CN104648165B - 一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法 - Google Patents

一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车能量回收，旨在提供一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法。该装置包括超级电容和电机、低压端电流表、双向Buck‑Boost变换器、高压端电流表、PWM控制器、低压端继电器和高压端继电器；低压端继电器和高压端继电器均为单刀双掷开关，包括动触点、第一静触点和第二静触点；低压端电流表设于超级电容与低压端继电器的动触点之间，高压端电流表设于电机与高压端继电器的动触点之间；各设备分别通过信号线连接至PWM控制器。本发明可直接用于现有电动汽车和油电混合动力汽车上，提高其制动能量回收的效率、增加节能效果、延长其续驶里程。

Description

一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法
技术领域
本发明涉及汽车能量回收，特别涉及一种汽车制动能量回收装置及其控制方法。
背景技术
目前市场对于电动汽车和油电混合动力汽车的接受度越来越大，而电动汽车的续驶里程暂不能完全满足消费者的要求，所以尽可能多的回收能量显得非常重要。通常多采用向蓄电池充电来回收制动能量,其缺点是蓄电池难以实现短时间大功率充电且充放电循环次数有限,成本高。还有就是使用超级电容、飞轮等储能元件进行能量回收,其中超级电容是一种较可行的方法。所以蓄电池、超级电容和双向DC/DC变换器相结合的复合能源系统被提出。
综合考虑双向DC/DC变换器的复杂度、价格和压降，双向半桥型双向Buck-Boost变换器是合适的选择。为了充分利用超级电容的能量，超级电容连接双向DC/DC变换器的低压端。但基于此结构的复合能源系统的制动能量回收效率不高。为了提高制动能量回收效率，本文发明了一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法。
且电制动能量回收的效率相对较低，因此提高制动能量回收的效率、增加节能效果、延长续驶里程显得非常有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种汽车制动能量回收装置，包括超级电容和电机，还包括：低压端电流表、双向Buck-Boost变换器、高压端电流表、PWM控制器、低压端继电器和高压端继电器；所述低压端是指位于相应设备位于超级电容一侧，高压端是指相应设备位于电机一侧，各设备之间的连接关系为：
低压端继电器和高压端继电器均为单刀双掷开关，包括动触点、第一静触点和第二静触点；超级电容与低压端继电器的动触点相接，电机与高压端继电器的动触点相接；低压端继电器的第一静触点分别与双向Buck-Boost变换器的低压端和高压端继电器的第一静触点相连，高压端继电器的第二静触点分别与双向Buck-Boost变换器的高压端和低压端继电器的第二静触点相连；
所述低压端电流表设于超级电容与低压端继电器的动触点之间，高压端电流表设于电机与高压端继电器的动触点之间；低压端电流表、高压端电流表、双向Buck-Boost变换器、低压端继电器、高压端继电器、超级电容和电机分别通过信号线连接至PWM控制器。
作为一种改进，所述双向Buck-Boost变换器具有如下电路结构：包括两个串联的功率管开关，其两端并联一个电容后接至高压端，每个功率管开关分别并联一个二极管；两个串联功率管开关的中点连接一个电感后，与其中一个功率管开关的端点并联一个电容后接至低压端。
本发明还进一步提供了基于前述装置的汽车制动能量回收分段控制方法，是由PWM控制器实时监测超级电容的电压值Vc、电机的转速s、低压端电流表和高压端电流表的测量值，进而控制低压端继电器和高压端继电器的启闭和/或控制双向Buck-Boost变换器中功率管开关的启闭，使双向Buck-Boost变换器工作于降压或者升压模式，且输出电压可调；
该方法具体如下：
(1)当车辆正常行驶时，低压端继电器置于第一静触点、高压端继电器置于第二静触点，超级电容处于放电模式；
(2)当车辆制动时，根据电机转速s计算对应的感应电动势Ea；
若Ea≥(Vc+a)，控制双向Buck-Boost变换器处于降压模式，双向Buck-Boost变换器低压端的输出电压Vlow＝Vc+C1；此时，低压端继电器置于第一静触点，高压端继电器置于第二静触点；
若(Vc+b)<Ea<(Vc+a)，此时，低压端继电器置于第二静触点，高压端继电器置于第二静触点；
若Ea≤(Vc+b)，控制双向Buck-Boost变换器处于升压模式，双向Buck-Boost变换器高压端的电压Vhigh＝Vc+C2；此时，低压端继电器置于第二静触点，高压端继电器置于第一静触点；
所述a、b、C1、C2为常数，其取值范围均是5～10。
在车辆刚进入制动状态时，所述双向Buck-Boost变换器输出端电压可从Vc逐步升高至目标电压，以免所述电机的制动扭矩瞬间升高而带来冲击和不良的驾驶体验。
本发明具有以下的显著技术效果：
本发明可直接用于现有电动汽车和油电混合动力汽车上，提高其制动能量回收的效率、增加节能效果、延长其续驶里程。
附图说明
图1为本发明整体结构图(实线代表电气连接线，虚线代表控制线)。
图2为双向Buck-Boost变换器的基本结构图。
图3为电动车制动时的控制方法流程图。
附图标记为：超级电容1、低压端电流表2、双向Buck-Boost变换器3、高压端电流表4、电机5、高压端继电器6、PWM控制器7、低压端继电器8。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
