CN111342536B - 具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，主要透过设于电动车的刹车侦测器、蓄电池组、双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器、六相变频器、六相永磁式同步电动机、直流电压检测模块及主控模块之间的相互配合，以供进行充电模式、再生制动模式、蓄电池供电模式、或超级电容供电模式。另电动车无论在上坡路段或是加速状态时，所述六相永磁式同步电动机接收来自所述蓄电池及超级电容的电力，而具有充足马力可以克服上坡路段或是获得较佳的加速度。同时再配合再生制动模式，可延长蓄电池的蓄电量，让能量损耗降到最低。

Description

具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统

技术领域

本发明涉及再生制动能量回馈技术领域，特别涉及具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统。

背景技术

当前，汽机车每年的二氧化碳排放量相当高，为提倡节能减碳以改善环保、空污等问题，开始有人利用电力作为动力来源，以驱动马达开始工作，如此一来可降低空气污染、噪音污染等问题。

但是，一般电动车是利用蓄电池来供电，受限于蓄电池的特性，会产生马达马力不足等问题，使电动车在上坡路段或是加速过程中受到许多限制。此外，如何延长蓄电池的蓄电量，使电动车可以长时间行驶也是一项棘手的问题。为解决这些问题，本发明创作者开始思考改善的办法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，本发明的技术方案如下：

一种具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，包括：设于电动车的刹车侦测器、蓄电池组、双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器、六相变频器、六相永磁式同步电动机、直流电压检测模块及主控模块；所述刹车侦测器设于电动车刹车装置，所述刹车侦测器信号连接所述主控模块以供输出刹车侦测信号；所述蓄电池组包括蓄电池及超级电容；所述蓄电池电性连接所述双臂式功率转换器，所述超级电容电性连接所述单臂式升降压功率转换器，所述六相变频器分别电性所述六相永磁式同步电动机、双臂式功率转换器及单臂式升降压功率转换器；所述直流电压检测模块分别电性连接所述蓄电池组、六相变频器及主控模块，所述直流电压检测模块用以检测所述蓄电池的第一电流值、第一电压值、所述六相变频器的第二电压值、第二电流值、及所述超级电容的第三电压值，并将检测结果传送至所述主控模块；所述主控模块可供根据所述第一电流值、第一电压值、第二电压值、第二电流值、第三电压值及刹车侦测信号，控制所述双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器的工作模式，以供进行充电模式、再生制动模式、蓄电池供电模式、或超级电容供电模式。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、具有较大的输出马力：

当需爬坡或加速的时候，所述主控模块会透过所述双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器来驱使蓄电池及超级电容来供电，利用超级电容的特性，可以驱使所述六相永磁式同步电动机产生较大的输出马力。

2.具有再生制动功能：

当侦测到刹车装置作动时会发出所述刹车侦测信号，所述主控模块收到所述刹车侦测信号后，便会控制所述双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器进行工作，将所述六相永磁式同步电动机降速过程中所消耗的动能转换成电能，重新储存至所述蓄电池或超级电容。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电路示意图。

