CN104859464A - 一种电动车功率补偿和能量回收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动车功率补偿和能量回收方法及装置，该方法通过超级电容和电动车储能电池组之间的串并联切换对电动车进行功率补偿和能量回收，超级电容利用较少的串联数量通过升压与电动车储能电池组并联输出，避免了电动车储能电池组的大电流放电，延长了电池寿命；在超级电容电压较低时，自动切换为与电动车储能电池组串联连接，由于电压升高，使得整体放电电流较少，同样降低了电池损耗，延长了电池寿命；同时，本发明利用超级电容的大电流充电能力高效的回收制动能量，避免了无能量回收的制动能量浪费和储能电池回收对电池寿命的伤害。

Description

一种电动车功率补偿和能量回收方法及装置

技术领域

本发明涉及电动车功率补偿和能量回收技术领域，尤其涉及一种电动车功率补偿和能量回收方法及装置。

背景技术

电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动，以控制电流大小改变速度的车辆。众所周知，电动车的飞速发展给人们的日常出行带来了极大的便利。但是，现有的电动车电池普遍存在大负载启动，爬坡时大电流放电，刹车制动时能量不能回收或回收效率低下的问题，从而大幅降低了电池使用寿命，提高了电池报废率，增加了用户使用成本。

发明内容

本发明的目的在于通过一种电动车功率补偿和能量回收方法及装置，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动车功率补偿和能量回收方法，该方法通过超级电容和电动车储能电池组之间的串并联切换对电动车进行功率补偿和能量回收，具体包括：

S101、跟踪电动车运动状态，采集电动车加速信号和刹车信号；

S102、若采集到电动车加速信号，则判断超级电容的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则控制超级电容与电动车储能电池组并联输出，进行电流补偿，并在超级电容电压小于预设阈值时，控制超级电容与电动车储能电池组串联输出，进行电压补偿，实现对电动车的功率补偿；

S103、若采集到电动车刹车信号，则断开超级电容与电动车储能电池组之间的连接，控制超级电容与电动车电机控制器并联连接，对超级电容充电，实现能量回收。

基于上述电动车功率补偿和能量回收方法，本发明还公开了一种电动车功率补偿和能量回收装置，其包括串并联切换控制模块、超级电容以及串并联切换开关组；

所述串并联切换控制模块用于采集电动车加速信号及刹车信号，并在采集到电动车加速信号时，判断超级电容的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则通过控制串并联切换开关组的导通和关闭，使超级电容与电动车储能电池组并联输出，进行电流补偿，在超级电容电压小于预设阈值时，通过控制串并联切换开关组的导通和关闭，使超级电容与电动车储能电池组串联输出，进行电压补偿；在采集到电动车刹车信号时，控制串并联切换开关组断开超级电容与电动车储能电池组之间的连接，将超级电容与电动车电机控制器之间的连接切换为并联连接；

所述超级电容用于通过其与电动车储能电池组之间的串并联切换，对电动车进行功率补偿和能量回收；

所述串并联切换开关组与串并联切换控制模块连接，用于在串并联切换控制模块控制下，实现超级电容与电动车储能电池组之间的串并联切换。

特别地，所述串并联切换开关组包括开关K1、开关K2及开关K3，所述开关K1、开关K2及开关K3与串并联切换控制模块连接，其中，所述开关K1包括静触点1、动触点2及静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容的一端，超级电容的另一端连接电动车电机控制器、开关K2的动触点，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、开关K3的动触点，开关K3的静触点连接电动车储能电池组的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组的另一端和电动车电机控制器。

特别地，所述电动车功率补偿和能量回收装置还包括升压装置，所述升压装置并接在超级电容两端；所述串并联切换开关组包括开关K1和开关K2，所述升压装置、开关K1、开关K2均连接串并联切换控制模块，所述开关K1包括静触点1、动触点2、静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容的一端，超级电容的另一端连接电动车电机控制器，开关K2的动触点连接升压装置，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、电动车储能电池组的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组的另一端和电动车电机控制器。

