CN102700418A - 电动车制动回馈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动车制动回馈装置。包括连接于电动车主控制器的副控制器、分别连接于主控制器和副控制器的调速把手、电机、电池组，电机经继电器分别连接于主控制器及整流器，整流器连接于副控制器，电池组连接于主控制器中并通过DC/DC模块和回馈制动控制器开关连接于副控制器，电池组中的电池单体连接于选流器，选流器连接于副控制器。本发明的电动车制动回馈装置可以使电动车在制动的时候，把制动能量转化为电能回馈到电池组，不但可以实现电机制动，而且可以节约电能，延长电动车的续航里程。

Description

电动车制动回馈装置
技术领域
 本发明涉及一种能量回收装置，具体涉及一种电动车制动回馈装置。
背景技术
 近年来随着我国城市化进程的不断加快，电动自行车以其经济、便捷等特点，成为老百姓出行的重要交通工具。进入2011年，我国电动自行车数量激增至1.5亿辆左右。在给百姓生活带来方便的同时，电动自行车以其环保、低能耗、无排放污染等特点为我国降低能源消耗、实现节能减排作出贡献。
目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。代步三轮电动车电机功率为300瓦左右。电动自行车电机功率一般为180瓦－250瓦，电动摩托电机功率为350瓦－500瓦。而目前市场上的货运三轮，电机功率一般在400瓦－900瓦，使用串激电机，串激电机属于有刷电机。其可通过用外用电阻器与串励绕组串联（或并联）、或将串励绕组并联换接来实现调速。 
电动车一般作为短途交通工具，为此走走停停就成为最主要的工况，所以有很多的能量以刹车制动转化为热能的方式浪费。所有一般需要通过增大电池容量的方式以增加电动车的续航能力，不但增加了生产成本，还因为车身自重的增大，增大了能耗。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种在制动时可以通过使运行中的电动机产生与车轮旋转方向相反的电磁转矩，达到制动的目的，同时可以将电动机转轴上的机械能转化为电能回馈到蓄电池，以实现节能，增加电动车续航里程的电动车制动回馈装置。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
本电动车制动回馈装置包括连接于电动车主控制器的副控制器、分别连接于主控制器和副控制器的调速把手、电机、电池组，电机经继电器分别连接于主控制器及整流器，整流器连接于副控制器，电池组连接于主控制器中并通过DC/DC模块和回馈制动控制器开关连接于副控制器，电池组中的电池单体连接于选流器，选流器连接于副控制器。
上述副控制器包括继电器、ULN2003达林顿管、STC89C52RC单板机、PCF8591CMOS数据获取器件，STC89C52RC单板机的2、3针脚分别连接PCF8591CMOS数据获取器件的9、10针脚，PCF8591CMOS数据获取器件的9、10针脚通过串连10K的电阻连接VCC  ，PCF8591CMOS数据获取器件的1针脚连接于调速把手， PCF8591CMOS数据获取器件的3针脚连接于主控制器，PCF8591CMOS数据获取器件的5、6、7、8、12、13针脚接地，管脚14和16连接于VCC，STC89C52RC单板机的40管脚连接于VCC,20管脚接地，STC89C52RC单板机的4、5、6、7、8管脚分别连接于UM2003达林顿管的1、2、3、4、5管脚，UM2003达林顿管的16管脚连接于继电器，UM2003达林顿管的12、13、14、15管脚分别连接于选流器，UM2003达林顿管的8管脚接地，9管脚接VCC。
上述调速把手包括一端呈圆柱筒形另一端具有圆管状凸起的固定体、可转动连接于固定体圆管状凸起部位上的呈圆柱筒形的把手、安装于把手开口端的加速磁铁和减速磁铁，安装于固定体内的并与加速磁铁和减速磁铁在轴向位置相对应的加速霍尔元件和减速霍尔元件，把手与固定体相连接部位安装有回位弹簧。