图2为本发明各组件链接方块示意图。

图中数字表示：

1 刹车侦测器 2 蓄电池组

21 蓄电池 22 超级电容

3 双臂式功率转换器 31 第一串联组

311 第一MOSFET 312 第二MOSFET

32 第二串联组 321 第三MOSFET

322 第四MOSFET 33 第一电感

34 第二电感 4 单臂式升降压功率转换器

41 第三串联组 411 第五MOSFET

412 第六MOSFET 42 第四串联组

421 第七MOSFET 422 第八MOSFET

43 第三电感 5 六相变频器

51～56 第五～第十串联组 6 六相永磁式同步电动机

7 直流电压检测模块 8 主控模块

9 输入单元

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

请看图1，本发明创作是关于一种具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，包括：设于电动车的刹车侦测器1、蓄电池组2、双臂式功率转换器3、单臂式升降压功率转换器4、六相变频器5、六相永磁式同步电动机6、直流电压检测模块7及主控模块8；所述刹车侦测器1设于电动车刹车装置，所述刹车侦测器1信号连接所述主控模块8以供输出刹车侦测信号；所述蓄电池组2包括蓄电池21及超级电容22；所述蓄电池21电性连接所述双臂式功率转换器3，所述超级电容22电性连接所述单臂式升降压功率转换器4，所述六相变频器5分别电性所述六相永磁式同步电动机6、双臂式功率转换器3及单臂式升降压功率转换器4；所述直流电压检测模块7分别电性连接所述蓄电池组2、六相变频器5及主控模块8，所述直流电压检测模块7用以检测所述蓄电池21的第一电流值、第一电压值、所述六相变频器5的第二电压值、第二电流值、及所述超级电容22的第三电压值，并将检测结果传送至所述主控模块8；所述主控模块8可供根据所述第一电流值、第一电压值、第二电压值、第二电流值、第三电压值及刹车侦测信号，控制所述双臂式功率转换器3、单臂式升降压功率转换器4的工作模式，以供进行充电模式、再生制动模式、蓄电池供电模式、或超级电容供电模式。

本实施例的优点、特色可参阅发明内容的记载，这里不再多做解释。以下接着说明各所述双臂式功率转换器3、单臂式升降压功率转换器4、及所述六相变频器的具体实施方式，以及所述主控模块8的工作实施例。

实施例2：

首先，先来介绍所述双臂式功率转换器的电路具体实施态样，以下请看图1配合图2所示，其特征在于，所述双臂式功率转换器3包括：第一串联组31、第二串联组32、第一电感33及第二电感34，所述第一串联组31包括第一MOSFET311串联第二MOSFET312，所述第二串联组32包括第三MOSFET321串联第四MOSFET322，所述第一电感33一端电性连接所述第一MOSFET311及第二MOSFET312之间，所述第二电感34一端电性连接所述第三MOSFET321及第四MOSFET322之间，所述第一电感33另一端及所述第二电感34另一端电性连接所述蓄电池21之正极，所述蓄电池21之负极分别电性连接所述第一串联组31及所述第二串联组32；所述第一串联组31及所述第二串联组32分别电性连接所述六相变频器5。

如此一来，所述主控模块8可透过输出方波控制信号给第一至第四MOSFET311、312、321、322，用以控制其工作状态，又或者控制第一至第四MOSFET311、312、321、322形成导通或截止状态，以供达成所述蓄电池21对所述六相永磁式同步电动机6进行放电，或是对所述蓄电池21进行充电。

实施例3：

再来则是介绍单臂式升降压功率转换器的实际电路实施态样，其特征在于，所述单臂式升降压功率转换器4包括第三串联组41、第四串联组42及第三电感43，所述第三串联组41包括第五MOSFET411串联第六MOSFET412，所述第四串联组42包括第七MOSFET421串联第八MOSFET422，所述第三电感43一端电性连接所述第五MOSFET411及第六MOSFET412之间，另一端电性连接所述第七MOSFET421及第八MOSFET422之间，所述超级电容22并联所述第三串联组41，所述第六MOSFET412电性连接所述第八MOSFET422；所述第七MOSFET421电性连接所述六相变频器5。

如此一来，所述主控模块8可透过输出方波控制信号给第五至第八MOSFET411、412、421、422，用以控制其工作状态，又或者控制第五至第八MOSFET411、412、421、422形成导通或截止状态，以供达成所述超级电容22对所述六相永磁式同步电动机6进行放电，或是对所述超级电容22进行充电。

实施例4：

接着介绍所述六相变频器5的电路实施态样，所述六相变频器5包括第五至第十串联组51、52、53、54、55、56，所述第五至第十串联组51、52、53、54、55、56分别包括两串联的MOSFET，所述第五串联组51、第六串联组52及第七串联组53依序并联，所述第八串联组54、第九串联组55及第十串联组56依序并联，所述第五串联组51至所述第十串联组56所包括的两串联的MOSFET的连接点分别电性连接所述六相永磁式同步电动机6。

透过上述之构造，所述主控模块8可供发送控制信号(如方波控制信号)至所述第五至第十串联组之各MOSFET，以供驱使所述六相永磁式同步电动机6作为马达使用，以供输出动力带动所述电动车前进，或是做为发电机使用，以供发挥再生制动的功能，而将动能转为电能而储存于所述蓄电池21或所述超级电容22。