特别地，所述开关K1、开关K2以及开关K3选用机械开关或电子开关。

特别地，所述串并联切换控制模块与所述电动车电机控制器集成为一体。

特别地，所述串并联切换控制模块设置于所述电动车电机控制器外部，与该电动车电机控制器电性连接。

本发明还公开了一种包括上述电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统，其具体包括电动车储能电池组、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器及电动机；所述电动车储能电池组、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器及电动机依次连接。

本发明提出的电动车功率补偿和能量回收方法及装置通过超级电容和电动车储能电池组之间的串并联切换对电动车进行功率补偿和能量回收，超级电容利用较少的串联数量通过升压与电动车储能电池组并联输出，避免了电动车储能电池组的大电流放电，延长了电池寿命；在超级电容电压较低时，自动切换为与电动车储能电池组串联连接，由于电压升高，使得整体放电电流较少，同样降低了电池损耗，延长了电池寿命；同时，利用超级电容的大电流充电能力高效的回收制动能量，避免了无能量回收的制动能量浪费和储能电池回收对电池寿命的伤害。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的电动车功率补偿和能量回收方法流程图；

图2为本发明实施例二提供的应用电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的应用电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的应用电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。

实施例一

请参照图1所示，图1为本发明实施例一提供的电动车功率补偿和能量回收方法流程图。

本实施例中电动车功率补偿和能量回收方通过超级电容和电动车储能电池组之间的串并联切换对电动车进行功率补偿和能量回收，具体包括如下步骤：

S101、跟踪电动车运动状态，采集电动车加速信号和刹车信号。

S102、若采集到电动车加速信号，则判断超级电容的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则控制超级电容与电动车储能电池组并联输出，进行电流补偿，并在超级电容电压小于预设阈值时，控制超级电容与电动车储能电池组串联输出，进行电压补偿，最终实现对电动车的功率补偿。其中，所述预设阈值可根据超级电容、电动车储能电池组及电动车性能等相关指标灵活设置。

S103、若采集到电动车刹车信号，则断开超级电容与电动车储能电池组之间的连接，控制超级电容与电动车电机控制器并联连接，对超级电容充电，实现能量回收。

通过超级电容和电动车储能电池之间的串并联切换对电动车功率补偿和能量回收，采用串并联切换可在达到同等效果下降低超级电容与电池配置。

实施例二

如图2所示，图2为本发明实施例二提供的应用电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统结构示意图。

本实施例中电动车动力系统具体包括电动车储能电池组BAT、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器DRV及电动机B1。所述电动车储能电池组BAT、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器DRV及电动机B1依次连接。所述串并联切换控制模块CON设置于电动车电机控制器DRV外部，与该电动车电机控制器DRV电性连接。

于本实施例，所述电动车功率补偿和能量回收装置具体包括串并联切换控制模块CON、超级电容SCM以及串并联切换开关组KT1。

所述串并联切换控制模块CON用于采集电动车加速信号及刹车信号，并在采集到电动车加速信号时，判断超级电容SCM的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则通过控制串并联切换开关组KT1的导通和关闭，使超级电容SCM与电动车储能电池组BAT并联输出，进行电流补偿，在超级电容SCM电压小于预设阈值时，通过控制串并联切换开关组KT1的导通和关闭，使超级电容SCM与电动车储能电池组BAT串联输出，进行电压补偿；在采集到电动车刹车信号时，控制串并联切换开关组KT1断开超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的连接，将超级电容SCM与电动车电机控制器DRV之间的连接切换为并联连接。其中，所述预设阈值可根据超级电容、电动车储能电池组及电动车性能等相关指标灵活设置。所述超级电容SCM用于通过其与电动车储能电池组BAT之间的串并联切换，对电动车进行功率补偿和能量回收。所述串并联切换开关组KT1与串并联切换控制模块CON连接，用于在串并联切换控制模块CON控制下，实现超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的串并联切换。

所述串并联切换开关组KT1包括开关K1、开关K2及开关K3。所述开关K1、开关K2及开关K3与串并联切换控制模块CON连接。所述开关K1包括静触点1、动触点2及静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容SCM的一端，超级电容SCM的另一端连接电动车电机控制器DRV、开关K2的动触点，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、开关K3的动触点，开关K3的静触点连接电动车储能电池组BAT的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组BAT的另一端和电动车电机控制器DRV。

