CN102882321A - 车用电动、发电集成机组及纯电动汽车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于汽车控制技术的一种车用电动、发电集成机组及纯电动汽车控制系统。在电动、发电集成机组的电机壳内壁中部固定定子磁铁，发电机和电动机的转子电枢同轴支持支持在定子磁铁的中心轴线上；转子电枢为同一个或分开为两个；控制器分别连接电动、发电集成机组、驱动电源转换控制开关，电动、发电集成机组的发电机输出端分别连接12V电源充电器和再生回收电源，电池串供/并充转换控制系统分别连接蓄电池组E1、E2、和驱动电源转换控制开关。由转换开关控制电池组E1、E2交替充、放电。充放电自动控制，确保无损害蓄电池组寿命，合理保证快速、安全、足量充电效果；具备环保节能性，技术应用范围广。

Description

车用电动、发电集成机组及纯电动汽车控制系统

技术领域

本发明属于汽车控制技术范围，特别涉及一种车用电动、发电集成机组及纯电动汽车控制系统。

技术背景

现有的电动机和发动机都是分开单独使用，电动机需要在电能的启动下，才能正常运转，消耗电能；发电机不需要电能而是提供电能，但是必须在机械能、风能、蒸气、水的作用下，发电机才能转动，输出电能而提供给电动机、电器设备以及生活用电，它是将电能以外的能量转换为其他能量使用。在二者分开单独使用时，对于缺电地区要使用电动机或电器设备，还要另备发电机，设备复杂，移动不方便，费用高。现有的电动车只是采用单一的电动机作为驱动器，以一组蓄电池组作能源启动电动机，使电动车运行，这种电动车运行路程短，需要随时充电，才能续行较长路程。

目前发明人将电动机和发电机集成为一体，成功制造出一种电动、发电集成机组（专利号ZL200710000806.0），应用于纯电动车，是电动汽车和电动自行车的一个重大转折点，该种电动车的设置控制系统具有供电和充电同时进行的功能，利用该技术路线改装或生产的纯电动车不需要建立充电站，只要有220-330V的电源，即可通过该机组向电池直接充电，这样就给纯电动车的产业化或市场化奠定了基础，给人们的使用带来很大的方便。

发明内容

 本发明的目的是提供一种车用电动、发电集成机组及其纯电动汽车控制系统，其特征在于：所述纯电动汽车控制系统为采用电动、发电集成机组的纯电动汽车用纯电动汽车控制系统，其组成为电动控制器12分别连接电动、发电集成机组、驱动电源转换控制开关11、12V电源控制模块5和电池串供/并充转换控制系统6、变频7、灯控2的一端及12V电源负极的公共点；并且变频7及灯控2的另一端的公共点和12V电源控制模块5连接；12V电源控制模块5连接到电池串供/并充转换控制系统6；变频7还连接电子助力泵8，灯控2的另一端与第二开关K2连接，第二开关K2连接至12V电源E3的正极，灯控的一端与12V电源E3的负极及12V电源充电器1连接；电动、发电集成机组的发电机输出端分别连接12V电源充电调节器1和再生回收电源4，再生回收电源4再连接到电池串供/并充转换控制系统6的并联充电端。