实施例5：

接下来开始介绍各模式的工作原理实施例，首先先介绍充电模式，其特征在于，输入单元9电信号连接所述主控模块8，所述输入单元9可供输入蓄电池电流设定值；所述主控模块8写有充电程序，当所述主控模块8判断所述第一电压值小于第一电压设定值，且所述第二电压值大于第二电压设定值时则执行所述充电程序，所述第二电压设定值大于所述第一电压设定值，以本说明书为例，所述第一电压设定值为42V，第二电压设定值为60V；所述充电程序可供所述主控模块8执行：根据公式1：

运算出蓄电池电流误差值，其中Δi_Bi为蓄电池电流误差值、

为蓄电池电流设定值、i_Bi为第一电流值；接着再根据公式2：Δv_B＝G_Bi*Δi_Bi+v_B运算出电压差值，其中Δv_B为电压差值、G_Bi为调节系数、v_B为第一电压值，其中G_Bi*Δi_Bi代表蓄电池电流误差值经电流调节器调节后之结果；然后根据公式3：

运算出第一责任周期及第二责任周期，其中

为第一责任周期，

为第二责任周期，v_dc为第二电压值，再根据第一责任周期及第二责任周期发出第一方波控制信号及第二方波控制信号；再来将所述第一方波控制信号传送至所述第一MOSFET311、所述第二方波控制信号传送至所述第三MOSFET321，并控制所述第二MOSFET312及第四MOSFET322呈截止状态。

当电动车连接充电站时，可透过上述方式控制第一至第四MOSFET311、312、321、322工作，而达到对蓄电池进行充电的效果。

实施例6：

接着，介绍再生制动时各组件的工作方式，所述输入单元9可供输入超级电容电压设定值；所述主控模块8可供接收所述六相永磁式同步电动机6的转速值，当所述转速值大于一转速默认值时，又或者所述刹车侦测器1发送刹车侦测信号时，则所述主控模块8执行再生制动程序而执行：根据公式4：

运算出超级电容电压误差值，其中Δv_cp为超级电容电压误差值、

为超级电容电压设定值、v_cp为第三电压值；接着再根据公式5：

运算出第一电压补偿值，其中Δv_cmd1为第一电压补偿值，其中G_cpv*Δv_cp代表所述超级电容电压误差值经由电压调节器进行调节，G_cpv为调节系数；再来当所述第三电压值大于所述第二电压值时，进行升压充电模式，根据公式6：

运算出第三责任周期，其中

为所述第三责任周期、v_dc为第二电压值；当所述第三电压值小于所述第二电压值时，进行降压充电模式，根据公式7：

运算出所述第三责任周期，再根据所述第三责任周期发出第三方波控制信号；所述主控模块8控制所述第五MOSFET411及第八MOSFET422呈截止状态，控制所述第七MOSFET421呈导通状态，并将第三方波控制信号传送至第六MOSFET412。

如此一来，本发明可供根据上述内容，在刹车时将所述六相永磁式同步电动机6的动能转换成电能而储存至所述超级电容22内，藉此来达到节省能源使用，以及延长蓄电池组2的蓄电量。

实施例7：

本实施例介绍所述蓄电池放电时，所述主控模块的工作方式，其特征在于，所述输入单元9可供输入六相变频器电压默认值；所述主控模块8执行蓄电池放电程序而执行：根据公式8：

运算出六相变频器电压误差值，其中Δv_dc为所述六相变频器电压误差值、

为所述六相变频器电压默认值；再根据公式9：

运算出第二电压补偿值，其中Δv_cmd2为第二电压补偿值，G_dc为调节系数，同样的G_dc*Δv_dc1代表所述第一六相变频器电压误差值经电压调节器调节后的结果；然后根据公式10：

