CN103253143A

CN103253143A - 电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法

Info

Publication number: CN103253143A
Application number: CN2013101816099A
Authority: CN
Inventors: 王旭东; 孙东阳; 那日沙; 余腾伟; 周凯; 焦文良
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-08-21

Abstract

电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法。目前纯电动汽车和混合电动汽车进行能量回馈时，逆变电路靠续流二极管进行不控整流，电机高速时无法控制制动力矩大小，或者直流桥臂电压使得电机无法向外输送电能。本发明方法包括：系统总控制器（ 1 ），所述的系统总控制器通过 CAN 总线（ 2 ）连接系统状态显示器（ 3 ）、永磁电机控制器（ 4 ）和电混合储能充放电控制器（ 5 ），所述的永磁电机控制器连接速度与位置检测装置（ 6 ）、变频驱动装置（ 7 ）和电混合储能装置（ 8 ），所述的电混合储能充放电控制器连接所述的电混合储能装置，所述的速度与位置检测装置连接所述的系统总控制器。本发明用于电动汽车节能技术与设备。

Description

电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法

技术领域：

本发明涉及一种电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法。具体涉及一种电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储的方法，同时涉及采用该方法实现的装置构成。

背景技术：

目前纯电动汽车和混合电动汽车中广泛采用再生制动技术进行能量回馈，实现了节能减排。在能量回馈实现方法上，有各种方案；遇到的主要问题是当永磁电机处于发电状态时，逆变电路靠续流二极管进行布控整流，当电机高速时，无法控制制动力矩大小；当电机低速时，由于直流桥臂电压使得电机无法向外输送电能。

另一方面，采用蓄电池储能，如果不对充电流进行限制，也会出现充电电流过大，影响到蓄电池的使用寿命。

再有，如果仅有蓄电池储能并对充电电流进行限流，就会限制了制动电磁力矩的幅值，不能很好的满足快速制动的要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，其组成包括：系统总控制器，所述的系统总控制器通过CAN总线连接系统状态显示器、永磁电机控制器和电混合储能充放电控制器，所述的永磁电机控制器连接速度与位置检测装置、变频驱动装置和电混合储能装置，所述的电混合储能充放电控制器连接所述的电混合储能装置，所述的速度与位置检测装置连接所述的系统总控制器。

所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，所述的系统总控制器包括与中央处理器连接的电源转换芯片、CAN通讯接口电路、遥控信号接收电路、SSI接口电路、系统状态显示器、远程控制信号输入隔离电路、启动停车信号处理电路、制动踏板信号处理电路、加速踏板信号处理电路和故障指示继电器组，所述的SSI接口电路连接编码器。

所述的变频驱动装置还具有永磁电机驱动/制动控制处理器，所述的永磁电机驱动/制动控制处理器连接CAD通信接口电路a、SSI接口电路、电流采样处理电路和驱动信号，所述的电流采样处理电路连接三相永磁同步电机以及由六个IGBT功率开关管组成的三相半桥电路，所述的三相半桥电路连接直流滤波电容，所述的三相永磁同步电机连接驱动轴，所述的三相永磁同步电机还通过盘码连接所述的SSI接口电路。

所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，所述的电混合储能充放电控制器包括CAN通讯接口电路b、直流母线电压采样处理电路、蓄电池电压采样处理电路、超级电容电压采样处理电路和驱动信号。

所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法的储能方法采用混合储能方式，即蓄电池储能和超级电容储能，蓄电池的充电电路采用双向开关，保持充电过程中蓄电池的充电电流在设定的限流值以下，这样可以提高蓄电池的使用寿命；具体的工作过程是：所述的系统总控制器接受制动指令发生器（脚踏板）通过电位器发出的制动指令，并接受车辆运行状态参数，确定出对应制动指令和运行状态的制动力矩指令后，通过所述的CAN总线将指令信号传送到永磁电机驱动/制动控制器和电混合储能充放电控制器，形成与制动指令相对应的制动和充电动作；所述的永磁电机驱动/制动控制器在接受到制动指令后进行能量回馈时，功率变换器直流侧的电容电压必然上升，通过其自身的控制器发出PWM整流指令，所述的变频驱动装置将永磁电机中的交流电功率转换成直流电功率；所述的电混合储能单元在接到制动指令后，通过所述的电混合储能充放电控制器发出蓄电池充电和超级电容充电指令，首先保持电容电压恒定为控制目标，将直流功率送到蓄电池在限制电流以下，将其余直流功率送到超级电容器中，实现对所述的蓄电池和超级电容充电的过程。

