CN106004484A - 混合电池驱动的驾校教练车控制装置及其方法 - Google Patents

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李鸣
吴辉
李肖南
陈君
陈景文
段明亮
柴德喜
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Abstract

本发明公开了一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置，该装置包括动力电池、起动电池、控制器、两个DC/DC变换器组成的双向DC/DC变换器组、逆变器，所述起动电池和动力电池通过双向DC/DC变换器组与逆变器相连接，所述控制器与起动电池与双向DC/DC变换器组之间、动力电池与双向DC/DC变换器组之间、以及逆变器连接；本发明还公开了一种混合电池驱动的驾校教练车控制方法，通过本发明能够实现起动电池与动力电池所提供电流的分配，进而实现起动电池与动力电池的负荷分配。

Description

混合电池驱动的驾校教练车控制装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于电动汽车的电力驱动领域，具体涉及一种混合电池驱动的驾校教练车 控制装置及其方法。
背景技术
[0002] 随着社会生产力的发展，人民经济水平的提高，驾驶培训行业也呈现出前所未有 的繁荣景象。然而，由于学员驾驶水平和场地教练车本身工作条件的限制，教练车基本处于 低档位和怠速工况，这使得车辆油耗极大地增加，尾气排放导致污染严重。随着驾培行业发 展的不断壮大，上述情况会变得越来越严重，这不仅增加了驾培机构的培训成本，也与国家 的节能减排政策相背驰。在当前能源和环境问题备受瞩目的国际大环境下，对传统燃油教 练车进行电力驱动系统设计与改制是社会发展的必然趋势。
[0003] 目前，电动汽车的车载电源主要有起动电池和动力电池两种。起动电池适合短时 间大电流放电，不能用于深度充放电和持续放电场合，而且由于教练车起动、上坡和加速时 需要蓄电池大电量放电，在刹车、制动时又有高达几百安培电流的能量回收，如此频繁的强 放电和强充电导致电池使用寿命短，所需要的日常维护频繁;动力电池与其正好相反，适合 中小电流持续放电，长期处于深度充放状态，但是保护系统较为繁复，价格较高。如果单独 使用起动电池或动力电池作为驾校电动教练车的电源，则无法避免其自身缺点；若直接将 起动电池与动力电池混合使用而不通过DC/DC斩波电路，则不能很好的维持电池寿命，因此 寻求一种合理、环保、经济适用性的新型混合电池系统来驱动驾校教练车是非常有必要的。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置 及其方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 本发明实施例提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置，该装置包括动力电池、 起动电池、控制器、两个DC/DC变换器组成的双向DC/DC变换器组、逆变器，所述起动电池和 动力电池通过双向DC/DC变换器组与逆变器相连接，所述控制器与起动电池与双向DC/DC变 换器组之间、动力电池与双向DC/DC变换器组之间、以及逆变器连接。
[0006]上述方案中，所述双向DC/DC变换器组包括储能电感L、第一开关管Gi、第二开关管 G2、第一二极管Di、第二二极管D2、第一电容&、第二电容C2,所述动力电池、起动电池构成的 蓄电池的正极依次通过储能电感L、第二开关管G 2与逆变器连接，负极直接与逆变器连接， 正极和负极之间并联第一电容Ci、第一开关管Gi和第二电容C2,并且所述第一电容Ci的一端 连接在正极与储能电感L之间，所述第一开关管6:的一端连接在储能电感L与第二开关管G 2 之间，所述第二电容(：2的一端连接在第二开关管G2与逆变器之间，所述第一电容&、第一开 关管 Gl、第二电容C2的另一端均连接在负极与逆变器之间;所述第一开关管&的两端连接第 一二极管口:，所述第二开关管6 2的两端连接第二二极管D2。
[0007] 上述方案中，所述控制器包括STM32单片机、信号调理电路、辅助电源、驱动电路、 通信接口，所述STM32单片机分别与信号调理电路、辅助电源、驱动电路、通信接口连接。
[0008] 上述方案中，所述动力电池由具有长时间持续放电功能的电池组成;所述起动电 池由具有瞬时大电流功能的电池组成。