所述电池串供/并充转换控制系统分别连接蓄电池组E1和蓄电池组E2，并通过串联的电池检查管理系统9、第一短路过流保护器10连接到驱动电源转换控制开关11。

所述驱动电源转换控制开关连接由整流模块13、第二短路过流保护器14及市电插座15组成的电动车市电充电系统。

所述蓄电池组E1和蓄电池组E2分别包括电池BT1、BT2、 BT3和 BT4。

所述电池串供/并充转换控制系统包括单片机U1 充电模块U5、供电模块U6、三极管、场效应管及光电隔离管构成，单片机U1为核心控制模块，在汽车运行过程中，当单片机U1检测到处于供电状态的蓄电池组E1或蓄电池组E2电压下降到预定电压需要充电时，一方面单片机U1输出串供信号，经过Q5三极管放大，U3光电隔离管光电隔离，再经过U6推动，使场效应管Q4、场效应管 Q8、场效应管Q11截止，从而使供电状态的蓄电池组E1或蓄电池组E2包括的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4不在串联；另一方面单片机U1输出并充信号，经过Q2三极管放大，U4光电隔离管光电隔离，再经过U5推动，使场效应管Q1、场效应管 Q6、场效应管Q11、效应管Q3、场效应管 Q7、场效应管Q10导通，从而使供电状态的蓄电池组E1或蓄电池组E2包括的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4由串联变成并联，由电池串供/并充转换控制系统切换接到与电动、发电集成机组发电机的发电输出端进行充电，充电电流由12V电源控制模块5和12V电源充电调节器1控制；当单片机U1检测到被充电的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4充满后，控制场效应管Q1、场效应管 Q6、场效应管Q11、效应管Q3、场效应管 Q7、场效应管Q10截止，场效应管Q1、场效应管 Q6、场效应管Q11导通，该充满电的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4由并联变成串联，这样，实现了蓄电池组E1或蓄电池组E2的交替串供与并充的转换。

所述再生回收电源4通过电池串供/并充转换控制系统6、第一开关K1与空调3连接。

所述驱动电源转换控制开关为双刀三掷开关或由电磁阀组合成的自动转换控制开关。

所述纯电动汽车用电动、发电集成机组，在电机壳302内壁中部固定定子磁铁309，轴306支持在定子磁铁309的中心轴线上，发电机和电动机的转子电枢支持在轴306上；发电机和电动机的转子电枢301为同一个或分开为两个；当发电机和电动机的转子电枢为同一个时，由轴306支持在定子磁铁309的中心轴线上，发电机线匝和电动机线匝线绕在同一电枢的嵌线槽内；发电机和电动机的电枢为两个时，该两个电枢同轴支持在定子磁铁309的中心轴线上；发电机线匝和电动机线匝线分别绕在各自电枢的嵌线槽内；电枢301两端的结构相同，电枢301两端的轴306上各固定换向器307，换向器307的外周上套上电刷304，靠近换向器307的轴306上固定轴承305，轴承305坚固在端盖303的中心，所述电机壳302一端的电刷304为电动机电源输入，另一端的电刷304为发电机的输出，在电机302的外周上还固定有底座310。

本发明的有益效果是采用了电子切换监控，充分考虑到电动机工作时的大电流易损坏的因素，采用灵敏度较高的可控硅、性能稳定的运算放大器模块、继电器等元器件构成电子切换监控装置，可自动调节充电过程的电压 电流的大小，确保无损害蓄电池组寿命的合理、快速、安全、足量充电效果。准确及时的切换。具备环保节能性，技术应用范围广，可在任何地方，任何环境下。可广泛用于电动车业，民业，通讯，航天，军事等。

附图说明

图1为纯电动汽车控制电路框图。

图2为电池串供/并充转换控制电路示意图。

图3为一种电动、发电集成机组示意图。

具体实施方式

本发明提供一种车用电动、发电集成机组及其纯电动汽车控制系统。下面结合附图予以说明。

图1中，纯电动汽车控制系统的组成为电动控制器12分别连接电动、发电集成机组、驱动电源转换控制开关11、12V电源控制模块5和电池串供/并充转换控制系统6、变频7、灯控2的一端及12V电源负极的公共点；并且变频7及灯控2的另一端的公共点和12V电源控制模块5连接；12V电源控制模块5连接到电池串供/并充转换控制系统6；变频7还连接电子助力泵8，灯控2的另一端与第二开关K2连接，第二开关K2连接至12V电源E3的正极，灯控的一端与12V电源E3的负极及12V电源充电器1连接；电动、发电集成机组的发电机输出端分别连接12V电源充电调节器1和再生回收电源4，再生回收电源4再连接到电池串供/并充转换控制系统6的并联充电端。