有益效果：

1.本发明设置的系统总控制器能够接收电动汽车操控单元发出的驱动指令信号和制动指令信号，接收到的操控指令信号应该包括两部分信息—驱动还是制动，控制强度（幅值），这里以制动状态为例；同时，系统总控制器要根据车辆行驶状态参数（由车辆行驶状态参数采集单元提供）和制动指令强度，确定永磁电机应该产生的电磁制动力矩，并将此数据以CAN协议的方式发送给永磁电机控制器和储能单元，并实时监控车辆行驶状态参数的变化，发出新的制动指令。采用本发明所涉及到的瞬时功率控制与能量存储方法实现的电动汽车再生制动系统具有制动能力强、电磁制动力矩在宽的驶速度范围可控性好。

2.本发明设置的永磁电机控制器还能够进行机电能量转换，当该系统的CAN总线接口接收到整车能量管理控制器发出的制动指令后，将通过该系统的中央处理器将电磁力矩对应的电机绕组电流值计算出来，作为力矩电流输入信号，并进行矢量控制由于本装置采用PWM整流方式，使整流电路具有boost升压功能，在永磁电机转速较低所对应的定子绕组反电动势较小时，同样能够将永磁电机的电功率送到功率变换器的直流端，这样实现了宽转速范围的电磁制动，解决了反电势小无法进行电磁制动的问题并且，储能单元控制器根据该电压的变化控制直流功率送向蓄电池和超级电容器，这样做的优点是既充分利用了蓄电池的能量储存能力又利用了超级电容瞬时功率交换能力强的特点，提高电池使用寿命的同时又尽可能的降低超级电容的负荷。

图1为本发明的瞬时功率控制与能量存储装置整体框图。

图2为本发明系统总控制器中央处理器原理框图。

图3本发明变频驱动装置和永磁电机控制器原理框图。

图4为本发明CAN总线接口电路图。

图5为本发明启动停车信号、制动踏板信号、加速踏板信号处理电路图。

图6为本发明遥控信号接收、远程控制信号输入隔离电路图。

图7为本发明码盘SSI接口电路电路图。

图8为本发明交流电流采样处理电路。

图9为本发明直流母线电压、蓄电池电压、超级电容电压采样处理电路采样处理电路。

具体实施方式：

实施例1：

一种电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，其组成包括：系统总控制器1，所述的系统总控制器通过CAN总线2连接系统状态显示器3、永磁电机控制器4和电混合储能充放电控制器5，所述的永磁电机控制器连接速度与位置检测装置6、变频驱动装置7和电混合储能装置8，所述的电混合储能充放电控制器连接所述的电混合储能装置，所述的速度与位置检测装置连接所述的系统总控制器。

实施例2：

实施例1所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，所述的系统总控制器包括与中央处理器9连接的电源转换芯片10、CAN通讯接口电路11、遥控信号接收电路12、SSI接口电路13、系统状态显示器14、远程控制信号输入隔离电路15、启动停车信号处理电路16、制动踏板信号处理电路17、加速踏板信号处理电路18和故障指示继电器组19，所述的SSI接口电路连接编码器20。

所述的中央处理器采用DSP芯片TMS320F2812。

实施例3：

实施例1或2所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，所述的变频驱动装置还具有永磁电机驱动/制动控制处理器21，所述的永磁电机驱动/制动控制处理器连接CAD通信接口电路a（图中件号为22）、SSI接口电路23、电流采样处理电路24和驱动信号25，所述的电流采样处理电路连接三相永磁同步电机26以及由六个IGBT功率开关管27组成的三相半桥电路28，所述的三相半桥电路连接直流滤波电容29，所述的三相永磁同步电机连接驱动轴30，所述的三相永磁同步电机还通过盘码31连接所述的SSI接口电路32。

实施例4：

实施例1或2所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，所述的电混合储能充放电控制器包括CAN通讯接口电路b、直流母线电压采样处理电路、蓄电池电压采样处理电路、超级电容电压采样处理电路和驱动信号。