[0009] 本发明实施例还提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制方法，该方法为:在车 辆运行时，双向DC/DC变换器组工作在Boost模式下，逆变器获取所需的输出电流值，当所述 所需的输出电流值大于动力电池的额定电流时，所述动力电池以额定电流输出，而剩余的 电流由起动电池提供;否则，能量由动力电池提供，而起动电池不输出电流;在车辆回馈制 动时，所述双向DC/DC变换器组工作在Buck模式下，所述起动电池吸收大部分回馈能量，避 免对动力电池进行大电流充电；当市电充入时，经整流后，所述双向DC/DC变换器组工作在 Buck模式下，同时为动力电池与起动电池充电。
[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果： 本发明通过起动电池与动力电池相结合，利用双向DC/DC变换器组实现能量的双向流 动，通过控制器控制双向DC/DC变换器组来实现起动电池与动力电池所提供电流的分配，进 而实现起动电池与动力电池的负荷分配;本发明应用到驾校电动教练汽车上，有助于优化 蓄电池充、放电性能，确定电池正常工作的条件和电池何时需要更换，从而提高蓄电池整体 性能和寿命，提高电动汽车的可靠性和安全性，减少环境污染，具有较大的实用价值和经济 效益，使驾校与学员获益良多。
附图说明
[0011] 图1为本发明实施例提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置的系统框图； 图2为本发明实施例提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置的双向DC/DC变换 器组原理图； 图3为本发明实施例提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置的控制器的结构框 图。
具体实施方式
[0012] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0013] 本发明实施例提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置，如图1所示，该装置 包括动力电池、起动电池、控制器、由两个DC/DC变换器组成的双向DC/DC变换器组、逆变器， 所述起动电池和动力电池通过双向DC/DC变换器组与逆变器相连接，所述控制器与起动电 池与双向DC/DC变换器组之间、动力电池与双向DC/DC变换器之间、以及逆变器连接。
[0014]控制器通过控制双向DC/DC变换器来实现起动电池与动力电池所提供电流的分 配，以此实现起动电池与动力电池的负荷分配。
[0015]如图2所示，所述双向DC/DC变换器组包括储能电感L、第一开关管Gi、第二开关管 G2、第一二极管Di、第二二极管D2、第一电容&、第二电容C2,所述动力电池、起动电池构成的 蓄电池的正极依次通过储能电感L、第二开关管G 2与逆变器连接，负极直接与逆变器连接， 正极和负极之间并联第一电容Cl、第一开关管Gi和第二电容C2,并且所述第一电容Cl的一端 连接在正极与储能电感L之间，所述第一开关管6:的一端连接在储能电感L与第二开关管G2 之间，所述第二电容(：2的一端连接在第二开关管G2与逆变器之间，所述第一电容&、第一开 关管 Gl、第二电容C2的另一端均连接在负极与逆变器之间;所述第一开关管&的两端连接第 一二极管口:，所述第二开关管&的两端连接第二二极管D 2。
[0016]当车辆运行时，即变换器正向工作时，Gi作为PWM开关管工作，62与61呈互补状态， 电容Ci、储能电感L、开关管Gi、二极管02及电容C2组成Boost电路，双向DC/DC变换器组在 Boost模式下。假设此时那么通过控制器控制双向DC/DC变换器组分配电流大小，使 得4二4,又4+石=L，即4 = A，可知瞬时大电流由起动电池提供;当车辆回馈制动时， 即变换器反向工作时，G2作为P丽开关管工作，GAG2呈互补状态，(：2、6 2、01丄及(：1组成81^ 电路，所述双向DC/DC变换器组工作在Buck模式下，起动电池吸收大部分回馈能量，避免对 动力电池进行大电流充电，以此来提高蓄电池寿命;当市电充入时，经整流后，所述双向DC/ DC变换器组工作在Buck模式下，同时为动力电池与起动电池充电。
[0017] 如图3所示，所述控制器包括STM32单片机、信号调理电路、辅助电源、驱动电路、通 信接口，所述STM32单片机分别与信号调理电路、辅助电源、驱动电路、通信接口连接。
[0018] 所述动力电池由具有长时间持续放电功能的电池组成;所述起动电池由具有瞬时 大电流功能的电池组成。
