CN110850750A - 一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，其包括台架，加载机构，能量回馈机构，控制系统，显示器四部分。台架包括机架、电机底座、轴承底座；加载机构包括加载电机、联轴器、传动轴、支座球轴承和电磁离合器左半部；能量回馈机构包括发电机、联轴器、飞轮轴、支座球轴承、飞轮和电磁离合器右半部。该装置采用分体式设计思想，用两台同型号电机分别实现电机再生制动时的驱动加载和能量转换功能，根据相似性原理，在保证基本性能不变的前提下缩小车体比例并匹配各功能元件，使再生制动控制策略的试验验证更加简单易行，有效地减小了体积和重量，降低了制造和使用成本，尤其适用于电动汽车电机再生制动控制策略的前期开发。

Description

一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置

技术领域

本发明涉及电动汽车再生制动的技术领域，具体为一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置。

背景技术

电动汽车再生制动是利用电机的可逆性原理，在制动时，电机工作在发电机模式，将机械能转化为电能，增加续驶里程。电动汽车再生制动受车速、电池SOC、温度等诸多因素影响，合理的制动控制策略对能量回收效率的提升至关重要，控制策略需要试验验证并优化，实车试验成本高，灵活性差，因此，现有的电动汽车再生制动能量回收试验装置基本按照实际比例搭建单轴或两轴试验台，包括实车使用规格的电机，等效惯量用的飞轮，蓄电池，测功机，联轴器，控制系统等，其布置形式可分为单轴式和两轴式。这种试验台能回馈并存储能量，能验证不同工况时所设计的能量回收控制策略的能量回收效率，试验可靠性高，但是，体积大，灵活性差，制造和试验成本均较高。

发明内容

为了克服现有电动汽车再生制动能量回收试验台体积大，灵活性差，制造和试验成本均较高的不足，本发明提供一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，该装置根据相似性原理，按照一定比例缩小车重并匹配电机、飞轮、蓄电池和控制系统，选取易于拆卸和更换的传动机构和台架，使得该装置可以装配不同类型电机进行制动控制策略验证试验，增强了试验的灵活性，减小了体积和重量，降低了制造和试验成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，其包括台架，加载机构，能量回馈机构，控制系统，显示器四部分。该装置可模拟单一电机作为动力源的1/2车体或轮毂电机作为动力源的1/4车体制动能量回收试验，根据相似性原理，将实际1/2车体或1/4车体承载重量缩小一定比例，然后推算用来模拟车体转动惯量的飞轮质量，结合车辆性能要求，配置电机型号，用两台相同型号的电机，一台模拟电动机模式，加载车辆行驶工况(加速、减速、停车)，另一台模拟再生制动时电机的发电机模式，将机械能转化为电能；控制系统根据再生制动控制策略向加载电机发送驱动指令，向发电机输出蓄电池充/放电指令。选用轻质型材台架，动力传递机构和联结、固定件均采用标准件。根据相似性原理，在保证基本性能不变的前提下缩小比例，有利于减小体积和重量；选用型材及标准件，易于拆装和更换，增大了装置的使用灵活性；采用分体式设计思想，用两台电机分别实现电机再生制动时的驱动加载和能量转换功能，使得再生制动控制策略的试验验证更加简单易行。上述措施均有利于降低装置的制造和使用成本，尤其适用于电机制动控制策略的前期开发。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：一、该装置根据相似相似性原理缩小比例后匹配设计和制作，具有体积小、重量轻、制造小的优点；二、该装置选取易拆卸和更换的传动机构和台架，使得其可以装配不同类型电机进行制动控制策略验证试验，试验灵活性更大；三、该装置采用采用分体式设计思想，两台相同型号的电机分别模拟电动汽车电机的两种工作模式，即电动机模式和发电机模式，使得加载和控制更加简单易行，尤其适用于电机制动控制策略的前期开发。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明工作原理图

图中：机架1、角铁2、加载电机3、电机支架4、联轴器5、传动轴6、支座球轴承7、电磁离合器8、飞轮9、支座球轴承10、飞轮轴11、联轴器12、发电机13、电机支架14、电机底座15、轴承底座16、套筒17、M10螺钉18、轴承底座19、电机底座20、M8螺钉21、 M8螺钉22。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本发明的结构及其有益效果进一步说明。