上述选流器包括步进电机、呈圆筒状的壳体、位于筒体内呈圆柱状的内体，内体连接于步进电机，端盖卡合于壳体的开口端，内体圆柱体表面上沿圆周方向均匀排布安装有内触片A、内触片B、内触片C、内触片D、内触片E、内触片F、内触片G、内触片H、内触片I、内触片J、内触片K、内触片L、内触片M、内触片N、内触片O、内触片P、内触片Q、内触片R、内触片S、内触片T、内触片U、内触片V，壳体圆周方向的每个四等分点位置分别设置有个两个引线孔，每个引线孔下方均有一个外触片安装于壳体的表面，每个外触片分别与一个内触片相接触，内触片A 和内触片B、内触片C 和内触片D、内触片E 和内触片F、内触片K和内触片U，内触片G和内触片H、内触片I和内触片T、内触片J、1内触片P、内触片Q和内触片V、内触片L和内触片M、内触片N和内触片O以及内触片R 和内触片S之间均由内部电线联通
本发明的有益效果是：电动车制动回馈装置可以使电动车在制动的时候，把制动能量转化为电能回馈到电池组，不但可以实现电机制动，而且可以节约电能，延长电动车的续航里程。通过调速把手的逆向旋转，从而实现回馈制动的脉宽PWM调节，调速把手逆旋角度越大，制动力越大。当低速的时候，通过旋流器降低电池组电压，增加回馈制动的电流，从而改善低速时的回馈制动。本发明可以实现电动车各种车速的回馈制动，延长电动车的续航里程。
附图说明
图1为本发明控制原理方框图；
图2为本发明副控制器电路图；
图3为本发明PWM调节原理图；
图4为本发明调速把手结构示意图；
图5为图4的A-A向剖面示意图；
图6为本发明步进电机选流器结构示意图；
图7为图6的A-A向剖面示意图；
图8为本实用电池组48V供电电路连接示意图；
图9为本实用电池组24V供电电路连接示意图；
图10为本实用电池组12V供电电路连接示意图；
图中，1.选流器 2.加速霍尔元件 3.加速磁铁 4.回位弹簧 5.把手 6.减速磁铁 7.减速霍尔元件 8.固定体 9.步进电机 10.壳体 11.引线孔 12.端盖 13.内体 14.1内触片A  14.2内触片B  14.3内触片C  14.4内触片D  14.5内触片E   14.6内触片F  14.7内触片G  14.8 内触片H  14.9 内触片I  14.10 内触片J  14.11 内触片K  14.12 内触片L  14.13 内触片M  14.14 内触片N  14.15 内触片O  14.16 内触片P  14.17 内触片Q  14.18 内触片R  14.19内触片S  14.20 内触片T  14.21 内触片U  14.22 内触片V  15.外触片 16.内部电线 17. 回馈制动控制器开关。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8、附图9附图10对本发明做进一步说明。
如图1所述本电动车制动回馈装置，包括连接于电动车主控制器的副控制器、分别连接于主控制器和副控制器的调速把手、电机、电池组，电机经继电器分别连接于主控制器及整流器，整流器连接于副控制器，电池组连接于主控制器中并通过DC/DC模块和回馈制动控制器开关17连接于副控制器，电池组中的电池单体连接于选流器1，选流器1连接于副控制器。
如图2所示，副控制器包括继电器、ULN2003达林顿管、STC89C52RC单板机、PCF8591CMOS数据获取器件，STC89C52RC单板机的2、3针脚分别连接PCF8591CMOS数据获取器件的9、10针脚，PCF8591CMOS数据获取器件的9、10针脚通过串连10K的电阻连接VCC    ，PCF8591CMOS数据获取器件的1针脚连接于调速把手， PCF8591CMOS数据获取器件的3针脚连接于主控制器，PCF8591CMOS数据获取器件的5、6、7、8、12、13针脚接地，管脚14和16连接于VCC。STC89C52RC单板机的40管脚连接于VCC,20管脚接地，STC89C52RC单板机的4、5、6、7、8管脚分别连接于UM2003达林顿管的1、2、3、4、5管脚，UM2003达林顿管的16管脚连接于继电器，UM2003达林顿管的12、13、14、15管脚分别连接于选流器，UM2003达林顿管的8管脚接地，9管脚接VCC。
