CN206095647U - 混合动力专用车辆再生辅助动力试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力专用车辆再生辅助动力试验台，属于混合动力汽车技术领域，包括混合动力专用车辆系统和控制系统，其中混合动力专用车辆系统包括电机Ⅰ、联轴器、可变飞轮组、传感器、电机Ⅱ、锂电池组、电源柜，控制系统包括电机Ⅰ控制器、电机Ⅱ控制器、转矩采集模块、电池管理系统、可控AC/DC整流器，且各控制元件均与CAN总线相连接。本实用新型在实际模拟发电及电能消耗状况的同时验证混合动力汽车制动能量再生控制策略，具备结构简单安装方便，测试功能多。

Description

混合动力专用车辆再生辅助动力试验台

技术领域

本实用新型涉及混合动力汽车技术领域，更具体地说，涉及一种混合动力专用车辆再生辅助动力试验台。

背景技术

目前，大气污染和石油资源匮乏是现今汽车工业面临的两大难题，混合动力作为一种新能源汽车，兼顾动力性、高效性、节能性以及环保性，具备了广阔的应用前景，成为应对环境问题和石油短缺的有效途径。

混合动力汽车发展至今，能量利用效率高和环保性能好是混合动力汽车与传统汽车相比具备的两大优势，一般的混合动力汽车具备再生制动系统，再生制动系统可以将在减速制动中，比如刹车或者下坡时，将车辆的动能转化为电能，并储存在飞轮、电池或者电容器之内，这对于混合动力汽车的发展起到举足轻重的作用，尤其是对混合动力专用车辆的影响更为显著，其中混合动力专用车辆主要是指代工作过程中怠速时间长的车辆，比如：重型、轻型冷冻货车、旅游巴士、救护车以及工程服务车等。因此，为了避免混合动力专用车辆的再生制动系统设计盲目性，开发能够对混合动力专用车辆再生制动系统的性能做出更好的控制及评价的试验台显得极为重要。但是目前对于混合动力专用车辆的研究大多数限于整个混合动力货车的全性能测试的试验台的研究，并对试验台的各部分综合性能进行测试，而并没有专门研究混合动力专用车辆的再生辅助动力的试验台，因此对混合动力专用车辆的再生动力辅助系统的开发并未起到促进作用。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种混合动力专用车辆再生辅助动力试验台，在实际模拟发电及电能消耗状况的同时验证混合动力汽车制动能量再生控制策略，具备结构简单安装方便，测试功能多，可以对混合动力汽车的多种性能进行试验。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种混合动力专用车辆再生辅助动力试验台，包括混合动力专用车辆系统和控制系统，其特征在于：所述混合动力专用车辆系统包括电机Ⅰ、联轴器、可变飞轮组、传感器、电机Ⅱ、锂电池组模块、电源柜，所述电机Ⅰ、可变飞轮组、传感器、电机Ⅱ通过联轴器机械串联连接，电机Ⅰ由电源柜供电，电机Ⅱ分别由电源柜和锂电池组模块供电，电机Ⅱ发出的电能由锂电池组模块存储；

所述控制系统包括上位机、串联于供电电路中用于控制电机Ⅰ的电机Ⅰ控制器、串联于供电电路中用于控制电机Ⅱ的电机Ⅱ控制器、转矩采集模块、锂电池组模块，其中电机Ⅰ控制器、电机Ⅱ控制器、转矩采集模块、锂电池组模块控制通过CAN总线与上位机进行通讯；

所述电源柜与电机Ⅰ控制器之间串联开关S1，电源柜与电机Ⅱ控制器之间串联开关S2，电机Ⅱ控制器与锂电池组模块的输出之间串联开关S3，电机Ⅱ与电机Ⅱ控制器之间串联开关S4，电机Ⅱ与锂电池组模块的输入之间串联开关S5。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：锂电池组模块包括锂电池组、电池管理系统和可控AC/DC整流器组成，其中可控AC/DC整流器的输出经电池管理系统连接锂电池组，电机Ⅱ发出的电能经AC/DC整流器整流滤波后，再经电池管理系统对锂电池组进行充放电管理。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：电机Ⅰ、电机Ⅱ均为变频异步电机。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

