CN103661354A - 智能化汽车能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

智能化的汽车能量回收系统，采用外置模块化的组成结构，分为能量回收控制模块和能量存储模块，能量回收控制模块和能量存储模块之间通过大功率电缆和控制电缆连接；能量回收控制模块包括汽车状态采集模块、CPU控制模块、DC/DC能量输出模块、发电机控制单元；而能量存储模块由能量存储单元和电压控制电路构成；能量回收系统各个单元之间通过工业控制总线连接。本发明能提高能量回收深度，将节油效率提高到6%-10%的水平。能在车辆减速和加速过程中进行能量转换，可以把车辆在怠速时多余的能量进行回收；从而一定程度上提高汽车的制动效能，降低刹车系统的磨损。

Description

智能化汽车能量回收系统
 
技术领域
本发明涉及一种汽车能量回收系统，更具体的说是涉及一种可以用于普通汽车上的能量回收系统。
 
背景技术
普通汽车的发电机和发动机之间是固定持续驱动的，那么在汽车在运行中就造成不合理的动力损耗，而且汽车在怠速过程中，动力有一部分是白白损耗掉的。国外某些知名汽车生产公司（例如宝马公司）已经开始研究并使用能量回收装置进行节油的系统，由于其仅靠调节发电机电压高低的方式，而且对相关部件-汽车电瓶要求高，回收效率效低，只有3%左右。
 
发明内容
本发明要解决的技术问题是：通过本发明提供的智能化的汽车能量回收系统，解决以下四个问题：1、无法回收汽车刹车时的损耗能量；2、 无法减轻汽车加速时发动机的负载；3、无法回收汽车怠速时的动力损失；4、能量回收效率低。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能化的汽车能量回收系统 ，其特征在于：所述的回收系统采用外置模块化的组成结构，分为能量回收控制模块和能量存储模块，所述的能量回收控制模块和能量存储模块之间通过大功率电缆和控制电缆连接；所述的能量回收控制模块包括汽车状态采集模块、CPU控制模块、DC/DC能量输出模块、发电机控制单元；而所述的能量存储模块由能量存储单元和电压控制电路构成；所述的能量回收系统各个单元之间通过工业控制总线连接。
更进一步来讲，
所述的汽车状态采集模块与汽车发电机连接，在汽车行驶过程中，汽车状态采集模块负责采集包括汽车的油门、刹车、行驶速度、发电机电压、电瓶电压、汽车电路电压状态；所述的CPU控制模块与汽车状态采集模块连接；所述的CPU控制模块同时还通过控制总线与DC/DC能量输出模块、汽车供电系统、刹车控制单元、发电机控制单元分别连接；所述的汽车发电机同时还与比例式电子刹车控制单元连接，所述的比例式电子刹车控制单元再依次与刹车储能模块、DC/DC能量输出模块和汽车供电系统连接；所述的CPU控制模块根据汽车状态采集模块采集的数据判断汽车行驶状态，然后CPU控制模块控制包括发电机的启停、能量存储模块电流的输入输出、电压转换输出单元的启动停止的工作。
作为优选，所述的回收系统改变汽车发动机和发电机之间原来的持续驱动模式，改为即时驱动模式；
在汽车行驶过程中，一旦采集到行驶速度大于设定速度V那么让能量回收系统工作在回收模式；当踩下油门加速时，控制模块切断汽车发电机的负荷，以减轻发动机的阻力，降低油耗，整车供电由储能模块输出；
或者，在汽车行驶过程中，一旦采集到行驶速度小于设定速度V那么能量回收系统工作在电飞轮模式；让能量存储模块和汽车电瓶系统同时向汽车电路供电，改善汽车电路的供电性能，并利用超级电容内阻小瞬时放电功率大的特点，改善供电系统的瞬时电流输出能力，降低汽车电路的电压波动，提高发动机点火系统能量输出的稳定性，降低油耗。
当刹车踩下油门时，所述的能量回收控制模块加大发电机的负荷，并根据刹车力度和行驶速度采用不同的负载设定，即比例式电子刹车模式，将汽车刹车时的部分动能输出到能量存储模块，供汽车在其他状态时使用；通过这种对发电机即时驱动模式，将原来白白浪费掉的制动动能得以部分有效利用。
作为优选，所述的汽车状态采集单元包括A/D转换芯片AD292和数字接口芯片74HC245，并且由A/D转换芯片AD292采集数据，然后通过数字接口芯片74HC245和CPU控制单元相连。
作为优选，所述的CPU控制单元包括MCF51JM128 微处理器，通过LC4128逻辑门阵列芯片和CAN接口控制芯片相、发电机控制单元相连；所述的发电机控制单元包括大功率继电器和尖峰杂波吸收电路。
作为优选，所述的DC/DC电压转换输出单元包括LM2597电源控制芯片；其中LM2597电源控制芯片和CPU控制单元连接，由CPU控制DC/DC芯片的启动。
作为优选，所述的比例式电子刹车控制单元由MPU P87LPC768S、大功率继电器及其驱动运放LM358构成，大功率继电器和储能单元连接。
本发明在汽车启动时，利用能量储存模块中的超级电容内阻低瞬时输出电流大的特点，增大启动机的点火功率，保证汽车即便是在寒冷的冬天也能一次点火成功，从而降低了汽车点火时的短路电流对电瓶的冲击，保护电瓶。
作为优选，能量存储单元由超级电容阵列及电压控制电路构成，电压控制电路包括了TL431电压基准芯片和大功率VMOS管。
能量储存单元采用了超级电容阵列，可以达到75%以上的能量回收深度，反复循环损耗低，寿命长的特点。克服了采用电瓶存储回收深度低，影响使用寿命的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括如下几点之一：
1.    在保证汽车安全行驶的条件下，提高能量回收深度，将节油效率提高到6%-10%的水平。
2.    能在车辆减速和加速过程中进行能量转换，可以把车辆在怠速时多余的能量进行回收；从而一定程度上提高汽车的制动效能，降低刹车系统的磨损。
3.    减轻机械系统的磨损，提高驾驶动感和音响系统听感。
4.    优化汽车供电系统，类似汽车整流器的功能，使车载电源更加纯净，增加电源的瞬时输出功率，改善汽车电路系统的运行性能和稳定性，提高点火效率和点火能量，一定程度上提升汽车动力。
5.    减少电瓶在汽车启动过程中的放电电流及放电次数，解决冬天着火困难，提高电瓶寿命，降低汽车点火时对车载电器的冲击。
6.    提供整车电压检测并能提前提前告警、预防汽车电路故障的发生。
7.    根据发电机功率的大小：1000瓦（100A）—2000瓦（150A），采用不同的刹车电流限定；更据汽车的转速和速度的不同决定不同的电子刹车功率。
8.    能够根据汽车的行进速度切换不同的工作模式：电子飞轮模式，电子刹车储能模式。
9.    全部采用工业级的设计标准和规范，确保系统稳定可靠。
 
