CN1298818A - 电动车辆调速和充电的一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车辆调速和充电的一体化装置,包括斩波器、调速控制电路、直流电机、蓄电池组、大闸、交流输入整流电桥,三个连动转换开关、继电器和充电控制电路,通过拨动转换开关,可分别组成调速回路和充电回路。当转换开关拨向调速回路,由调速控制电路输出控制电压经继电器到斩波器,控制斩波器中的开关管的导通或截止,对电机进行调速;当转换开关拨向充电回路,由充电控制电路输出控制电压经继电器到斩波器,控制器中的行车开关管的导通或截止,对蓄电池进行充电。本发明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。
Description
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。
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。
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，此时构成调速回路，蓄电池组→转换开关SW1→大闸→斩波器→转换开关SW2→直流电机，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，此时构成充电回路，交流输入整流电桥→转换开关SW1→大闸→斩波器→转换开关SW2→蓄电池组，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。
本发明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为行车动变压器T1→整流电桥DB1→比较器A3→三极管Tr5→电阻R4，电容C1组成的延时→光耦OP2→输出负压；所述的刹车控制回路为刹车差动变压器T2→整流电桥DB2→比较器A4→三极管Tr4→电阻R4，电容C2组成的延时→光耦OP3→输出正压。
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。
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。
如图1、2所示，本发明包括斩波器1、调速控制电路2、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3，当转换开关SW1拨向b点，转换开关SW2拨向c点，此时构成调速回路：蓄电池组BV→转换开关SW1→大闸KD→斩波器1→转换开关SW2→直流电机M，同时，转换开关SW3打开，继电器JC不工作，调速控制电路2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1；当转换开关SW1拨向a点，转换开关SW2拨向d点，此时构成充电回路，交流输入整流电桥DB3→转换开关SW1→大闸K1→斩波器1→转换开关SW2→蓄电池组BV，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3输出控制电压经继电器JC到斩波器1。
如图3所示，斩波器1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2和充电控制电路3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。行车控制回路为行车差动变压器T1→整流电桥DB1→比较器A3→三极管Tr5→电阻R4，电容C1组成的延时→光耦OP2→输出负压；刹车控制回路为刹车差动变压器T2→整流电桥DB2→比较器A4→三极管Tr4→电阻R9，电容C2组成的延时→光耦OP3→输出正压。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端出端相连，其发射极输出，一种经电阻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2 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2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2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2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2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2输出控制电压经继电器JC中的常闭触点到斩波器1，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2输出负压到斩波器1，此时斩波器1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2输出的负压越高，斩波器1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2输出正压到斩波器1，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2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2输出端的负电压降为OV，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2输出端为正电位，控制刹车。
合上大闸KD，当连动转换开关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2与斩波器的连接，使充电控制电路3与斩波器1连接，充电控制电路可输出0至15V的负压，控制斩波器1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3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3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3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3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3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。
Claims (6)
1、一种电动车辆调速和充电的一体化装置，包括斩波器(1)、调速控制电路(2)、直流电机(M)、蓄电池组(BV)和大闸(KD)，其特征在于：还包括交流输入整流电桥(DB3)，转换开关(SW1，SW2，SW3)，继电器(JC)和充电控制电路(3)，当转换开关(SW1)拨向b点，转换开关(SW2)拨向c点，此时构成调速回路，蓄电池组(BV)→转换开关(SW1)→大闸(KD)→斩波器(1)→转换开关(SW2)→直流电机(M)，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)的常闭触点到斩波器(1)，控制斩波器中的开关管(V1，V2)的导通或截止，对电机(M)进行调速；当转换开关(SW1)拨向a点，转换开关(SW2)拨向d点，此时构成充电回路，交流输入整流电桥→转换开关(SW1)→大闸(K1)→斩波器(1)→转换开关(SW2)→蓄电池组(BV)，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(3)输出控制电压经继电器(JC)到斩波器，控制斩波器中的开关管(V1)的导通或截止，对蓄电池进行充电。
2、根据权利要求1所述的电动车辆调速和充电的一体化装置，其特征在于：所述的充电控制电路(3)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，当蓄电池组(BV)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(BV)达到最大充电电压时，使光耦(OP1)输出为零，停止充电。
3、根据权利要求1所述的电动车辆调速和充电的一体化装置，其特征在于：所述的转换开关(SW1，SW2，SW3)为机械连动开关或接触器。
4、根据权利要求1所述的电动车辆调速和充电的一体化装置，其特征在于：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为行车差动变压器(T1)→整流电桥(DB1)→比较器(A3)→三极管(Tr5)→电阻(R4)，电容(C1)组成的延时→光耦(OP2)→输出负压；
所述的刹车控制回路为刹车差动变压器(T2)→整流电桥(DB2)→比较器(A4)→三极管(Tr6、Tr4)→电阻(R4)，电容(C2)组成的延时→光耦(OP3)→输出正压。
5、根据权利要求1所述的电动车辆调速和充电的一体化装置，其特征在于：所述的斩波器(1)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(2)和充电控制电路(3)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。
6、根据权利要求1或4所述的电动车辆调速和充电的一体化装置，其特征在于：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)端出端相连，其发射极输出，一种经电阻(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。
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| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUANGDONG MEIYAN ELECTRIC VEHICLE RESEARCH & DEVE Free format text: FORMER OWNER: FAN HANQIANG Effective date: 20020130 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20020130 Address after: Room 2006, overseas Chinese tower, No. 88, Hebei Road, Guangdong, Guangzhou, China Applicant after: Meiyan Electric Vehicle Development Co., Ltd., Guangdong Address before: 510235 Guangdong city of Guangzhou province after the park hund Street No. 49 building 14 Room 202 Applicant before: Fan Hanqiang |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |