方式连接；以及以并联的方式连接于辅助充电部120的两端的稳压二极管ZD1。
其中，为了防止辅助充电部120的超级电容器121因过充电而发生受损的情况，稳压二极管ZD用作抑制过电压。
双向转换器130连接于电池110与辅助充电部120之间，以便根据控制单元200的控制信号可以转换电流流动方向。
这种双向转换器130由第一开关元件T1、第二开关元件T2、第一二极管D1以及第二二极管D2构成。
第一开关元件T1根据控制单元200的控制信号而开启/关闭开关，并且被连接成从电池110的阳极端子112向辅助充电部120的阳极端子125方向形成电流导通路径，可以使用三端子电开关元件，即IGBT元件。
第一二极管D1以并联的方式连接于第一开关元件T1的漏端子与源端子之间，以便逆向形成电流导通路径，所述逆向是对于第一开关元件T1的电流流动方向而言的。
第二开关元件T2连接于第一开关元件T1与地极(ground)G之间，地极G与辅助充电部120的阴极端子127对应。
即，第二开关元件T2以并联的方式连接于辅助充电部120的阳极端子125与阴极端子127之间，使得从辅助充电部120的阳极端子125向辅助充电部127的阴极端子方向形成电流导通路径。
第二开关元件T2亦可以使用三端子电开关元件，即IGBT元件。
第二二极管D2以并联的方式连接于第二开关元件T2的漏端子与源端子之间，以便逆向形成电流导通路径，所述逆向是对于第一开关元件T1的电流流动方向而言的。
第一感应器L1设置于从辅助充电部120的阳极端子125向第一开关元件T1的源端子与第二开关元件T2的漏之间延续的电流导通路径上。
电流检测部则使用了第一电流检测器141(CS1)至第三电流检测器143(CS3)，以便检测向逆变器170供给的负荷电流、刹车时从马达230通过逆变器170而逆向通过的再生电流以及在电池110双向转换器130之间通过的充电与放电电流。
第一电流检测器141(CS1)设置于从电池110向逆变器170延续的电流供给路径172上，以检测向逆变器170供给的负荷电流并向控制单元200输出。
第一电流检测器141与电池110的阳极端子112之间连接有第三二极管D3，以便仅让向逆变器170供给的电流通过。
第二电流检测器142被设置为，可以通过连接于再生电流导通路径174上的第四二极管D4检测出通过的再生电流，再生电流导通路径174以并联的方式连接于向逆变器170延续的电流供给路径172。
其中，再生电流是指刹车电动车辆250时从马达230通过逆变器170的续流二极管、即续流二极管D11至续流二极管D16逆向通过的电流。
第三电流检测器143连接于电池110的阳极端子112与双向转换器130的第一开关元件T1的漏之间，以便可以检测出通过电池110与双向转换器130之间的充电与放电电流I3。
在第三电流检测器143检测到的充电与放电电流信息还用于控制通过控制单元200来抑制过充电。
为了抑制辅助充电部120在充电与放电时所发生的过电压，过电压缓冲部190由第二感应器L2与第一电容器C1构成，第二感应器L2连接于第一开关元件T1的漏与电池110的阳极端子112之间，第一电容器C1以并联的方式与双向转换器130连接。
第一电压检测部151检测电池110的电压以向控制单元200提供。
第二电压检测部152检测辅助充电部120的电压以向控制单元200提供。
控制单元200使用从速度检测部180检测的电动车辆250的速度信息、从电流检测部检测的信息以及从第一电压检测部151与第二电压检测部152检测的信息来控制双向转换器130。
控制单元200判断电动车辆250是处于加速模式还是刹车模式，当处于刹车模式时，控制双向转换器130使得直到辅助充电部120早于电池110达到额定电压为止充电再生电流，其中，控制通过下述方式实施，即，根据辅助充电部120的充电电压而改变在双向转换器130的转换周期内得以导通(turn-on)的时间之比、即脉冲宽度调制(PWM)负荷比(duty ratio)，从而进行控制。
优选地，控制单元200被构成为，当从第二电流检测器142检测到再生电流时则判断为刹车模式。
参考图2，对这种控制单元作进一步详细的说明。
控制单元200包括：基准充电/放电电流值计算部202、比例积分(PI)控制器207、负荷比调节部209、脉冲宽度调制部(PWM调制部)211以及开关驱动部213。
基准充电/放电电流值计算部202包括基准充电电流值计算部202a与基准放电电流值计算部202b。
基准充电电流值计算部202a是在处于刹车模式时计算基准充电电流值的部件，根据设定的计算方式，由在速度检测部180检测的电动车辆250的速度与在第二电流检测器142检测的再生电流计算出基准充电电流Iregen_ref。其中，基准充电电流值计算部202a的基准充电电流计算方式优选地被设定为车辆的速度Vvehicle与再生电流Iregen满足Iregen_ref＝K1Vvehicle+K2Iregen(K1、K2为系数)。
另外，基准放电电流值计算部202b是在处于加速模式时计算基准放电电流值的部件，根据设定的计算方式，由在速度检测部180检测的电动车辆250的速度与在第一电流检测器141检测的负荷电流计算出基准放电电流Iaccel_ref。其中，基准放电电流值计算部202b的基准放电电流计算方式优选地被设定为电动车辆250的速度Vvehicle与负荷电流Iload满足Iaccel_ref＝K3Vvehicle+K4Iload(K3、K4为系数)。
比例积分控制器207对基准充电电流或者基准放电电流以及在第三电流检测器143检测的充电电流或者放电电流之间的误差值进行比例积分以便减小误差，从而计算充电/放电要求电流、即充电要求电流或者放电要求电流。
负荷比调节部209调节负荷比，所述负荷比用于以比例积分控制器207的输出信号为基准而驱动双向转换器130。
负荷比调节部209一同使用电池110的电压Vbatt信息与辅助充电部120的电压信息。作为一实例，可以使用如下的方式：充电时，当辅助充电部120的电压达到额定电压，则使用0％负荷比，以便停止驱动第一开关元件T1；放电时，当辅助充电部120的电压达到额定电压的1/2，则在第二开关元件T2使用0％负荷比，以便停止驱动第二开关元件T2。另外，参考图4，将在后面说明使用负荷比调节部209的电池110的电压的过程。
脉冲宽度调制部211生成脉冲宽度控制信号，所述脉冲宽度控制信号与根据负荷比调节部209所调节的负荷比相对应。
当处于刹车模式时，开关驱动部213将根据脉冲宽度调制部211所生成的驱动脉冲信号向第一开关元件T1施加；当处于加速模式时，则向第二开关元件T2施加。
下面，参考图4说明这种充电与放电控制过程。
首先，在充电/放电时在双向转换器130设定根据脉冲宽度调制而适用的基准负荷比(步骤310)。其中，基准负荷比是考虑到辅助充电部120的充电与放电特性而用作初始值的值，通常设定为达到50％即可。
然后，检测电动车辆250的速度、向逆变器170供给的负荷电流以及再生电流(步骤320)，使用检测的值来计算所需的基准电流、即基准充电/放电电流(步骤330)。
步骤330之后，实施比例积分控制，以减小基准充电/放电电流与通过双向转换器130而流动的充电/放电电流之差，从而计算充电/放电要求电流(步骤340)。
此后，根据是否检测到从马达230通过逆变器170而逆向流动的再生电流来判断处于刹车模式还是加速模式(步骤350)，若判断为刹车模式，则对电池110的电压Vbatt与辅助充电部120的电压Vcap进行如下的判断，即电池110的电压是否大于设定的第一基准电压Vr1、辅助充电部120的充电电压Vcap是否小于或者等于设定的第二基准电压Vr2(步骤360)。其中，优选为以0(zero)伏设定第一基准电压Vr1。
在步骤360中，若电池110的电压Vbatt大于设置的第一基准电压Vr1，辅助充电部120的充电电压小于或者等于设定的第二基准电压Vr2，则使向双向转换器120施加的脉冲宽度的负荷比增加相当于设定的增加幅度的值(步骤370)。
在步骤370之后，以增加的负荷比驱动第一开关元件T1，并且返回至步骤320。
与此不同，在步骤360中若判断为电池110的电压Vbat小于或者等于设定的第一基准电压Vr1，或者辅助充电部120的充电电压超过了设定的第二基准电压Vr2，则使向双向转换器120施加的脉冲宽度的负荷比减小相当于设定的减小幅度的值(步骤380)。
在步骤380之后，亦以减小的负荷比驱动第一开关元件T1，并且返回至步骤320。
另外，在步骤350中若判断为加速模式，则判断辅助充电部120的充电电压Vcap是否大于或者等于设定的第二基准电压Vr2，电池110的电压Vbatt是否大于或者等于设定的第三基准电压Vr3(步骤400)。其中，优选为以高于0(zero)伏的值设定第三基准电压。
在步骤400中，若判断为辅助充电部120的充电电压Vcap大于或者等于设置的第二基准电压Vr2，电池110的电压Vbatt大于或者等于设定的第三基准电压Vr3，则使向双向转换器120施加的冲宽度的负荷比增加相当于设定的增加幅度的值(步骤410)。
与此不同，若判断为辅助充电部120的充电电压Vcap未满设定的第二基准电压Vr2，或者电池110的电压Vbatt未满设定的第三基准电压Vr3，则使向双向转换器120施加的脉冲宽度的负荷比减小相当于设定的增加幅度的值(步骤420)。
在步骤410或者步骤420之后，以适用有过增减的负荷比驱动第二开关元件T2，并且返回至步骤320。
另外，在这种控制过程中观察刹车模式时的充电过程，则如下：当在刹车模式时根据车辆惯性力而向电动车辆250的马达230施加刹车力，则马达230立即起到发电机的作用，从而所生成的电流通过逆变器170的续流二极管、即续流二极管D11至续流二极管D16而逆向流动，通过第二电流检测器142与第三电流检测器143检测逆电流，双向转换器130的第一开关元件T1根据前述的负荷比调节方式所决定的负载循环(duty cycle)而得以导通(turn-on)。第一开关元件T1在由所决定的负载循环而得以导通(turn-on)的状态下，存储暂时在第一感应器L1再生的电流。
并且，以设定的负载循环驱动第一开关元件T1的过程中，在第一开关元件T1被断开(off)的期间，存储于第一感应器L1的电流通过第二二极管D2而在辅助充电部120存储电流，当第一开关元件T1再次得以导通(Turn-On)时，存储于第二感应器L2的电流向第一感应器L1传输以存储能量。在该过程中将辅助充电部120控制成，直到各个超级电容器121达到端子电压为止依次进行充电，当达到额定电压，则不再进行充电。
另外，当在第二电流检测器142中未检测出再生电力时，即向正常的马达230供给负荷电流的情况下，为了将在辅助充电部120的超级电容器121中存储的电能向马达230供给，根据前述的负荷调节方式，以决定的PWM负载循环导通(turn-on)第二开关元件T2，此时，第一感应器L1存储放电电流。
并且，当第二开关元件T2被断开(Turn-Off)的状态下，存储于第一感应器L1的电流通过第一二极管D1进行放电，从而再次向马达230负荷供给电能。即使处于放电动作中也会控制成，若在第二电流检测器142中再次检测出再生电力或者辅助充电部120的端子电压达到设定的放电限制电压、例如达到额定电压的1/2则停止放电动作，并且再次准备充电动作。
“仿真结果与分析”
在本实施例中，作为辅助充电部120而使用了具有100F 2.7V容量的10个超级电容器121，从而输出电压为10F 27V，并且使用了10A负荷电流与20kΩ的用于均匀化的电阻元件123。
为了确认提议的电路的性能，实施了使用美国Ansoft公司提供的Simplorer Tool的电路仿真。
仿真条件如下：在刹车模式中假设为根据发电机作用的电压源，相反，在正常的马达负荷的情况下假设为马达负荷。
在仿真中使用的能动调查参数如下表1。
  参数   单位   值   备注
  L1   mH   0.2
  L2   mH   0.1
  C 1   uF   200
  PI Gain   1+100/s   PI控制器
  PWM开关频率   kHz   20
表1
-再生刹车时电路的仿真结果与分析
对于根据再生刹车的电路仿真结果，通过图5至图10分开图示了电流流动与电压状态。
图5显示辅助充电部的超级电容器的充电电流，图6显示第一感应器L1的励磁涌流，图7显示电池的充电电流，图8显示辅助充电部的超级电容器的充电电压，图9显示第一开关元件T1的输入电压L1，图10显示第一感应器的电压。
由附图可以看出，在再生刹车期间(0-0.2msec)，发生再生电力时辅助充电部120的超级电容器121临时充电，从而充电电压斜线上升而达到27[V]，当达到充电电压时，则不再充电。在该过程中，可以确认电池110的充电电流与第一感应器L1的电压等。并且，可以看出向电池110充电的电流几乎接近于0，而大部分则向辅助充电部120的超级电容器121充电。
-正常的马达加速时电路的仿真结果与分析
图11至图14图示了加速时的电路仿真结果，即图示了电流流动与电压状态。图11图示辅助充电部的超级电容器的电流流动，图12图示了双向转换器130的电流流动，图13图示了电池的电流流动，图14图示了辅助充电部的超级电容器的电压状态。
当正常地向电动车辆250的马达230供给电力时，辅助充电部120的超级电容器121电流逆向流动以向马达230供给电力，而一部分则向电池110充电电能，导致存储于电池110的电能在增加，从而达到增加电池110的使用时间的效果。
放电初期，约在0.15msec以内，辅助充电部120的超级电容器121的放电电流放电为0A，表示存储于超级电容器121的电流都被放电，从而在做再充电的准备。相反，之后流过马达负荷电流-50A，表示电容器的充电电流向反方向流动，从而电流在放电。可以看出，辅助充电部120的全体超级电容器电压在1.0pu[V]以下时停止放电，之后在电池110中流动负荷电流。
“性能分析”
为了验证提议的电路性能，使用电动自行车来实施了性能测试。用于电路的实验装置为使用了24V、250W、1800rpm的无电动刷马达的电动自行车，通过仿真确认了与已确认的相同的充电与放电性能。

Claims (8)

1.一种电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，其特征在于，包括：
电池，被形成为能够通过逆变器向用于驱动电动车辆的车轮的电动机供给电力；
辅助充电部，至少一个超级电容器互相串联连接；
双向转换器，连接于所述电池与所述辅助充电部之间，以根据控制信号能够转换电流流动方向；
电流检测部，检测向所述逆变器供给的负荷电流、刹车时从所述电动机通过所述逆变器而逆向流动的再生电流、以及在所述电池与所述双向转换器之间流动的充电/放电电流；
速度检测部，检测所述电动车辆的速度；以及
控制单元，使用由所述速度检测部与所述电流检测部输出的信息来控制所述双向转换器，其中，判断所述电动车辆处于加速模式还是刹车模式，当处于刹车模式时，所述双向转换器被控制成直到所述辅助充电部达到额定电压为止充电所述再生电流，根据所述辅助充电部的充电电压而改变在所述双向转换器的转换周期导通的、作为时间之比的负荷比，从而进行控制。
2.根据权利要求1所述的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，其特征在于，所述双向转换器包括：
第一开关元件，根据所述控制单元的控制信号而开启/关闭开关，并且被连接为从所述电池的阳极端子向所述辅助充电部的阳极端子方向形成电流导通路径；
第一二极管，与所述第一开关元件并联连接，并且被连接为对于所述第一开关元件的电流流动方向朝逆方向形成电流导通路径；
第二开关元件，并联连接于所述辅助充电部的阳极端子与阴极端子之间，并且被连接为从所述辅助充电部的阳极端子向所述辅助充电部的阴极端子方向形成电流导通路径；以及
