电动车辆调速和充电的一体化装置
技术领域
本发明涉及一种电动车辆,具体地说是涉及一种电动汽车调速和充电的一体化装置。
背景技术
凡是电车车辆都存在对蓄电池组充电的问题,现有技术中对电池充电的充电机都有几十千瓦的功率,且重量约达1吨,体积也有2个立方米左右,如此又重又大的充电机放在电动车辆内,再加上比较重的蓄电池组和斩波器,使得电动车辆运行效率低,利用空间少,而目前尚未有技术方案既能满足电动车辆的充电,又使充电机重量,体积变小,因此,现有大多数的电动车辆都不把充电机安装在车内,以增加电动车辆的运行效率,充电机只能放在指定的地方,就同汽车需要到加油站加油一样,电动车辆也需到放置充电机的充电站长时间充电,这些增加了电动车辆使用上的不便,也制约了电动车辆的发展。
发明内容
本发明的目的在于通过利用电动车辆上的斩波器,提供一种电动车辆调速和充电的一体化装置,可使电动车辆充电时省去笨重的充电机,在任何有市电的地方,只需插上外接插头就可实现对电动车辆的直接充电。
为实现上述目的,本发明包括斩波器、调速控制电路、直流电机、蓄电池组和大闸,其特征在于:还包括交流输入整流电桥,转换开关SW1、SW2、SW3,继电器和充电控制电路;当转换开关SW1拨向b点,转换开关SW2拨向C点,此时依次经蓄电池组BV、转换开关SW1、大闸KD、斩波器、转换开关SW2和直流电机M构成调速回路,同时,转换开关SW3打开,继电器JC不工作,调速控制电路输出控制电压经继电器的常闭触点到斩波器,控制斩波器中的开关管V1、V2的导通和截止,对电机进行调速;当转换开关SW1拨向a点,转换开关SW2拨向d点,此时依次经交流输入整流电桥、转换开关SW1、大闸KD、斩波器、转换开关SW2和蓄电池组BV构成充电回路,同时,转换开关SW3闭合,继电器工作,其三个触点开关动作接通另一组触点,充电控制电路输出控制电压经继电器到斩波器,控制开关管V1的导通和截止,对蓄电池进行充电;
所述的充电控制电路包括比较器A1,比较器A2,电位器P5及光耦OP1,比较器A1的同相端连接电位器P1的可变端,比较器A2的同相端连接电位器P2的可变端,电位器P1、P2、P5各自的两个固定端连接在蓄电池组的正负之间,比较器A1、A2及电位器P5的可变端都连接于光耦OP1的输入端;比较器A1、A2和电位器P5构成三级充电控制,当蓄电池组充电到不同的定值时,比较器A1、比较器A2依次反转,输出高电位,使光耦OP1的输出负压下降,从而减少充电电流,并通过调节电位器P5,在蓄电池组达到最大充电电压时,使光耦OP1输出为零,停止充电。
本发明所述的转换开关SW1、SW2、SW3为机械连动开关;也可用接触器进行转换。
本发明所述的调速控制电路包括20KH振荡器、行车控制回路和刹车控制回路,20KH振荡器的输出端分别与行车控制回路和刹车控制回路相连;所述的行车控制回路依次经行车动变压器T1、整流电桥DB1、比较器A3、三极管Tr5、电阻R4和电容C1组成的延时、光耦OP2、输出负压构成;所述的刹车控制回路依次经刹车差动变压器T2、整流电桥DB2、比较器A4、三极管Tr4、电阻R4和电容C2组成的延时、光耦OP3、输出正压构成。
本发明所述的斩波器包括输入放大电路,脉宽调制电路,行车驱动电路,刹车驱动电路,驱动互锁电路和开关器件绝缘栅双极三极管V1、V2,由调速控制电路和充电控制电路输出的正、负控制电压接入输入放大电路,经放大后的输入电压触发脉宽调制电路产生脉宽调制电压,驱动互锁电路根据输入电压的正负,选择脉宽调制电压相应输出到刹车驱动电路或行车驱动电路,行车驱动电路驱动绝缘栅双极三极管V1的导通,输出行车的调制电压;刹车驱动电路驱动绝缘双极三极管V2的导通,输出刹车的调制电压。
作为对本发明的进一步改进,本发明所述的调速控制回路中设有刹车优先电路,包括三极管Tr6、Tr7,电阻R19、R20,三极管Tr6的基极与刹车回路中的比较器A4的输出端相连,其发射极分三路输出,一路经电阻R14接地,一路经电阻R20连接三极管Tr7的基极,该三极管Tr7的集电极与行车回路中的三极管Tr5的基极相连,一路经电阻R19与刹车回路中的三极管Tr4的基极相连;当同时踏下行车和刹车时,三极管Tr6、Tr7、Tr5导通,使行车回路中的光耦OP2输出为零,同时三极管Tr4为截止,使刹车回路中的光耦OP3输出正压。