所述电池串供/并充转换控制系统分别连接蓄电池组E1和蓄电池组E2，并通过串联的电池检查管理系统9、第一短路过流保护器10连接到驱动电源转换控制开关11；其中蓄电池组E1和蓄电池组E2分别包括电池BT1、BT2、 BT3和 BT4。

所述驱动电源转换控制开关连接由整流模块13、第二短路过流保护器14及市电插座15组成的电动车市电充电系统；当蓄电池组E1和蓄电池组E2都在欠压状态或汽车完全停驶时，这时电动车市电充电系统通过电源转换控制开关11、第一短路过流保护器10、电池检查管理系统9和电池串供/并充转换控制系统对蓄电池组E1和蓄电池组E2进行常规充电。 

图2所示为电池串供/并充转换控制电路示意图。图中，电池串供/并充转换控制系统包括单片机U1 、充电模块U5、供电模块U6、三极管、场效应管及光电隔离管构成，单片机U1为核心控制模块，在汽车运行过程中，当单片机U1检测到处于供电状态的蓄电池组E1或蓄电池组E2电压下降到预定电压需要充电时，一方面单片机U1输出串供信号，经过Q5三极管放大，U3光电隔离管光电隔离，再经过U6推动，使场效应管Q4、场效应管 Q8、场效应管Q11截止，从而使供电状态的蓄电池组E1或蓄电池组E2包括的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4不在串联；另一方面单片机U1输出并充信号，经过Q2三极管放大，U4光电隔离管光电隔离，再经过U5推动，使场效应管Q1、场效应管 Q6、场效应管Q11、效应管Q3、场效应管 Q7、场效应管Q10导通，从而使供电状态的蓄电池组E1或蓄电池组E2包括的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4由串联变成并联，由电池串供/并充转换控制系统切换接到与电动、发电集成机组发电机的发电输出端进行充电，充电电流由12V电源控制模块5和12V电源充电调节器1控制；当单片机U1检测到被充电的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4充满后，控制场效应管Q1、场效应管 Q6、场效应管Q11、效应管Q3、场效应管 Q7、场效应管Q10截止，场效应管Q1、场效应管 Q6、场效应管Q11导通，该充满电的4个电池BT1、BT2、 BT3和 BT4由并联变成串联，这样，实现了蓄电池组E1或蓄电池组E2的交替串供与并充的转换。

所述再生回收电源4通过电池串供/并充转换控制系统6、第一开关K1与空调3连接，空调3利用再生回收电源4供电。

所述驱动电源转换控制开关为双刀三掷开关或由电磁阀组合而成。组合电磁阀由由12V电源控制模块5控制。

图3所示为一种电动、发电集成机组示意图。在电机壳302内壁中部固定定子磁铁309，轴306支持在定子磁铁309的中心轴线上，发电机和电动机的转子电枢支持在轴306上；发电机和电动机的转子电枢301为同一个或分开为两个；当发电机和电动机的转子电枢为同一个时，由轴306支持在定子磁铁309的中心轴线上，发电机线匝和电动机线匝线绕在同一电枢的嵌线槽内；发电机和电动机的电枢为两个时，该两个电枢同轴支持在定子磁铁309的中心轴线上；发电机线匝和电动机线匝线分别绕在各自电枢的嵌线槽内；电枢301两端的结构相同，电枢301两端的轴306上各固定换向器307，换向器307的外周上套上电刷304，靠近换向器307的轴306上固定轴承305，轴承305坚固在端盖303的中心，所述电机壳302一端的电刷304为电动机电源输入，另一端的电刷304为发电机的输出，在电机302的外周上还固定有底座310。