第二二极管，与所述第二开关元件并联连接，并且被连接为对于所述第二开关元件的电流流动方向朝逆方向形成电流导通路径；
还包括：第一感应器，设置在从所述辅助充电部的阳极端子向所述第二开关元件延续的电流导通路径上。
3.根据权利要求2所述的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，其特征在于，所述电流检测部包括：
第一电流检测器，检测向所述逆变器供给的负荷电流；
第二电流检测器，检测所述电动车辆处于刹车时从所述电动机通过所述逆变器而逆向流动的再生电流；以及
第三电流检测器，检测在所述电池与所述双向转换器之间流动的充电与放电电流；
其中，当所述第二电流检测器检测到再生电流时，所述控制单元则判断为所述刹车模式。
4.根据权利要求3所述的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，其特征在于，
为了抑制所述辅助充电部进行充电与放电时所发生的过电压，还包括：过电压缓冲部，所述过电压缓冲部包括：
第二感应器，连接于所述第一开关元件与所述电池的阳
极端子之间；以及
第一电容器，与所述双向转换器并联连接。
5.根据权利要求4所述的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，其特征在于，所述控制单元包括：
基准充电/放电电流值计算部，根据所述速度检测部检测的所述电动车辆的速度、所述负荷电流以及所述再生电流计算基准充电/放电电流；
比例积分控制器，进行比例积分，以使所述基准充电/放电电流与所述充电/放电电流之间的误差减小；
负荷比调节部，调节负荷比，所述负荷比用于以所述比例积分控制器的输出信号为基准驱动所述双向转换器；
脉冲宽度调制部，生成脉冲宽度控制信号，所述脉冲宽度控制信号与根据所述负荷比调节部所调节的负荷比相对应；以及
开关驱动部，在处于刹车模式时向所述第一开关元件施加根据所述脉冲宽度调制部所生成的驱动脉冲信号，在处于加速模式时向所述第二开关元件施加根据所述脉冲宽度调制部所生成的驱动脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制装置，其特征在于，所述辅助充电部还包括：
电阻元件，分别与多个超级电容器并联连接，所述多个超级电容器以串联的方式连接；以及
稳压二极管，与所述辅助充电部的两端并联连接。
7.一种电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制方法，所述电动车辆再生刹车装置具有辅助充电部，所述辅助充电部通过双向转换器与电池并联连接，所述电池被设置成通过逆变器能够向用于驱动电动车辆的车轮的电动机供给电力，其特征在于，包括：
甲，设置充电与放电时将在所述双向转换器适用的基准负荷比；
乙，根据所述电动车辆的速度、向所述逆变器供给的负荷电流以及所述再生电流，计算出所需的基准充电/放电电流；
丙，实施比例积分控制，以减小所述基准充电/放电电流与通过所述双向转换器流动的充电/放电电流之差；
丁，根据是否检测出从所述电动机通过逆变器而逆向流动的再生电流，判断属于刹车模式还是加速模式；
戊，若在所述丁步骤中判断为刹车模式，则判断所述电池的电压是否大于设定的第一基准电压、所述辅助充电部的电压是否小于或者等于设定的第二基准电压；
已，在所述戊步骤中，所述电池的电压高于设定的第一基准电压、所述辅助充电部的充电电压小于或者等于设定的第二基准电压，则增加向所述双向转换器施加的脉冲宽度的负荷比。
8.根据权利要求7所述的电动车辆再生刹车装置的能量充电与放电控制方法，其特征在于，
在所述戊步骤中，若判断为所述电池的电压小于或者等于设定的第一基准电压，或者辅助充电部的电压超过设定的第二基准电压，则减小向所述双向转换器施加的脉冲宽度的负荷比。
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