运算出第四责任周期及第五责任周期，其中

为所述第四责任周期、

为所述第五责任周期、v_B为第一电压值，再根据第四责任周期及第五责任周期分别发出第四方波控制信号、及第五方波控制信号；接着控制所述第一MOSFET311及第三MOSFET321呈现截止状态、将第四方波控制信号传送至所述第二MOSFET312、第五方波控制信号传送至第四MOSFET322。

透过上述的工作流程，可有效让所述蓄电池21供电给所述六相永磁式同步电动机6工作。

实施例8：

当电动车需要加速或者爬坡时，这时可透过本实施例来将所述超级电容投入供电行列，而让所述六相永磁式同步电动机6接收所述蓄电池21及所述超级电容22的电力来进行工作。其特征在于，所述输入单元9可供输入六相变频器电流默认值；当所述主控模块8判断电动车于加速状态或爬坡状态时，此时所述主控模块8同时执行所述蓄电池放电程序及超级电容放电程序，所述超级电容放电程序可供所述主控模块8执行：根据公式11：

运算出六相变频器电流误差值，其中Δi_dc为六相变频器电流误差值、

为六相变频器电流默认值、i_dc为第二电流值；接着根据公式12：Δv_cmd3＝G_dc*Δi_dc+v_dc运算出第三电压补偿值，其中Δv_cmd3为第三电压补偿值；接着再根据公式13：

运算出第六责任周期，其中

为所述第六责任周期，再根据第六责任周期发出第六方波控制信号至所述第五MOSFET411，然后控制所述第六MOSFET412及第八MOSFET422截止，所述第七MOSFET421导通。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，包括：设于电动车的刹车侦测器、蓄电池组、双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器、六相变频器、六相永磁式同步电动机、直流电压检测模块及主控模块；所述刹车侦测器设于电动车刹车装置，所述刹车侦测器信号连接所述主控模块以供输出刹车侦测信号；所述蓄电池组包括蓄电池及超级电容；所述蓄电池电性连接所述双臂式功率转换器，所述超级电容电性连接所述单臂式升降压功率转换器，所述六相变频器分别电性连接所述六相永磁式同步电动机、双臂式功率转换器及单臂式升降压功率转换器；所述直流电压检测模块分别电性连接所述蓄电池组、六相变频器及主控模块，所述直流电压检测模块用以检测所述蓄电池的第一电流值、第一电压值、所述六相变频器的第二电压值、第二电流值及所述超级电容的第三电压值，并将检测结果传送至所述主控模块；所述主控模块根据所述第一电流值、第一电压值、第二电压值、第二电流值、第三电压值及刹车侦测信号，控制所述双臂式功率转换器、单臂式升降压功率转换器的工作模式，以供进行充电模式、再生制动模式、蓄电池供电模式或超级电容供电模式；其中所述双臂式功率转换器包括：第一串联组、第二串联组、第一电感及第二电感，所述第一串联组包括第一MOSFET串联第二MOSFET，所述第二串联组包括第三MOSFET串联第四MOSFET，所述第一电感一端电性连接所述第一MOSFET及所述第二MOSFET之间，所述第二电感一端电性连接所述第三MOSFET及所述第四MOSFET之间，所述第一电感另一端及所述第二电感另一端电性连接所述蓄电池之正极，所述蓄电池之负极分别电性连接所述第一串联组及所述第二串联组；所述第一串联组及所述第二串联组分别电性连接所述六相变频器；其中输入单元电信号连接所述主控模块，所述输入单元可供输入蓄电池电流设定值；所述主控模块写有充电程序，当所述主控模块判断所述第一电压值小于第一电压设定值，且所述第二电压值大于第二电压设定值时则执行所述充电程序，所述第二电压设定值大于所述第一电压设定值；所述充电程序可供所述主控模块执行：根据公式1：

运算出蓄电池电流误差值，其中Δi_Bi为蓄电池电流误差值、

为蓄电池电流设定值、i_Bi为第一电流值；接着再根据公式2：Δv_B＝G_Bi*Δi_Bi+v_B运算出蓄电池电压误差值，其中Δv_B为蓄电池电压误差值、G_Bi为调节系数、v_B为第一电压值；然后根据公式3：