电路工作原理说明如下：

蓄电池组E1和蓄电池组 E2均是根据所需的额定容量和额定电压以多节电池BT所组合的电池组，与串供/并充转换控制系统相连接。驱动电路转换控制开关是两种不同电源向机组电动系统供电的一个转换装置，在纯电动汽车运行过程中，12V电源控制模块通过单片机U1监控蓄电池组E1、蓄电池组 E2的电流、电压变化过程，将电流、电压信号输送给电池串供/并充转换系统6，使蓄电池组E1、蓄电池组 E2交替处于供电、充电状态，并由电动控制器12控制蓄电池组E1、蓄电池组 E2交替给电动、发电集成机组的电动机供电，由机组发电机发出的直流电能直接向处于充电状态的蓄电池组E1或蓄电池组 E2进行快速充电（无需充电站）。此充电模式由12V电源充电调节器1自动控制充电的电压和电流，安全可靠，充电时间约控制在40分钟-1小时内即可对蓄电池组充到90%以上的电量。由机组发电系统回收再生电能，通过再生回收稳压电源系统，实现对电池组实施均衡充电。（再生回收率可达90%以上）当蓄电池组E1和蓄电池组 E2都处于欠压状态，失去供电能力，或纯电动汽车处于停止运行的情况下，由驱动电源转换控制开关转换由电动车市电充电系统向电池组充电。

这里需要说明一点：蓄电池组E1、蓄电池组 E2与电池串供/并充转换控制系统连接，再生回收率可达90%以上,不能完全充足，在电池组循环放电到一定次数后，两电池组均处于欠压状态，即失去供电能力，因此必须由驱动电源转换控制开关转换由电动车市电220V充电系统向电池组充电。 

所述电池检测管理系统和短路过流保护都是对电池组在使用过程中的一中安全保障设施。所述电子助力泵即是刹车和方向的一个助力工具（助力油泵）。

所述12V电源是一个辅助电源，车用12V控制电源都由它来供电（包括所有灯光）。

通过用尼桑轿车改制的纯电动车路试运行结果实况如下：

通过试运相关数据表明，该车自重1.8吨左右，百公里消耗5.7-7.6度电，平均百公里耗电6.65度，一次充电可行驶40千瓦÷6.65度=602公里以上，加上通过机组的发电系统再生能源的挖潜回收率可达90%以上，充电电流5-15A，补偿电能达30%以上，602×30%=180.6公里，602+180.6=782.6公里。

从以上结果表明，机组的电动动态和发电效果良好。

从上述实验体现证明本机组的动力性能稳定可靠、噪音小，无震动；体积小、重量轻是同功率电机的三分之一；可满足不同转速（0-最高速度）的平滑转矩特性要求；与同功率电机相比较效率可高达35%以上，同理消耗可降低35%以上。其次，该机组可根据转速或效率点的要求，设置高电压供电，以减少内阻消耗，可提高工作效率以及过载能力强，可承受高达五倍以上的过载能力和优良的温度适应性能，长时间跑车机组不会产生过热现象。 

Claims (8)

1.一种车用电动、发电集成机组，其特征在于：在电机壳（302）内壁中部固定定子磁铁（309），轴（306）支持在定子磁铁（309）的中心轴线上，发电机和电动机的转子电枢支持在轴（306）上；发电机和电动机的转子电枢（301）为同一个或分开为两个；当发电机和电动机的转子电枢为同一个时，由轴（306）支持在定子磁铁（309）的中心轴线上，发电机线匝和电动机线匝线绕在同一电枢的嵌线槽内；发电机和电动机的电枢为两个时，该两个电枢同轴支持在定子磁铁（309）的中心轴线上；发电机线匝和电动机线匝线分别绕在各自电枢的嵌线槽内；电枢（301）两端的结构相同，电枢（301）两端的轴（306）上各固定换向器（307），换向器（307）的外周上套上电刷（304），靠近换向器（307）的轴（306）上固定轴承（305），轴承（305）坚固在端盖（303）的中心，所述电机壳（302）一端的电刷（304）为电动机电源输入，另一端的电刷（304）为发电机的输出，在电机（302）的外周上还固定有底座（310）。