如图4、图5所示，调速把手包括一端呈圆柱筒形另一端具有圆管状凸起的固定体8、可转动连接于固定体8圆管状凸起部位上的呈圆柱筒形的把手5、安装于把手5开口端的加速磁铁3和减速磁铁6，安装于固定体8内的并与加速磁铁3和减速磁铁6在轴向位置相对应的加速霍尔元件2和减速霍尔元件7，把手5与固定体8相连接部位安装有回位弹簧4。当调速把手正旋的时候和普通的调速把手一样，通过改变加速磁铁3和加速霍尔元件2的相对位置，改变霍尔电流的大小，实现加速调节，此时减速磁铁6远离减速霍尔元件7，不会产生减速控制电流。当调速把手逆旋的时候，通过改变减速磁铁6和减速霍尔元件7的相对位置，改变霍尔电流的大小，实现减速控制，此时加速磁铁3远离加速霍尔元件2，不会产生加速控制电流。PCF8591CMOS数据获取器件采集调速把手发出的对应的电流信号通过I2C总线传输数据到STC89C52RC单板机，经过STC89C52RC单板机处理发出控制信号给UM2003达林顿管继而控制继电器，从而实现回馈制动的脉宽PWM调节。如图3所示t值越大，则I越大，所以制动力越大。如果t比较小，则I也就比较小，所以可以提供的制动力也越小。所以，通过反向旋转调速把手，制动力可以根据转动角度大小控制，达到高效电能回收和仿真制动的效果。通过实验和实际效果分析， T=25.6ms时精度可以控制到25.6/256=0.1ms，所以可以实现高精度控制。
回馈制动是通过使运行中的电动机产生与电动时方向相反的电磁转矩，达到制动的目的，同时，将电动机转轴上的机械能转化为电能回馈蓄电池。
此时电机变成发电机，车辆会自行带动车轮旋转，在电枢中产生电压和电流Ia。按电磁力定律，截流导体在磁场中将受到电磁力F=BIL的作用，作用在绕组上的电磁转矩则为:      
                                                     
式中D为电枢直径，N为电枢中线圈数。
这里的T就是制动力，其大小可以通过控制B和Ia,如果是永磁电机，因为B不可以调节，所以只能通过对电流Ia的控制。
为了方便改装，保证原电动车驱动的稳定性，在回馈制动的时候，采用副控制器控制，此时主控制器将被继电器短路。当电动自行车或者三轮车在下坡或者减速的时候，通过反向旋转调速把手，单片机根据把手的位置，调节继电器开关的占空比，从而控制发电电流的大小，从而实现控制制动力矩的大小。在制动过程中，只要反向旋转调速把手即可，如同加速的时候，旋转的角度越大，则制动效果越好。当调速把手反向转到最大角度的时候，此时电机中电流最大，同时使得制动力达到最大。如果是非永磁电机，在反向旋转调速把手的时候，还要加大励磁线圈中的电流，从而适当增加磁场强度，达到双重控制。当然回馈制动的制动能力是有限的，当回馈制动无法满足制动需要的时候，通过普通的摩擦制动方式完成后续的制动。根据指示器的显示，当蓄电池电量充足的时候，为了防止过充对蓄电池的危害，关闭回馈制动控制器开关17。
回馈制动产生的电流通过整流就变成可以为蓄电池充电的直流电，当然电压一般低于蓄电池充电电压，所以要进行升压。采用现成的升压模块，可以实现变化的电压输入，稳定的电压输出从而可以保证充电电压。另外，由于是PWM控制，所以充电电流是变化的，所以可以实现更好的充电效果。车速较低时，回馈电流过小制动效果不明显，为此当车速较低的时候通过选流器1把原来48V电池组变为24V或者12V电池组，同时通过DC-DC把回馈电流电压变到相应的充电电压，这样可以提高回馈电流为原来的2-4倍，从而可以实现在低速的时候也能够实现良好的制动效果。
这里的电池组电压变化通过选流器1的旋转来实现。上述选流器1包括步进电机9、呈圆筒状的壳体10、位于筒体10内呈圆柱状的内体13，内体13连接于步进电机9，端盖12卡合于壳体10的开口端，内体13圆柱体表面上沿圆周方向均匀排布安装有内触片A 14.1、内触片B 14.2、内触片C 14.3、内触片D 14.4、内触片E 14.5、内触片F 14.6、内触片G 14.7、内触片H 14.8、内触片I 14.9、内触片J 14.10、内触片K 14.11、内触片L 14.12、内触片M 14.13、内触片N 14.14、内触片O 14.15、内触片P 14.16、内触片Q 14.17、内触片R 14.18、内触片S 14.19、内触片T 14.20、内触片U 14.21、内触片V 14.22，壳体10圆周方向的每个四等分点位置分别设置有个两个引线孔11，每个引线孔11下方均有一个外触片15安装于壳体10的表面，每个外触片15分别与一个内触片相接触。内触片A 14.1 和内触片B 4.2、内触片C 14.3 和内触片D 14.4、内触片E 14.5 和内触片F 14.6、内触片K 14.11和内触片U 14.21，内触片G 14.7和内触片H 14.8、内触片I 14.9和内触片T 14.20、内触片J 14.10、内触片P 4.16、内触片Q 14.17和内触片V 14.22、内触片L 14.12和内触片M 14.13、内触片N 14.14 和内触片O 14.15以及内触片R 和内触片S 14.19之间均由内部电线16联通。   