实施例5：

上述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法的储能方法采用混合储能方式，即蓄电池储能和超级电容储能，蓄电池的充电电路采用双向开关，保持充电过程中蓄电池的充电电流在设定的限流值以下，这样可以提高蓄电池的使用寿命；具体的工作过程是：所述的系统总控制器接受制动指令发生器（脚踏板）通过电位器发出的制动指令，并接受车辆运行状态参数，确定出对应制动指令和运行状态的制动力矩指令后，通过所述的CAN总线将指令信号传送到永磁电机驱动/制动控制器和电混合储能充放电控制器，形成与制动指令相对应的制动和充电动作；所述的永磁电机驱动/制动控制器在接受到制动指令后进行能量回馈时，功率变换器直流侧的电容电压必然上升，通过其自身的控制器发出PWM整流指令，所述的变频驱动装置将永磁电机中的交流电功率转换成直流电功率；所述的电混合储能单元在接到制动指令后，通过所述的电混合储能充放电控制器发出蓄电池充电和超级电容充电指令，首先保持电容电压恒定为控制目标，将直流功率送到蓄电池在限制电流以下，将其余直流功率送到超级电容器中，实现对所述的蓄电池和超级电容充电的过程。

实施例6：

上述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，附图4所示，所述的CAD通信接口电路中，一组斯密特触发器U1与光电耦合芯片U6和U7相连，所述的光电耦合芯片U6的输入端的上拉电阻R1、输出端的上拉电阻R2、输出信号的滤波电容C2、驱动CAN控制器与物理总线间的接口U5连接，所述的光电耦合芯片U7的输出端的上拉电阻R3、输出端信号的滤波电容C4、输入端的上拉电阻R4与物理总线间的接口U5连接，CAN总线的120欧姆终端电阻R6、防止CAN总线过压稳压管D6和D7组成了CAN通讯接口电路；

附图5所示，启动停车信号处理电路、制动踏板信号处理电路、加速踏板信号处理电路，其中，输入信号经过电阻R7和R13后与光电耦合芯片U8的输入引脚相连，电阻R7和稳压管ZD1能防止输入线过电压，U8的输出端经斯密特触发器U1E整形取反后输入到中央处理器中，R11是U8输出端的上拉电阻，C13是U8输出端的滤波电容；输入信号经过电阻R8和R14后与光电耦合芯片U8的输入引脚相连，电阻R8和稳压管ZD2能防止输入线过电压，U8的输出端经斯密特触发器U1F整形取反后输入到中央处理器中，R12是U8输出端的上拉电阻，C14是U8输出端的滤波电容。输入信号经过电阻R9和R17后与光电耦合芯片U9的输入引脚相连，电阻R9和稳压管ZD3能防止输入线过电压，U9的输出端经斯密特触发器U2A整形取反后输入到中央处理器中，R15是U9输出端的上拉电阻，C16是U9输出端的滤波电容；

附图6所示，所述的遥控信号接收电路和远程控制信号输入隔离电路，其中，ICR1为译码芯片，RR1为振荡电阻，RR3为上拉电阻，VT1为三极管，RVE为红外光信号接收器；红外信号接收器的输出信号输入到译码芯片ICR1，ICR1将模拟信号转换为数字信号，输出引脚与总线收发器IC4B相连，整流二极管DS61-DS121和电容CS61-CS121构成成交直流转换电路，电阻RS6-RS12、电容CS6-CS12、二极管DS6-12以及光电耦合器O6-O12构成光电隔离电路，RS61-RS121为上拉电阻，电阻RS62-RS122和电容CC6-CC12构成低通滤波电路，七路信号输入到总线收发器IC4C的输入端。经总线收发器后与中央处理器的数据总线相连，译码器IC5产生选通信号；

附图7所示，所述的码盘SSI接口电路，其中，码盘的ABZ和UVW差分信号输入到差分芯片中，差分芯片将差分信号变为电平数字信号，输入到斯密特触发器U2D、U2E、U2C、U2F、U3A和U3B中进行整形处理，之后与光电耦合芯片U24、U25和U26的输入端连接，光电耦合芯片输入端的上拉电阻分别为R76、R77、R82、R83、R84和R88，输出端上拉电阻分别为R74、R75、R80、R81、R89和R90，输出信号经滤波电容C61、C62、C64、C65、C73和C74滤波后与斯密特触发器U3C、U3D、U3E、U3F、U4A和U4B相连，信号整形后输入到中央处理器中；