一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，其包括台架，加载机构，能量回馈机构，控制系统，显示器四部分。该装置可模拟单一电机作为动力源的1/2车体或轮毂电机作为动力源的1/4车体制动能量回收试验，根据相似性原理，将实际1/2车体或1/4车体承载重量缩小一定比例，然后推算用来模拟车体转动惯量的飞轮质量，结合车辆性能要求，匹配装置的电机型号，用两个相同型号的电机，一个模拟电动机模式，加载车辆行驶工况(加速、减速、停车)，另一个模拟再生制动时电机的发电机模式，将机械能转化为电能。选用轻质型材台架，动力传递机构和联结、固定件均采用标准件。以一辆满载3000kg的电动汽车为例，将其简化为1/2车体，按照500倍比例缩小，根据相似性原理推算飞轮质量为3kg，匹配两台24V120W3500r/min电机，控制器采用STC15W4K56S4单片机，铝合金型材台架，设计相应的控制电路和以标准件组成的动力传递机构和联结、固定件，所得装置的体积不超过1m×0.5m×0.2m，重量小于15kg，造价不超过5000元。

如图1所示，所述的台架包括机架1、电机底座15和20、轴承底座16和19，各个底座通过角铁2定位并由M8螺钉22固定联结在机架1上。

所述的加载机构包括加载电机3、联轴器5、传动轴6、支座球轴承7和电磁离合器8左半部。

所述的能量回馈机构包括发电机13、联轴器12、飞轮轴11、支座球轴承10、飞轮9和电磁离合器8右半部。

所述的加载电机3、发电机13分别通过电机支座4和14经由M8螺钉22与电机底座20和15联结，支座球轴承7、10分别与轴承底座19、16经由M10螺钉18联结。

所述的飞轮9与飞轮轴11之间用平键做轴向定位，支座球轴承7、离合器8、飞轮9、支座球轴承10之间分别用3个套筒17做轴向定位。

如图2所示，所述的控制系统分为加载控制系统和能量回馈控制系统，加载控制系统由控制器、电机驱动模块、加载电机3和转速传感器构成；能量回馈控制系统由控制器、发电机13、DC/DC变换器、蓄电池和充电电流及电压传感器构成。按照再生制动控制策略的要求，加载机构执行控制器的指令模拟车辆行驶工况，包括一次制动工况和道路循环工况。一次制动工况时，驱动电机3被加速到设定转速，电磁离合器8由闭合状态瞬间断开，飞轮9及飞轮轴11在惯性的作用下带动发电机13转动直至停止，能量回馈系统回收一次制动过程的能量并存储于蓄电池；道路循环工况时，电磁离合器8闭合，发电机13通过传动系统跟随驱动电机3执行道路循环工况，能量回馈系统回收整个过程的能量并存储于蓄电池；整个过程的充电电流、充电电压和发电机转速被记录并在液晶显示器上显示。

所述的控制器按照可实现的功能划分为电机驱动控制单元、能量回馈控制单元和主控制单元；其根据再生制动控制策略加载程序后向装置发送执行指令，电流传感器和电压传感器分别将充电电流和充电电压输入主控制单元，主控制单元根据电流和电压以及计算得到的电池SOC，由能量回馈控制单元输出PWM信号控制DC/DC变换器通/断向蓄电池充电/放电；主控制单元根据再生制动控制策略，向电磁离合器发出通/断指令，同时使驱动控制单元输出 PWM信号控制，经电机驱动模块控制电机转速及正/反转，转速传感器将加载电机转速输入主控制单元，实现闭环调速控制；液晶显示器实时显示电机转速、充电电流和电池端电压。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，其包括台架，加载机构，能量回馈机构，控制系统，显示器四部分，其特征是用两台相同型号的电机分别模拟电动汽车驱动电机的两种工作模式，即电动机模式和发电机模式，加载机构和能量回馈机构的耦合和分离由控制器根据控制策略向电磁离合器发送指令来执行。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，其特征是所述的台架包括机架(1)、电机底座(15和20)、轴承底座(16和19)，各个底座通过角铁(2)定位并由M8螺钉(22)固定联结在机架(1)上；

所述的加载机构包括加载电机(3)、联轴器(5)、传动轴(6)、支座球轴承(7)和电磁离合器(8)左半部；

所述的能量回馈机构包括发电机(13)、联轴器(12)、飞轮轴(11)、支座球轴承(10)、飞轮(9)和电磁离合器(8)右半部；

所述的控制系统分为加载控制系统和能量回馈控制系统，加载控制系统由控制器、电机驱动模块、加载电机(3)和转速传感器构成，能量回馈控制系统由控制器、发电机(13)、DC/DC变换器、蓄电池和充电电流及电压传感器构成。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车再生制动能量回收模拟实验装置，其特征是所述的加载电机(3)、发电机(13)分别通过电机支座(4和14)经由M8螺钉(22)与电机底座(20和15)联结，支座球轴承(7和10)分别与轴承底座(19和16)经由M10螺钉(18)联结；

所述的飞轮(9)与飞轮轴(11)之间用平键做轴向定位，支座球轴承(7)、离合器(8)、飞轮(9)、支座球轴承(10)之间分别用3个套筒(17)做轴向定位。

Images