副控制器接收车速信号，进行判断，当需要低速制动的时候，副控制器给步进电机信号，使其旋转30°如图9所示此时电池组电压为24V或者选择60°如图10所示此时电池组电压为12V，从而改变电池组的连接方式，从而实现低压充电。当制动结束的时候，步进电机旋转到原来的位置，如图8所示此时电池组提供48v电压，使电动车正常行驶。

Claims (4)

1.一种电动车制动回馈装置，其特征在于：包括连接于电动车主控制器的副控制器、分别连接于主控制器和副控制器的调速把手、电机、电池组，电机经继电器分别连接于主控制器及整流器，整流器连接于副控制器，电池组连接于主控制器中并通过DC/DC模块和回馈制动控制器开关（17）连接于副控制器，电池组中的电池单体连接于选流器（1），选流器（1）连接于副控制器。
2.根据权利要求1所述的电动车制动回馈装置，其特征在于：所述副控制器包括继电器、ULN2003达林顿管、STC89C52RC单板机、PCF8591CMOS数据获取器件，STC89C52RC单板机的2、3针脚分别连接PCF8591CMOS数据获取器件的9、10针脚，PCF8591CMOS数据获取器件的9、10针脚通过串连10K的电阻连接VCC ，PCF8591CMOS数据获取器件的1针脚连接于调速把手， PCF8591CMOS数据获取器件的3针脚连接于主控制器，PCF8591CMOS数据获取器件的5、6、7、8、12、13针脚接地，管脚14和16连接于VCC，STC89C52RC单板机的40管脚连接于VCC,20管脚接地，STC89C52RC单板机的4、5、6、7、8管脚分别连接于UM2003达林顿管的1、2、3、4、5管脚，UM2003达林顿管的16管脚连接于继电器，UM2003达林顿管的12、13、14、15管脚分别连接于选流器，UM2003达林顿管的8管脚接地，9管脚接VCC。
3.根据权利要求1所述的电动车制动回馈装置，其特征在于：所述调速把手包括一端呈圆柱筒形另一端具有圆管状凸起的固定体（8）、可转动连接于固定体（8）圆管状凸起部位上的呈圆柱筒形的把手（5）、安装于把手（5）开口端的加速磁铁（3）和减速磁铁（6），安装于固定体（8）内的并与加速磁铁（3）和减速磁铁（6）在轴向位置相对应的加速霍尔元件（2）和减速霍尔元件（7），把手（5）与固定体（8）相连接部位安装有回位弹簧（4）。
4.根据权利要求1所述的电动车制动回馈装置，其特征在于：所述选流器包括步进电机（9）、呈圆筒状的壳体（10）、位于筒体（10）内呈圆柱状的内体（13），内体（13）连接于步进电机（9），端盖（12）卡合于壳体（10）的开口端，内体（13）圆柱体表面上沿圆周方向均匀排布安装有内触片A（14.1）、内触片B（14.2）、内触片C（14.3）、内触片D（14.4）、内触片E（14.5）、内触片F（14.6）、内触片G（14.7）、内触片H（14.8）、内触片I（14.9）、内触片J（14.10）、内触片K（14.11）、内触片L（14.12）、内触片M（14.13）、内触片N（14.14）、内触片O（14.15）、内触片P（14.16）、内触片Q（14.17）、内触片R（14.18）、内触片S（14.19）、内触片T（14.20）、内触片U（14.21）、内触片V（14.22），壳体（10）圆周方向的每个四等分点位置分别设置有个两个引线孔（11），每个引线孔（11）下方均有一个外触片（15）安装于壳体（10）的表面，每个外触片（15）分别与一个内触片相接触，内触片A（14.1） 和内触片B（14.2）、内触片C（14.3） 和内触片D（14.4）、内触片E（14.5） 和内触片F（14.6）、内触片K（14.11） 和内触片U（14.21），内触片G（14.7）和内触片H（14.8）、内触片I（14.9）和内触片T（14.20）、内触片J（14.10）、1内触片P（14.16） 、内触片Q（14.17）和内触片V（14.22）、内触片L（14.12）和内触片M（14.13）、内触片N（14.14） 和内触片O（14.15）以及内触片R 和内触片S（14.19）之间均由内部电线（16）联通。
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