CN110001407B - 一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统 - Google Patents

一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，属于电动汽车制动技术领域，该控制系统包括蓄电池、电机、整流桥、双电容装置、电机控制器、开关、电机和控制器，其中驱动电路可以切换为单电池驱动、单电容串联驱动、并联电容串联驱动三种模式，制动能量回收电路可以切换为单电容回收和双电容串联回收两种模式，两个超级电容可以通过晶闸管均衡端电压。本发明可以分段回收汽车减速时产生的制动能量，提高电动汽车能量利用率。

Description

一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统。
背景技术
目前，发展以电作为动力源的电动汽车是缓解能源匮乏和环境污染问题的有效途径，电动汽车的一个显著特征是：在制动过程中通过电机将车辆动能转化为电能储存在蓄电池、超级电容等储能装置中。现有的有源串联复合电源在制动能量回收过程中，当车速降低到一定程度时，电机反电动势与超级电容的电压差过小导致回收效率降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，用于回收驱动电机制动停车产生的能量，以提高回收率。
本发明采用以下技术方案：
一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，包括电机控制器、整流桥、双电容装置、开关、蓄电池、电机以及控制器，所述电机与整流桥连接，整流桥与双电容装置连接，双电容装置通过开关与蓄电池连接，蓄电池与电机控制器连接，所述整流桥、双电容装置、开关均与控制器连接。
上述方案中，所述双电容装置包括超级电容CH、超级电容CL、电力二极管D4、电力二极管D5以及晶闸管T4，所述CH的正极与T4的正极连接，T4的负极分别与D4的负极、CL的正极连接，CL的负极与D5的正极连接，D5的负极分别与D4的正极、CH的负极连接；所述开关设有J0端、J1端和J2端，J0端与蓄电池正极连接，J1端与CL负极、D5正极、整流桥负极连接，J2端与晶闸管T4负极、电容CL正极、二极管D4负极和电机控制器K连接；所述双电容装置由T4均衡CH和CL的电压，T4导通，且当CH端电压高于CL端电压时，形成均压回路。
上述方案中，包括由开关和晶闸管T4控制切换形成的三种驱动模式：单电容串联驱动模式、并联电容串联驱动模式和单电池驱动模式；单电容串联驱动模式时，开关置J1端，晶闸管T4截止；并联电容串联驱动模式时，开关置J1端，晶闸管T4导通；单电池驱动模式时，开关置J2端。
上述方案中，该系统还包括由晶闸管T4切换控制的两种制动能量回收模式：双电容回收模式和单电容回收模式；所述两种制动能量回收模式具体为：晶闸管T4截止时，电容CH与电容CL串联，共同回收制动能量；晶闸管T4导通后，电容CH被隔离，仅由电容CL回收制动能量。
本发明的有益效果为：
(1)本发明在制动过程中，可以将动能转化成电能储存在超级电容中，可以避免蓄电池受大电流冲击，有效延长蓄电池寿命；
(2)本发明的蓄电池使用无源串联的复合电源结构，没有使用DC-DC结构，有效降低系统结构的体积和重量；
(3)本发明在制动过程中，分阶段以单电容和双电容两种不同的模式回收电能，可以回收更多动能，回收效率提高；
(4)本发明在驱动过程中，可以自由切换蓄电池驱动模式和蓄电池与超级电容串联驱动模式，保护系统的同时避免了二极管等器件的能量损耗，提高能量利用率。
附图说明
图1为本发明一种基于双模串联复合电源的主电路图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，包括电机控制器K、整流桥(二极管D1～D3、晶闸管T1～T3，晶闸管T1～T3的门极分别与控制器相连)、双电容装置(超级电容CH、超级电容CL、电力二极管D4、电力二极管D5、晶闸管T4)、串联切换开关J、电源B、电机M和控制器(单片机)。电机控制器K输入端连接双电容装置和蓄电池组成的复合电源，输出端连接电机M；整流桥输入端连接电机M，输出端正极连接电容CH正极和晶闸管T4正极，负极连接二极管D5正极、开关J1端和电容CL负极；电容CH正极连接整流桥正极和晶闸管T4正极，负极连接二极管D4正极和二极管D5负极；电容CL正极连接晶闸管T4负极、二极管D4负极和电机控制器，负极连接二极管D5正极、整流桥负极和开关J1端；晶闸管T4正极连接整流桥正极和电容CH正极，负极连接电容CL正极、二极管D4负极和电机控制器K；二极管D4正极连接二极管D5负极和电容CH负极，负极连接晶闸管T4负极、电容CL正极和电机控制器K；蓄电池B正极连接开关J0端，负极连接电机控制器K；开关J2端与晶闸管T4负极、电容CL正极、二极管D4负极和电机控制器K连接；控制器还与开关J、晶闸管T4的门极相连，控制器通过驱动和制动信号判断系统模式，输出PWM信号控制整流桥晶闸管的开启、晶闸管T4的开启以及开关J的位置。