附图说明
图1为本发明系统框图。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，上述的智能化汽车能量回收系统由能量回收控制模块（ECU）和能量存储模块（ESU）构成，上述的能量回收控制模块和能量存储模块之间通过大功率电缆和控制电缆连接；上述的能量回收控制模块由汽车状态采集单元、CPU控制单元、DC/DC电压转换输出单元、发电机工作状态控制单元构成；而上述的能量存储模块由能量存储单元和电压控制电路构成；上述的能量回收系统各个单元之间通过工业控制总线连接。
在本实施例中，上述的汽车状态采集单元由数字接口芯片74HC245和模拟运放LM358构成；上述的CPU控制单元采用MCF51JM128 32位的微处理器、LC4128逻辑门阵列芯片及相应的CAN接口控制芯片构成；上述的DC/DC电压转换输出单元由LTC3780电源控制芯片及大功率MOS管、外围控制电路构成。
在本实施例中，上述的智能化汽车能量回收系统，上述的能量存储模块由MAXWELL的大容量超级电容及均压电路构成，均压电路采用了TL431电压基准芯片和大功率三极管；电压控制电路由电压基准芯片TL431及电压接口控制芯片74LS07构成。
在本实施例中，如图1所示，上述的智能化汽车能量回收系统，在汽车行驶过程中，由采集单元采集汽车的发电机、油门、刹车、行驶速度、电瓶电压、汽车电路电压等状态，通过A/D转换电路送到CPU控制单元，控制单元根据采集的数据判断汽车行驶状态，然后CPU控制单元再根据特定算法，通过发电机控制电路去控制发电机的启停、同时输出2个电平信号去控制存储模块电流的输入输出、电压转换输出单元的启动等工作。
在本实施例中，上述的智能化汽车能量回收系统，在汽车行驶过程中，一旦采集到行驶速度大于设定速度V，那么CPU控制能量回收系统工作在能量回收模式。当踩下油门加速时，控制模块切断汽车发电机的负荷，以减轻发动机的阻力，降低能耗，整车供电由储能模块输出；当刹车踩下油门时，能量控制模块加大发电机的负荷，将汽车刹车时的部分动能输出到系统的能量存储模块，供汽车在其他状态时使用。通过这种对发电机即时驱动模式，将原来白白浪费掉的制动动能得以有效利用。
在本实施例中，上述的智能化汽车能量回收系统,比例式电子负载设定功能由MPU P87LPC768S、采样电阻、运放LM358、大功率VMOS管及驱动电路构成。
在本实施例中，上述的智能化汽车能量回收系统，在汽车行驶过程中，一旦采集到行驶速度小于设定速度V那么CPU将控制系统切换到电飞轮工作模式。让能量存储模块和汽车电瓶系统并联，同时向汽车电路供电，改善汽车电路的供电性能，并利用超级电容内阻小瞬时放电电流大的特点，降低汽车电路的电压波动，改善供电系统的瞬时电流输出能力，提高了点火系统的能量输出稳定性，降低油耗。
在本实施例中，上述的智能化汽车能量回收系统，在汽车启动时，利用能量储存模块的超级电容内阻低，瞬时输出电流大的特点，大部分的启动电流由超级电容模组承担，加大启动功率。保证汽车即便是在寒冷的冬天也能一次点火成功，从而降低了启动时对电瓶的短路冲击，保护电瓶。
在本实施例中，能量储存单元采用了大容量超级电容，能量回收深度大，可以达到75%的回收深度，反复循环无损耗，无记忆效应，寿命长的特点。克服了采用电瓶存储回收深度低，影响使用寿命的问题。
在本实施例中，系统在设计时考虑了鲁棒性要求，当系统加电自检或运行中出现故障时自动恢复到原车电路的保护模式，而且用户还可通过外置的保护开关强制到该保护模式，从而不影响原车的行驶性能和安全性能。
在本实施例中，系统在安装上不对原车的电路和机械结构做任何改动，从而不会对原车的行驶安全和整车性能造成隐患。该能量回收系统不仅能用在现存的以燃油为动力的车辆，而且可以通过模块化的方式内置在新设计的汽车系统中，使大量的以燃油为驱动的汽车，实现有效的能量回收，降低能耗，改善燃油经济性，节能减排，提高汽车的制动效能，降低磨损，充分利用汽车的每一滴汽油。具体来说而我们采用的控制方式可适应任何普通汽车，通过上面几个方面的控制措施，总体回收效率可达到10%左右。