附图8所示，所述的交流电流采样处理电路，其中，霍尔传感器的输出电流信号经R23、R24、R31和R32后变为电压信号，经过由R21、C29、R22、C30、R27、C34、R28、C35组成的二阶滤波器后与运放芯片U10A和U10B相连，运放芯片与R19、R20、C28、R25、R26、C33组成比例放大电路。输出信号经由D20、D21、D22、D2组成的防过压二极管后与运放芯片U12B和U13A相连，运放芯片连接成跟随放大方式，经由R55、C52、R56、C53组成的一阶滤波器滤波后输入到中央处理器中；

附图9所示，所述的电压采样处理电路，其中，传感器输出信号经过由R39、C39、R40、C40、R45、C44、R46、C45、R51、C49、R54、C50组成的二阶滤波环节后与运放芯片U11A 、U11B和U12A连接，运放芯片与R35、R36、C38、R41、R44、C43、R49、R50、C48组成比例放大电路，输出信号经由D8、D9、D10、D11、D18、D19组成的防过压二极管后与运放芯片U13B 、U15A和U16B相连，运放芯片连接成跟随放大方式，经由R57、C54、R58、C55、R59、C56组成的一阶滤波器滤波后输入到中央处理器中。

Claims

1.一种电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，其组成包括：系统总控制器，其特征是：所述的系统总控制器通过CAN总线连接系统状态显示器、永磁电机控制器和电混合储能充放电控制器，所述的永磁电机控制器连接速度与位置检测装置、变频驱动装置和电混合储能装置，所述的电混合储能充放电控制器连接所述的电混合储能装置，所述的速度与位置检测装置连接所述的系统总控制器。

2.根据权利要求1所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，其特征是：所述的系统总控制器包括与中央处理器连接的电源转换芯片、CAN通讯接口电路、遥控信号接收电路、SSI接口电路、系统状态显示器、远程控制信号输入隔离电路、启动停车信号处理电路、制动踏板信号处理电路、加速踏板信号处理电路和故障指示继电器组，所述的SSI接口电路连接编码器。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，其特征是：所述的变频驱动装置还具有永磁电机驱动/制动控制处理器，所述的永磁电机驱动/制动控制处理器连接CAD通信接口电路a、SSI接口电路、电流采样处理电路和驱动信号，所述的电流采样处理电路连接三相永磁同步电机以及由六个IGBT功率开关管组成的三相半桥电路，所述的三相半桥电路连接直流滤波电容，所述的三相永磁同步电机连接驱动轴，所述的三相永磁同步电机还通过盘码连接所述的SSI接口电路。

4.根据权利要求1或2或3所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法，其特征是：所述的电混合储能充放电控制器包括CAN通讯接口电路、直流母线电压采样处理电路、蓄电池电压采样处理电路、超级电容电压采样处理电路和驱动信号。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的电动汽车再生制动的瞬时功率控制与能量存储方法采用混合储能方式，即蓄电池储能和超级电容储能，蓄电池的充电电路采用双向开关，保持充电过程中蓄电池的充电电流在设定的限流值以下，提高蓄电池的使用寿命；具体的工作过程是：所述的系统总控制器接受制动指令发生器通过电位器发出的制动指令，并接受车辆运行状态参数，确定出对应制动指令和运行状态的制动力矩指令后，通过所述的CAN总线将指令信号传送到永磁电机驱动/制动控制器和电混合储能充放电控制器，形成与制动指令相对应的制动和充电动作；所述的永磁电机驱动/制动控制器在接受到制动指令后进行能量回馈时，功率变换器直流侧的电容电压必然上升，通过其自身的控制器发出PWM整流指令，所述的变频驱动装置将永磁电机中的交流电功率转换成直流电功率；所述的电混合储能单元在接到制动指令后，通过所述的电混合储能充放电控制器发出蓄电池充电和超级电容充电指令，首先保持电容电压恒定为控制目标，将直流功率送到蓄电池在限制电流以下，将其余直流功率送到超级电容器中，实现对所述的蓄电池和超级电容充电的过程。