由于充电和调速成为一体化,不需要又重又大的充电机对电动车辆进行充电,也不需要再设建充电站,只需利用电动车辆上的斩波器,加上一个充电控制电路,使原本作为调速的斩波器具有了充电机的功能,因此,在任何有市电的地方,只需插上外接插头就可实现对电动车辆的直接充电,大大的方便了电动车辆的充电,也降低了整个电动车辆的造价,减少了重量和被占用的空间,提高了电动车辆的运行效率,使电动车辆能更灵活更方便的使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的原理框图;
图2为本发明中的调速和充电的主回路原理图;
图3为本发明中斩波器的原理方框图;
图4为本发明中的调速控制电路图;
图5为本发明中的充电控制电路图。
具体实施方式
如图1、2所示,本发明包括斩波器、调速控制电路、直流电机M、蓄电池组BV、大闸KD、380V交流输入整流电桥、三个机械连动转换开关SW1,SW2,SW3,继电器JC和充电控制电路,当转换开关SW1拨向b点,转换开关SW2拨向c点,此时依次经蓄电池组BV、转换开关SW1、大闸KD、斩波器、转换开关SW2、直流电机M构成调速回路:同时,转换开关SW3打开,继电器JC不工作,调速控制电路输出控制电压经继电器JC中三个触点开关JC1,JC2,JC3的常闭触点到斩波器;当转换开关SW1拨向a点,转换开关SW2拨向d点,此时依次经交流输入整流电桥DB3、转换开关SW1、大闸KD、斩波器、转换开关SW2、蓄电池组BV构成充电回路,同时,转换开关SW3闭合,继电器JC工作,其三个触点开关JC1,JC2,JC3动作接通另一组触点,充电控制电路输出控制电压经继电器JC到斩波器。
如图3所示,斩波器包括输入放大电路4,脉宽调制电路5,行车驱动电路6,刹车驱动电路7,驱动互锁电路8和开关器件绝缘栅双极三极管V1,V2,由调速控制电路和充电控制电路输出的正、负控制电压接入输入放大电路4经放大后的输入电压触发脉宽调制电路产生脉宽调制电压,驱动互锁电路8根据输入电压的正负,选择脉宽调制电压相应输出到刹车驱动电路或行车驱动电路,行车驱动电路6驱动绝缘栅双极三极管V1的导通,输出行车的调制电压;刹车驱动电路7驱动绝缘双极三极管V2的导通,输出刹车的调制电压。
如图4所示,调速控制电路包括20KH振荡器,行车控制回路和刹车控制回路,20KH振荡器的输出端分别与行车控制回路和刹车控制回路相连。行车控制回路依次经行车差动变压器T1、整流电桥DB1、比较器A3、三极管Tr5、电阻R4和电容C1组成的延时、光耦OP2、输出负压构成;刹车控制回路依次经刹车差动变压器T2、整流电桥DB2、比较器A4、三极管Tr4、电阻R9和电容C2组成的延时、光耦OP3、输出正压构成。在该调速控制回路中还增设有刹车优先电路,包括三极管Tr6,Tr7,电阻R19,R20,三极管Tr6的基极与刹车回路中的比较器A4的输出端相连,其发射极输出,一路经电阻R14接地,一路经电阻R20连接三极管Tr7的基极,该三极管Tr7的集电极与行车回路中的三极管Tr5的基极相连,一路经电阻R19与刹车回路中的三极管Tr4的基极相连。
如图5所示,充电控制电路包括比较器A1,比较器A2,电位器P5及光耦OP1,比较器A1的同相端连接电位器P1的可变端,比较器A2的同相端连接电位器P2的可变端,电位器P1,P2,P5的两个固定端连接在蓄电池组BV的正负之间,比较器A1,A2及电位器P5的可变端都连接于光耦OP1的输入端;比较器A1,A2和电位器P5构成三级充电控制。
上述采用的所有比较器型号为LM358、所有光耦型号为TLP521。
本发明的工作原理阐述如下:
合上大闸KD,当连动转换开关SW1,SW2,SW3拨向调速回路时,调速控制电路工作,踏下行车踏板,由差动变压器T1耦合,整流电桥DB1有直流电压输出,当电压超过3V,比较器A3发生反转,输出高电位,使三极管Tr5截止,再往下踏行车踏板,整流电桥DB1有直流电压输出继续升高,经电阻R4与电容C1构成RC延时后,使光耦OP2导通,延时的目的是防止司机踏行车踏板过快,车辆启动过硬,有了RC延时,车辆启动为软启动。光耦OP2导通后,在调速控制电路的输出接口输出0至15V的负压,踏板踏下的深度与输出的电压成线性关系,行车踏板踏得越深,调速控制电路输出的负压也越高;同理踏下刹车踏板,经差动变压器T2耦合,整流电桥DB2输出直流电压,当电压超过3V,比较器A4发生反转,输出高电位,使三极管Tr6导通,三极管Tr4截止,再往下踏刹车踏板,整流电桥DB1有直流电压输出继续升高,经电阻R9与电容C2构成RC延时后,使光耦OP3导通,延时的目的是防止司机踏刹车踏板过快,车辆刹车过硬,有了RC延时,车辆刹车为软刹车。光耦OP3导通后,在调速控制电路的输出接口输出0至15V的正压,刹车踏板踏得越深,输出也越高;刹车踏板和行车踏板都不踏下时,在调速控制电路的输出接口输出电压为零。上述连动转换开关也可用接触器代替。
调速控制电路输出控制电压经继电器JC中的常闭触点到斩波器,控制斩波器中的开关器件绝缘双极三极管V1,V2导通或截止。当调速控制电路输出负压到斩波器,此时斩波器中产生脉宽调制电压使绝缘双极三极管V1的导通与截止,从而控制电机M转动,调速控制电路输出的负压越高,斩波器中产生脉宽调制电压也越宽,电车的加速也越快;当调速控制电路输出正压到斩波器,此时使绝缘双极三极管V2的导通或截止,控制刹车。在电刹车时电机M成为发电机,发出的电能由电机M流过绝缘双极三极管V1的续流二极管D4,大闸KD及二极管D1向电池充电,刹车踏板踏得越深,刹车电流大即充电电流大,二极管D1的作用是防止司机在刹车时误动作将大闸KD拉开或KD接触不良,否则会烧坏斩波器。
调速控制电路中具有刹车优先功能,当同时踏下行车和刹车时,刹车回路中整流电桥DB2有直流电压,当超过3V时,比较器A4被触发,输出端高电位,三极管Tr6导通,电阻R14产生高电位,高电位电压经电阻R20使三极管Tr7导通,从而使三极管Tr5一直处于导通,迫使光耦OP2截止,使调速控制电路输出端的负电压降为0V,而电阻R14上的高电位由另一路即经过电阻R19使三极管Tr4一直处于截止,只要往深踏下刹车踏板,经电阻R9电容C2的延时后,使光耦OP3导通,调速控制电路输出端为正电位,控制刹车。
合上大闸KD,当联动转换开关SW1,SW2,SW3拨向充电回路时,开关SW3闭合,继电器JC吸合工作,其三个触点开关JC1,JC2,JC3动作接通另一组触点,断开了调速控制电路与斩波器的连接,使充电控制电路与斩波器连接,充电控制电路可输出0至15V的负压,控制斩波器中的开关管绝缘双极三极管V1的导通或截止,对蓄电池BV进行充电。可用市电380V交流,经整流DB3成为约500VDC作为充电源,充电电流的大小依据充电控制电路输出负压的高低,负压越高,斩波器中产生的脉宽调制电压也越宽,充电电流越大,充电回路中的二极管D2的作用是防止电池电压在绝缘双极三极管V1关闭时反向流通。
充电控制电路对电池电压BV实行三级充电控制(如图5),在比较器A1未被触发前,获得最大的充电电流,以充电电流100%计,当蓄电池组BV充电到一定值时,比较器A1同相端的电位器P1的分压超过+5V时,比较器A1被触发,有高电位输出,三极管Tr1截止,电位器P2有控制电位输出,使三极管Tr3导通,使光耦OP1的输出减小,即充电控制电路输出的负压下降,从而使充电电流减小60%;同理随着蓄电池组BV充电电压的升高,比较器A2同相端的电位器P3的分压超过+5V时,比较器A2被触发,有高电位输出,三极管Tr2截止,电位器P4有控制电位输出,使充电控制电路输出的负压更加下降,使充电电流减小80%;电位器P5调节最大允许充电电压,通过调节电位器P5,在蓄电池组BV达到最大额定充电电压时,使充电控制电路的输出为零,斩波器不产生脉宽调制电压,绝缘双极三极管V1处于截止。