工作时，如果串并联切换控制模块CON检测到电动车加速信号，则判断超级电容SCM的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则串并联切换控制模块CON控制开关K1切换到静触点1，开关K2闭合，开关K3闭合，使得超级电容SCM和电动车储能电池组BAT并联输出，进行电流补偿，在超级电容SCM电压小于预设阈值时，串并联切换控制模块CON控制开关K1切换到静触点3，开关K2断开，开关K3闭合，使得超级电容SCM和电动车储能电池组BAT串联输出，进行电压补偿，实现在电流不变情况下加大输出功率。如果串并联切换控制模块CON检测到刹车信号，串并联切换控制模块CON控制开关K1切换到静触点1，开关K2闭合，开关K3断开，超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的连接断开，超级电容SCM与电动车电机控制器DRV并联连接，从而对超级电容SCM充电，实现能量回收。需要说明的是，所述超级电容SCM可根据电机情况配置电压级别。所述开关K1、开关K2以及开关K3可以选用机械开关如继电器等，也可以选用MOS管等电子开关。

以超级电容SCM配置为16V 500F，电动车储能电池组BAT配置为48V 20Ah为例，当超级电容SCM电压大于6V时，供电为电容升压与电动车储能电池组BAT共同供电，能量回馈时，对超级电容SCM充电。当超级电容SCM电压小于6V时，供电为电容与电动车储能电池组BAT串联供电直到电容器电压小于3V，能量回馈时对超级电容SCM充电。实验表明，一台电动车在20km/h时开始刹车，直至速度降为零，回收的电量就高达2Wh。通过该电动车功率补偿和能量回收装置可以为电动增加至少20％的续航里程。值得注意，所述6V和3V均为人为预设值，大小可根据实际情况灵活调整。

实施例三

如图3所示，图3为本发明实施例三提供的应用电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统结构示意图。

本实施例中电动车动力系统具体包括电动车储能电池组BAT、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器DRV及电动机B1。所述电动车储能电池组BAT、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器DRV及电动机B1依次连接。

所述电动车功率补偿和能量回收装置具体包括串并联切换控制模块CON、超级电容SCM以及串并联切换开关组KT1。于本实施例中所述串并联切换控制模块CON与所述电动车电机控制器DRV集成为一体。注意:从此处开始至实施例四之前，均用电动车电机控制器DRV指代集成有串并联切换控制模块CON的电动车电机控制器DRV。

所述电动车电机控制器DRV用于采集电动车加速信号及刹车信号，并在采集到电动车加速信号时，判断超级电容SCM的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则通过控制串并联切换开关组KT1的导通和关闭，使超级电容SCM与电动车储能电池组BAT并联输出，进行电流补偿，在超级电容SCM电压小于预设阈值时，通过控制串并联切换开关组KT1的导通和关闭，使超级电容SCM与电动车储能电池组BAT串联输出，进行电压补偿；在采集到电动车刹车信号时，控制串并联切换开关组KT1断开超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的连接，将超级电容SCM与电动车电机控制器DRV之间的连接切换为并联连接。其中，所述预设阈值可根据超级电容、电动车储能电池组及电动车性能等相关指标灵活设置。所述超级电容SCM用于通过其与电动车储能电池组BAT之间的串并联切换，对电动车进行功率补偿和能量回收。所述串并联切换开关组KT1与电动车电机控制器DRV连接，用于在电动车电机控制器DRV控制下，实现超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的串并联切换。

所述串并联切换开关组KT1包括开关K1、开关K2及开关K3。所述开关K1、开关K2及开关K3与电动车电机控制器DRV连接。所述开关K1包括静触点1、动触点2及静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容SCM的一端，超级电容SCM的另一端连接电动车电机控制器DRV、开关K2的动触点，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、开关K3的动触点，开关K3的静触点连接电动车储能电池组BAT的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组BAT的另一端和电动车电机控制器DRV。