运算出第一责任周期及第二责任周期，其中

为第一责任周期，

为第二责任周期，v_dc为第二电压值，再根据第一责任周期及第二责任周期发出第一方波控制信号及第二方波控制信号；再来将所述第一方波控制信号传送至所述第一MOSFET、所述第二方波控制信号传送至所述第三MOSFET，并控制所述第二MOSFET及所述第四MOSFET呈截止状态。

2.根据权利要求1所述的具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述单臂式升降压功率转换器包括第三串联组、第四串联组及第三电感，所述第三串联组包括第五MOSFET串联第六MOSFET，所述第四串联组包括第七MOSFET串联第八MOSFET，所述第三电感一端电性连接所述第五MOSFET及第六MOSFET之间，另一端电性连接所述第七MOSFET及第八MOSFET之间，所述超级电容并联所述第三串联组，所述第六MOSFET电性连接所述第八MOSFET；所述第七MOSFET电性连接所述六相变频器。

3.根据权利要求2所述的具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述六相变频器包括第五至第十串联组，所述第五至第十串联组分别包括两串联的MOSFET，所述第五串联组、所述第六串联组及所述第七串联组依序并联，所述第八串联组、所述第九串联组及所述第十串联组依序并联，所述第五串联组至所述第十串联组所包括的所述两串联的MOSFET的连接点分别电性连接所述六相永磁式同步电动机。

4.根据权利要求3所述的具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述输入单元可供输入超级电容电压设定值；所述主控模块可供接收所述六相永磁式同步电动机的转速值，当所述转速值大于一转速默认值时，又或者所述刹车侦测器发送刹车侦测信号时，则所述主控模块执行再生制动程序而执行：根据公式4：

运算出超级电容电压误差值，其中Δv_cp为超级电容电压误差值、

为超级电容电压设定值、v_cp为第三电压值；接着再根据公式5：

运算出第一电压补偿值，其中Δv_cmd1为第一电压补偿值，G_cpv为调节系数；再来当所述第三电压值大于所述第二电压值时，进行升压式充电模式，所述主控模块控制所述第五MOSFET及第八MOSFET呈截止状态，控制所述第七MOSFET呈导通状态，并将第三方波控制信号传送至第六MOSFET，根据公式6：

运算出第三责任周期，其中

为所述第三责任周期、v_dc为第二电压值；当所述第三电压值小于所述第二电压值时，进行降压式充电模式，根据公式7：

运算出所述第三责任周期，再根据所述第三责任周期发出第三方波控制信号。

5.根据权利要求4所述的具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述输入单元可供输入六相变频器电压默认值；所述主控模块执行蓄电池放电程序而执行：根据公式8：

运算出放电误差值，其中Δv_dc为所述放电误差值、

为所述六相变频器电压默认值；再根据公式9：

运算出第二电压补偿值，其中Δv_cmd2为第二电压补偿值，G_dc为调节系数；然后根据公式10：

运算出第四责任周期及第五责任周期，其中

为所述第四责任周期、

为所述第五责任周期、v_B为第一电压值，再根据第四责任周期及第五责任周期分别发出第四方波控制信号及第五方波控制信号；接着控制所述第一MOSFET及所述第三MOSFET呈现截止状态、将所述第四方波控制信号传送至所述第二MOSFET、所述第五方波控制信号传送至所述第四MOSFET。

6.根据权利要求5所述的具有直流电压检测模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述输入单元可供输入六相变频器电流默认值；当所述主控模块判断电动车处于加速状态时，此时所述主控模块同时执行所述蓄电池放电程序及超级电容放电程序，所述超级电容放电程序可供所述主控模块执行：根据公式11：

运算出六相变频器电流误差值，其中Δi_dc为六相变频器电流误差值、

为六相变频器电流默认值、i_dc为第二电流值；接着根据公式12：Δv_cmd3＝G_dc*Δi_dc+v_dc运算出第三电压补偿值，其中Δv_cmd3为所述第三电压补偿值；接着再根据公式13：

运算出第六责任周期，再根据第六责任周期发出第六方波控制信号至所述第五MOSFET，然后控制所述第六MOSFET及第八MOSFET截止，所述第七MOSFET导通。

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