如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能化的汽车能量回收系统 ，其特征在于：所述的回收系统采用外置模块化的组成结构，分为能量回收控制模块和能量存储模块，所述的能量回收控制模块和能量存储模块之间通过大功率电缆和控制电缆连接；所述的能量回收控制模块包括汽车状态采集模块、CPU控制模块、DC/DC能量输出模块、发电机控制单元；而所述的能量存储模块由能量存储单元和电压控制电路构成；所述的能量回收系统各个单元之间通过工业控制总线连接。
2.根据权利要求1所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的汽车状态采集模块与汽车发电机连接，在汽车行驶过程中，汽车状态采集模块负责采集包括汽车的油门、刹车、行驶速度、发电机电压、电瓶电压、汽车电路电压状态；所述的CPU控制模块与汽车状态采集模块连接；所述的CPU控制模块同时还通过控制总线与DC/DC能量输出模块、汽车供电系统、刹车控制单元、发电机控制单元分别连接；所述的汽车发电机同时还与比例式电子刹车控制单元连接，所述的比例式电子刹车控制单元再依次与刹车储能模块、DC/DC能量输出模块和汽车供电系统连接；所述的CPU控制模块根据汽车状态采集模块采集的数据判断汽车行驶状态，然后CPU控制模块控制包括发电机的启停、能量存储模块电流的输入输出、电压转换输出单元的启动停止的工作。
3.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的回收系统改变汽车发动机和发电机之间原来的持续驱动模式，改为即时驱动模式；
在汽车行驶过程中，一旦采集到行驶速度大于设定速度V那么让能量回收系统工作在回收模式；当踩下油门加速时，控制模块切断汽车发电机的负荷，以减轻发动机的阻力，降低油耗，整车供电由储能模块输出；
或者，在汽车行驶过程中，一旦采集到行驶速度小于设定速度V那么能量回收系统工作在电飞轮模式；让能量存储模块和汽车电瓶系统同时向汽车电路供电，改善汽车电路的供电性能，并利用超级电容内阻小瞬时放电功率大的特点，改善供电系统的瞬时电流输出能力，降低汽车电路的电压波动，提高发动机点火系统能量输出的稳定性，降低油耗。
4.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：当刹车踩下油门时，所述的能量回收控制模块加大发电机的负荷，并根据刹车力度和行驶速度采用不同的负载设定，即比例式电子刹车模式，将汽车刹车时的部分动能输出到能量存储模块，供汽车在其他状态时使用。
5.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的汽车状态采集单元包括A/D转换芯片AD292和数字接口芯片74HC245，并且由A/D转换芯片AD292采集数据，然后通过数字接口芯片74HC245和CPU控制单元相连。
6.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的CPU控制单元包括MCF51JM128 微处理器，通过LC4128逻辑门阵列芯片和CAN接口控制芯片相、发电机控制单元相连；所述的发电机控制单元包括大功率继电器和尖峰杂波吸收电路。
7.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的DC/DC电压转换输出单元包括LM2597电源控制芯片；其中LM2597电源控制芯片和CPU控制单元连接，由CPU控制DC/DC芯片的启动。
8.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的比例式电子刹车控制单元由MPU P87LPC768S、大功率继电器及其驱动运放LM358构成，大功率继电器和储能单元连接。
9.根据权利要求1或2所述的智能化汽车能量回收系统，其特征在于：所述的能量存储单元由超级电容阵列及电压控制电路构成，电压控制电路包括了TL431电压基准芯片和大功率VMOS管。
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