工作时，如果电动车电机控制器DRV检测到电动车加速信号，则判断超级电容SCM的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则电动车电机控制器DRV控制开关K1切换到静触点1，开关K2闭合，开关K3闭合，使得超级电容SCM和电动车储能电池组BAT并联输出，进行电流补偿，在超级电容SCM电压小于预设阈值时，电动车电机控制器DRV控制开关K1切换到静触点3，开关K2断开，开关K3闭合，使得超级电容SCM和电动车储能电池组BAT串联输出，进行电压补偿，实现在电流不变情况下加大输出功率。如果电动车电机控制器DRV检测到刹车信号，电动车电机控制器DRV控制开关K1切换到静触点1，开关K2闭合，开关K3断开，超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的连接断开，超级电容SCM与电动车电机控制器DRV并联连接，从而对超级电容SCM充电，实现能量回收。需要说明的是，所述超级电容SCM可根据电机情况配置电压级别。所述开关K1、开关K2以及开关K3可以选用机械开关如继电器等，也可以选用MOS管等电子开关。

实施例四

如图4所示，图4为本发明实施例四提供的应用电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统结构示意图。

本实施例中电动车动力系统具体包括电动车储能电池组BAT、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器DRV及电动机B1。所述电动车储能电池组BAT、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器DRV及电动机B1依次连接。所述串并联切换控制模块CON设置于电动车电机控制器DRV外部，与该电动车电机控制器DRV电性连接；但串并联切换控制模块CON并不局限于设置于电动车电机控制器DRV外部，也可与电动车电机控制器DRV集成为一体。

于本实施例，所述电动车功率补偿和能量回收装置具体包括串并联切换控制模块CON、超级电容SCM、串并联切换开关组KT2及升压装置BOOSTCON。

所述串并联切换控制模块CON用于采集电动车加速信号及刹车信号，并在采集到电动车加速信号时，判断超级电容SCM的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则通过控制串并联切换开关组KT2的导通和关闭，使超级电容SCM与电动车储能电池组BAT并联输出，进行电流补偿，在超级电容SCM电压小于预设阈值时，通过控制串并联切换开关组KT2的导通和关闭，使超级电容SCM与电动车储能电池组BAT串联输出，进行电压补偿；在采集到电动车刹车信号时，控制串并联切换开关组KT2断开超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的连接，将超级电容SCM与电动车电机控制器DRV之间的连接切换为并联连接。其中，所述预设阈值可根据超级电容、电动车储能电池组及电动车性能等相关指标灵活设置。所述超级电容SCM用于通过其与电动车储能电池组BAT之间的串并联切换，对电动车进行功率补偿和能量回收。所述串并联切换开关组KT2与串并联切换控制模块CON连接，用于在串并联切换控制模块CON控制下，实现超级电容SCM与电动车储能电池组BAT之间的串并联切换。

所述升压装置BOOSTCON并接在超级电容SCM两端。通过升压装置BOOSTCON与超级电容SCM的配合，可以实现对超级电容SCM电压级别等参数的灵活配置。所述串并联切换开关组KT2包括开关K1和开关K2，所述升压装置、开关K1、开关K2均连接串并联切换控制模块CON，所述开关K1包括静触点1、动触点2、静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容SCM的一端，超级电容SCM的另一端连接电动车电机控制器DRV，开关K2的动触点连接升压装置BOOSTCON，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、电动车储能电池组BAT的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组BAT的另一端和电动车电机控制器DRV。工作时，控制方式与实施例二、实施例三方式相同，在此不再赘述。需要说明的是，所述超级电容SCM可根据电机情况配置电压级别。所述升压装置BOOSTCON为常用的升压电路，现有技术中实现方式有多种，不再详细说明。所述开关K1、开关K2可以选用机械开关如继电器等，也可以选用MOS管等电子开关。

实际应用中，为了在现有电动车上改装方便，可以在保留原电动车电机控制器DRV的基础上增加一个由电动车功率补偿和能量回收装置封装成的超级电容串并联控制器，也可以将超级电容串并联控制器与电动车电机控制器DRV合在一起组成一个新的控制器。