汽车制动能量回收装置如图1所示，该装置包括超级电容1、电机5、低压端电流表2、双向Buck-Boost变换器3、高压端电流表4、PWM控制器7、低压端继电器8和高压端继电器6；所述低压端是指位于相应设备位于超级电容1一侧，高压端是指相应设备位于电机5一侧，各设备之间的连接关系为：
低压端继电器8和高压端继电器6均为单刀双掷开关，包括动触点、第一静触点(8-1、6-1)和第二静触点(8-2、6-2)；超级电容1与低压端继电器8的动触点相接，电机5与高压端继电器6的动触点相接；低压端继电器8的第一静触点8-1分别与双向Buck-Boost变换器3的低压端和高压端继电器6的第一静触点6-1相连，高压端继电器6的第二静触点6-2分别与双向Buck-Boost变换器3的高压端和低压端继电器8的第二静触点8-2相连；所述低压端电流表2设于超级电容1与低压端继电器8的动触点之间，高压端电流表4设于电机5与高压端继电器6的动触点之间；低压端电流表2、高压端电流表4、双向Buck-Boost变换器3、低压端继电器8、高压端继电器6、超级电容1和电机5分别通过信号线连接至PWM控制器7。
本实施例中的双向Buck-Boost变换器3具有如下电路结构：包括两个串联的功率管开关T1、T2，其两端并联一个电容CH后接至高压端，功率管开关T1、T2分别并联一个二极管D1、D2；两个串联功率管开关T1、T2的中点连接一个电感L后，与其中一个功率管开关T2的端点并联一个电容CL后接至低压端(如图2所示)。
基于上述装置的汽车制动能量回收分段控制方法，是由PWM控制器7实时监测超级电容1的电压值Vc、电机5的转速s、低压端电流表2和高压端电流表4的测量值，进而控制低压端继电器8和高压端继电器6的启闭和/或控制双向Buck-Boost变换器3中功率管开关的启闭，使双向Buck-Boost变换器3工作于降压或者升压模式，且输出电压可调；
该方法具体如下：
(1)当车辆正常行驶时，低压端继电器8置于第一静触点8-1、高压端继电器6置于第二静触点6-2，双向Buck-Boost变换器3处于升压模式，超级电容1处于放电状态；
(2)当车辆制动时，根据电机5转速s计算对应的感应电动势Ea；
若Ea≥(Vc+a)，控制双向Buck-Boost变换器3处于降压模式，双向Buck-Boost变换器3低压端的输出电压Vlow＝Vc+C1；此时，低压端继电器8置于第一静触点8-1，高压端继电器6置于第二静触点6-2；
若(Vc+b)<Ea<(Vc+a)，此时，低压端继电器8置于第二静触点8-2，高压端继电器6置于第二静触点6-2；
若Ea≤(Vc+b)，控制双向Buck-Boost变换器3处于升压模式，双向Buck-Boost变换器3高压端的电压Vhigh＝Vc+C2；此时，低压端继电器8置于第二静触点8-2，高压端继电器6置于第一静触点6-1；
所述a、b、C1、C2为常数，其取值范围均是5～10。
常数a、b、C1、C2因系统设计会存在差异，可通过实验标定确定其具体取值，标定的标准是确保电机5的制动电流(即流经绕组的电流)不超过设计限值即可。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种汽车制动能量回收分段控制方法，其特征在于，该方法是基于汽车制动能量回收装置实现的；该装置包括：超级电容、电机、低压端电流表、双向Buck-Boost变换器、高压端电流表、PWM控制器、低压端继电器和高压端继电器；所述低压端是指位于相应设备位于超级电容一侧，高压端是指相应设备位于电机一侧，各设备之间的连接关系为：
低压端继电器和高压端继电器均为单刀双掷开关，包括动触点、第一静触点和第二静触点；超级电容与低压端继电器的动触点相接，电机与高压端继电器的动触点相接；低压端继电器的第一静触点分别与双向Buck-Boost变换器的低压端和高压端继电器的第一静触点相连，高压端继电器的第二静触点分别与双向Buck-Boost变换器的高压端和低压端继电器的第二静触点相连；
所述低压端电流表设于超级电容与低压端继电器的动触点之间，高压端电流表设于电机与高压端继电器的动触点之间；低压端电流表、高压端电流表、双向Buck-Boost变换器、低压端继电器、高压端继电器、超级电容和电机分别通过信号线连接至PWM控制器；
所述汽车制动能量回收分段控制方法是由PWM控制器实时监测超级电容的电压值Vc、电机的转速s、低压端电流表和高压端电流表的测量值，进而控制低压端继电器和高压端继电器的启闭和/或控制双向Buck-Boost变换器中功率管开关的启闭，使双向Buck-Boost变换器工作于降压或者升压模式，且输出电压可调；具体如下：
(1)当车辆正常行驶时，低压端继电器置于第一静触点、高压端继电器置于第二静触点，超级电容处于放电模式；
(2)当车辆制动时，根据电机转速s计算对应的感应电动势Ea；
若Ea≥(Vc+a)，控制双向Buck-Boost变换器处于降压模式，双向Buck-Boost变换器低压端的输出电压Vlow＝Vc+C1；此时，低压端继电器置于第一静触点，高压端继电器置于第二静触点；
若(Vc+b)<Ea<(Vc+a)，此时，低压端继电器置于第二静触点，高压端继电器置于第二静触点；
若Ea≤(Vc+b)，控制双向Buck-Boost变换器处于升压模式，双向Buck-Boost变换器高压端的电压Vhigh＝Vc+C2；此时，低压端继电器置于第二静触点，高压端继电器置于第一静触点；
所述a、b、C1、C2为常数，其取值范围均是5～10。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双向Buck-Boost变换器具有如下电路结构：包括两个串联的功率管开关，其两端并联一个电容后接至高压端，每个功率管开关分别并联一个二极管；两个串联功率管开关的中点连接一个电感后，与其中一个功率管开关的端点并联一个电容后接至低压端。
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