2.一种权利要求1所述的一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：纯电动汽车控制系统为采用电动、发电集成机组的纯电动汽车用纯电动汽车控制系统，该纯电动汽车控制系统的电动控制器分别连接电动、发电集成机组、驱动电源转换控制开关、12V电源控制模块和电池串供/并充转换控制系统、变频、灯控的一端及12V电源负极的公共点；并且变频及灯控的另一端的公共点和12V电源控制模块连接；12V电源控制模块连接到电池串供/并充转换控制系统；变频还连接电子助力泵，灯控的另一端与第二开关（K2）连接，第二开关（K2）连接至12V电源（E3）的正极，灯控的一端与12V电源（E3）的负极及12V电源充电器连接；电动、发电集成机组的发电机输出端分别连接12V电源充电调节器和再生回收电源，再生回收电源再连接到电池串供/并充转换控制系统的并联充电端。

3.根据权利要求2所述一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：所述电池串供/并充转换控制系统分别连接蓄电池组（E1）和蓄电池组（E2），并通过串联的电池检查管理系统、第一短路过流保护器连接到驱动电源转换控制开关。

4.根据权利要求2所述一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：所述驱动电源转换控制开关连接由整流模块、第二短路过流保护器及市电插座组成的电动车市电充电系统。

5.根据权利要求2所述一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：所述蓄电池组（E1）和蓄电池组（E2））分别包括BT1电池、BT2电池、 BT3电池和 BT4电池。

6.根据权利要求2所述一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：所述电池串供/并充转换控制系统包括单片机（U1） 充电模块（U5）、供电模块（U6）、三极管、场效应管及光电隔离管构成， BT1电池、场效应管（Q4）、BT2电池、场效应管（Q8）、 BT3电池、场效应管（Q11）和 BT4电池串联，效应管（Q3）、场效应管 （Q7）和场效应管（Q10）分别连接在场效应管（Q4）、场效应管（Q8）和场效应管（Q11）的源极，效应管（Q1）、场效应管 （Q6）和场效应管（Q9）分别连接在场效应管（Q4）、场效应管 （Q8）和场效应管（Q11）的漏极组成电池串供/并充转换控制系统；单片机（U1）为核心控制模块，在汽车运行过程中，当单片机（U1）检测到处于供电状态的蓄电池组（E1）或蓄电池组（E2）电压下降到预定电压需要充电时，一方面单片机（U1）输出串供信号，经过Q5三极管放大，U3光电隔离管光电隔离，再经过场效应管（U6）推动，使场效应管（Q4）、场效应管（Q8）、场效应管（Q11）截止，从而使供电状态的蓄电池组（E1）或蓄电池组（E2）包括的4个电池:BT1电池、BT2电池、 BT3电池和 BT4电池不在串联；另一方面单片机（U1输出并充信号，经过Q2三极管放大，U4光电隔离管光电隔离，再经过U5三极管推动，使场效应管(Q1）、场效应管（Q6）、场效应管（Q11）、效应管（Q3）、场效应管(Q7）、场效应管（Q10）导通，从而使供电状态的蓄电池组（E1）或蓄电池组（E2）包括4个电池：BT1电池、BT2电池、 BT3电池和 BT4电池由串联变成并联，由电池串供/并充转换控制系统切换接到与电动、发电集成机组发电机的发电输出端进行充电，充电电流由12V电源控制模块和12V电源充电调节器控制；当单片机（U1）检测到被充电的蓄电池组（E1）或蓄电池组（E2）充满后，控制场效应管（Q1）、场效应管 （Q6）、场效应管（Q11）、效应管（Q3）、场效应管（ Q7）、场效应管（Q10）截止，场效应管（Q1）、场效应管（Q6）、场效应管（（Q11）导通，该充满电的4个电池:BT1电池、BT2电池、 BT3电池和 BT4电池由并联变成串联，这样，实现了蓄电池组（E1）或蓄电池组（E2）的交替串供与并充的转换。

7.根据权利要求2所述一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：所述再生回收电源通过电池串供/并充转换控制系统、第一开关（K1）与空调连接。

8.根据权利要求2所述一种电动、发电集成机组的纯电动汽车控制系统，其特征在于：  所述驱动电源转换控制开关为双刀三掷开关或由电磁阀组合而成。

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