本发明的技术方案通过超级电容和电动车储能电池组之间的串并联切换对电动车进行功率补偿和能量回收，补偿和回收效率高；超级电容利用较少的串联数量通过升压与电动车储能电池组并联输出，避免了电动车储能电池组的大电流放电，延长了电池寿命；同时，利用超级电容的大电流充电能力高效的回收制动能量，避免了无能量回收的制动能量浪费和储能电池回收对电池寿命的伤害。在超级电容电压较低时，自动切换为与电动车储能电池组串联连接，由于电压升高，使得整体放电电流较少，同样降低了电池损耗，延长了电池寿命；同时，本发明利用超级电容的大电流充电能力高效的回收制动能量，避免了无能量回收的制动能量浪费和储能电池回收对电池寿命的伤害。本发明提出的电动车功率补偿和能量回收装置解决了由于将超级电容与电动车储能电池直接并联，超级电容被电池电压钳位，利用率很低，且需要多个串联至电池电压等级等问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种电动车功率补偿和能量回收方法，其特征在于，通过超级电容和电动车储能电池组之间的串并联切换对电动车进行功率补偿和能量回收，该方法具体包括：

S101、跟踪电动车运动状态，采集电动车加速信号和刹车信号；

S102、若采集到电动车加速信号，则判断超级电容的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则控制超级电容与电动车储能电池组并联输出，进行电流补偿，并在超级电容电压小于预设阈值时，控制超级电容与电动车储能电池组串联输出，进行电压补偿，实现对电动车的功率补偿；

S103、若采集到电动车刹车信号，则断开超级电容与电动车储能电池组之间的连接，控制超级电容与电动车电机控制器并联连接，对超级电容充电，实现能量回收。

2.一种电动车功率补偿和能量回收装置，其特征在于，包括串并联切换控制模块、超级电容以及串并联切换开关组；

所述串并联切换控制模块用于采集电动车加速信号及刹车信号，并在采集到电动车加速信号时，判断超级电容的电压是否大于预设阈值，若大于预设阈值，则通过控制串并联切换开关组的导通和关闭，使超级电容与电动车储能电池组并联输出，进行电流补偿，在超级电容电压小于预设阈值时，通过控制串并联切换开关组的导通和关闭，使超级电容与电动车储能电池组串联输出，进行电压补偿；在采集到电动车刹车信号时，控制串并联切换开关组断开超级电容与电动车储能电池组之间的连接，将超级电容与电动车电机控制器之间的连接切换为并联连接；

所述超级电容用于通过其与电动车储能电池组之间的串并联切换，对电动车进行功率补偿和能量回收；

所述串并联切换开关组与串并联切换控制模块连接，用于在串并联切换控制模块控制下，实现超级电容与电动车储能电池组之间的串并联切换。

3.根据权利要求2所述的电动车功率补偿和能量回收装置，其特征在于，所述串并联切换开关组包括开关K1、开关K2及开关K3，所述开关K1、开关K2及开关K3与串并联切换控制模块连接，其中，所述开关K1包括静触点1、动触点2及静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容的一端，超级电容的另一端连接电动车电机控制器、开关K2的动触点，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、开关K3的动触点，开关K3的静触点连接电动车储能电池组的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组的另一端和电动车电机控制器。

4.根据权利要求2所述的电动车功率补偿和能量回收装置，其特征在于，所述电动车功率补偿和能量回收装置还包括升压装置，所述升压装置并接在超级电容两端；所述串并联切换开关组包括开关K1和开关K2，所述升压装置、开关K1、开关K2均连接串并联切换控制模块，所述开关K1包括静触点1、动触点2、静触点3，开关K1的动触点2连接超级电容的一端，超级电容的另一端连接电动车电机控制器，开关K2的动触点连接升压装置，开关K2的静触点电连接开关K1的静触点3、电动车储能电池组的一端，开关K1的静触点1连接电动车储能电池组的另一端和电动车电机控制器。

5.根据权利要求3或4任一项所述的电动车功率补偿和能量回收装置，其特征在于，所述开关K1、开关K2以及开关K3选用机械开关或电子开关。

6.根据权利要求2所述的电动车功率补偿和能量回收装置，其特征在于，所述串并联切换控制模块与所述电动车电机控制器集成为一体。

7.根据权利要求2所述的电动车功率补偿和能量回收装置，其特征在于，所述串并联切换控制模块设置于所述电动车电机控制器外部，与该电动车电机控制器电性连接。

8.一种包括权利要求1所述电动车功率补偿和能量回收装置的电动车动力系统，其特征在于，包括电动车储能电池组、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器及电动机；所述电动车储能电池组、电动车功率补偿和能量回收装置、电动车电机控制器及电动机依次连接。