[0019] 所述起动电池与动力电池的选型如下：1、起动电池的选型为12V，36AH。采用3块起 动电池串联的方式供电，所以其总电量为 ^3x12x36/1000=096Aw h 若假设起动时间为5s，流经电流100A，则起动一次所用电量为 0^72x100x5 /3600= QOlAw- A 可知共可起动约129次，足以满足教练车每天起动次数要求； 动力电池的选型为12V，105Ah。所选用的铅酸蓄电池组是以6个蓄电池构成2组3串的结 构，所采购的铅酸蓄电池单体是12V，串联之后形成2个36V的直流电源，其可存总容量为 0=12x105x6/1000= 7_563b*?-A 蓄电池的充电能量来源于电网。
[0020] 因为电动教练车在起动、上坡和加速运行时，蓄电池需要大电流放电；在刹车、制 动时又有高达几百安培电流的能量回收，因此为了提高蓄电池寿命采用该混合电池来对电 动教练车供电。本实施例中驾校教练电动车控制装置由动力电池、起动电池、双向DC/DC变 换器组与控制器构成，其中动力电池为铅酸蓄电池，起动电池可由专用铅酸蓄电池或超级 电容等具有瞬时大电流功能的电池组成，双向DC/DC变换器组采用双向半桥式Buck/Boost 变换器拓扑结构，控制器由动力电池进行供电。起动电池与动力电池的电压及容量可以根 据教练电动汽车具体的技术参数进行计算选取。
[0021] 本发明实施例还提供一种混合电池驱动的驾校教练车控制方法，该方法为:在车 辆运行时，双向DC/DC变换器组工作在Boost模式下，逆变器获取所需的输出电流值，当所述 所需的输出电流值大于动力电池的额定电流时，所述动力电池以额定电流输出，而剩余的 电流由起动电池提供;否则，能量由动力电池提供，而起动电池不输出电流;在车辆回馈制 动时，所述双向DC/DC变换器组工作在Buck模式下，所述起动电池吸收大部分回馈能量，避 免对动力电池进行大电流充电；当市电充入时，经整流后，所述双向DC/DC变换器组工作在 Buck模式下，同时为动力电池与起动电池充电。
[0022] 所述逆变器给以控制器需要输出电流值，控制器根据该输出电流值，通过采用PID 调节器控制双向DC/DC变换器实现电池的电流分配。
[0023] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1. 一种混合电池驱动的驾校教练车控制装置，其特征在于，该装置包括动力电池、起动 电池、控制器、两个DC/DC变换器组成的双向DC/DC变换器组、逆变器，所述起动电池和动力 电池通过双向DC/DC变换器组与逆变器相连接，所述控制器与起动电池与双向DC/DC变换器 组之间、动力电池与双向DC/DC变换器组之间、以及逆变器连接。
2. 根据权利要求1所述的混合电池驱动的驾校教练车控制装置，其特征在于:所述双向 DC/DC变换器组包括储能电感L、第一开关管Gi、第二开关管G2、第一二极管Di、第二二极管D2、 第一电容Ci、第二电容C 2,所述动力电池、起动电池构成的蓄电池的正极依次通过储能电感 L、第二开关管G2与逆变器连接，负极直接与逆变器连接，正极和负极之间并联第一电容&、 第一开关管Gi和第二电容C2,并且所述第一电容(^的一端连接在正极与储能电感L之间，所 述第一开关管6:的一端连接在储能电感L与第二开关管G 2之间，所述第二电容(：2的一端连接 在第二开关管G2与逆变器之间，所述第一电容&、第一开关管Gi、第二电容C2的另一端均连 接在负极与逆变器之间;所述第一开关管&的两端连接第一二极管0:，所述第二开关管6 2的 两端连接第二二极管D2。
3. 根据权利要求1或2所述的混合电池驱动的驾校教练车控制装置，其特征在于:所述 控制器包括STM32单片机、信号调理电路、辅助电源、驱动电路、通信接口，所述STM32单片机 分别与信号调理电路、辅助电源、驱动电路、通信接口连接。
4. 根据权利要求3所述的混合电池驱动的驾校教练车控制装置，其特征在于:所述动力 电池由具有长时间持续放电功能的电池组成;所述起动电池由具有瞬时大电流功能的电池 组成。
5. -种混合电池驱动的驾校教练车控制方法，其特征在于，该方法为:在车辆运行时， 双向DC/DC变换器组工作在Boost模式下，逆变器获取所需的输出电流值，当所述所需的输 出电流值大于动力电池的额定电流时，所述动力电池以额定电流输出，而剩余的电流由起 动电池提供;否则，能量由动力电池提供，而起动电池不输出电流;在车辆回馈制动时，所述 双向DC/DC变换器组工作在Buck模式下，所述起动电池吸收大部分回馈能量，避免对动力电 池进行大电流充电；当市电充入时，经整流后，所述双向DC/DC变换器组工作在Buck模式下， 同时为动力电池与起动电池充电。
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