下面结合汽车行驶过程，说明所述基于双模串联复合电源的制动能量回收系统的工作状态。
制动时，晶闸管T4截止，所述系统处于串联电容充电状态，此时电容CH与电容CL串联，共同回收制动能量。电流从整流桥正极流向电容CH正极，经过电容CH流向二极管D4正极，经过二极管D4流向电容CL正极，最后经过电容CL流向整流桥负极形成制动能量回收电路。此时是对串联的电容CH和电容CL进行充电，双电容器装置端电压高，电容CH在高压侧。
制动时，晶闸管T4导通，所述系统处于单电容充电状态，此时电容CH被隔离，仅由电容CL回收制动能量。电流从整流桥正极流向晶闸管T4，经过晶闸管流向电容CL正极，最后经过电容CL流向整流桥负极形成制动能量回收电路。此时仅对电容CL充电，双电容器装置端电压低。
非电制动时，晶闸管T4截止，所述系统处于独立状态。此时电容CH和电容CL电气独立，不形成电流回路。
滑行或停车时，晶闸管T4导通，所述系统处于均压状态。如果电容CH端电压高于电容CL，会形成回路，电流从电容CH正极流向晶闸管T4正极，经过晶闸管T4流向电容CL正极，经过电容CL流向二极管D5正极，最后经过二极管D5流向电容CH负极。
驱动时，所述开关J置J1端且晶闸管T4截止，所述系统处于单电容串联驱动状态。电流由蓄电池B正极经过开关J1端流向电容CL负极，再从电容CL正极流入电机控制器K，最后由电机控制器K流入电池负极形成回路。此时蓄电池和电容CL串联，共同为电机供电。
驱动时，所述开关J置J1端且晶闸管T4导通，所述系统处于并联电容串联驱动状态。除单电容驱动状态时电容CL参与供电的电流回路外，电容CH所在路径也形成回路，电流从蓄电池B经过开关J1端流向二极管D5正极，经过二极管D5流向电容CH负极，经过电容CH流向晶闸管T4的正极，经过晶闸管T4流向电机控制器K。此时电容CH与电容CL并联，再与蓄电池B串联为电机供电。
驱动时，所述开关J置J2端，所述系统处于蓄电池单独驱动状态。电流由蓄电池B正极经过开关J2端流向电机控制器K，再流向蓄电池B负极形成回路。此时仅由单电池为电机供电。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：包括电机控制器、整流桥、双电容装置、开关、蓄电池、电机以及控制器，所述电机与整流桥连接，整流桥与双电容装置连接，双电容装置通过开关与蓄电池连接，蓄电池与电机控制器连接，所述整流桥、双电容装置、开关均与控制器连接；
所述双电容装置包括超级电容CH、超级电容CL、电力二极管D4、电力二极管D5以及晶闸管T4，所述CH的正极与T4的正极连接，T4的负极分别与D4的负极、CL的正极连接，CL的负极与D5的正极连接，D5的负极分别与D4的正极、CH的负极连接；
所述开关设有J0端、J1端和J2端，J0端与蓄电池正极连接，J1端与CL负极、D5正极、整流桥负极连接，J2端与晶闸管T4负极、电容CL正极、二极管D4负极和电机控制器K连接。
2.根据权利要求1所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：所述双电容装置由T4均衡CH和CL的电压，T4导通，且当CH端电压高于CL端电压时，形成均压回路。
3.根据权利要求1所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：包括由开关和晶闸管T4控制切换形成的三种驱动模式：单电容串联驱动模式、并联电容串联驱动模式和单电池驱动模式。
4.根据权利要求3所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：单电容串联驱动模式时，开关置J1端，晶闸管T4截止。
5.根据权利要求3所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：并联电容串联驱动模式时，开关置J1端，晶闸管T4导通。
6.根据权利要求3所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：单电池驱动模式时，开关置J2端。
7.根据权利要求3所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：该系统还包括由晶闸管T4切换控制的两种制动能量回收模式：双电容回收模式和单电容回收模式。
8.根据权利要求7所述的基于双模串联复合电源的制动能量回收系统，其特征在于：所述两种制动能量回收模式具体为：晶闸管T4截止时，电容CH与电容CL串联，共同回收制动能量；晶闸管T4导通后，电容CH被隔离，仅由电容CL回收制动能量。
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