本实用新型设计的试验平台可以更好的研究混合动力汽车在减速制动时如何回收制动能量并转化为电能，并将回收到储存到锂电池组中，达到节能减排的目的，成为应对环境问题和石油短缺的有效途径。

本实用新型设计的再生辅助试验台的结构简单，所用原器件的数量较少，并采用电机模拟发动机，能够在混合动力专用车辆的发动机关闭后给外部装置供电，可以避免怠速发生。

附图说明

图1是本实用新型系统结构原理图；

其中，1、电机Ⅰ，2、联轴器，3、可变飞轮组，4、传感器，5、电机Ⅱ，6、转矩采集模块，7、电源柜，8、电机Ⅰ控制器，9、电机Ⅱ控制器，10、电池管理系统，11、可控AC/AD整流器，12、锂电池组，13、上位机。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

如图1所示，本实用新型设计的混合动力车辆再生辅助动力试验台，包括混合动力专用车辆系统和控制系统，其中混合动力专用车辆系统包括电机Ⅰ1、联轴器2、可变飞轮组3、传感器4、电机Ⅱ5、锂电池组模块、电源柜7，所述电机Ⅰ1、可变飞轮组3、传感器4、电机Ⅱ5通过联轴器2机械串联连接；电机Ⅰ1由电源柜7供电，电机Ⅱ5分别由电源柜7和锂电池组模块供电，电机Ⅱ5发出的电由锂电池组模块存储；其中电机Ⅰ1、电机Ⅱ5均采用交频异步电机。

控制系统包括上位机13、串联于供电电路中用于控制电机Ⅰ的电机Ⅰ控制器8、串联于供电电路中用于控制电机Ⅱ的电机Ⅱ控制器9、转矩采集模块6、锂电池组模块，其中电机Ⅰ控制器8、电机Ⅱ控制器9、转矩采集模块6、锂电池组模块控制将采集的信息通过CAN总线传输至上位机13，即各个控制模块通过CAN总线与上位机进行通讯；

电源柜7与电机Ⅰ控制器8之间串联开关S1，用于控制电源柜与电机Ⅰ控制器之间的供电或者断电，电源柜7与电机Ⅱ控制器9之间串联开关S2，用于控制电源柜与电机Ⅱ控制器之间的供电或者断电，电机Ⅱ控制器9与锂电池组模块之间串联开关S3，为电机Ⅱ控制器9的供电情况提供了另一种模式，电机Ⅱ5与电机Ⅱ控制器9串联开关S4，电机Ⅱ5与锂电池组模块之间串联开关S5。

其中交流异步矢量控制器，采用矢量控制方法，具有过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护等保护措施，安全可靠，同时具备CAN通讯功能，可修改控制器相关参数，工作模式变换，给定指令发送；转速可以实时获得，不需要增加转速传感器与转速编码器跟变频异步电机相连，信号发送到异步电机控制器中，进行计算，数据通过CAN总线发送到上位机观察。

锂电池组采用3.2V，300AH的24节磷酸铁锂电池串联，电池管理系统型号是TISNEIS-H4，锂电池组的温度、所有单体的电压、主线上的电流、电池组的实时工作状态、电池组的故障状态、SOC等数据均可以通过上位机采集到。

可控输出AC/DC整流控制器，可以将交流电转换为72V恒压输出直流电源，当电流超过限流值后限制输出，具有过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护等保护措施。

本实用新型的试验平台可以研究在减速制动时如何回收制动能量并转化为电能，并将回收到储存到锂电池组中，达到节能减排的目的，成为应对环境问题和石油短缺的有效途径。

通过控制开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5的开合状态混合动力专用车辆再生辅助动力试验台可以进行混合动力专用车辆系统发电、充电性能测试、纯电动驱动性能测试及储能电池组性能测试等多项功能，当开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，电源柜7对电机Ⅰ控制器8和电机Ⅱ控制器9进行供电，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行发电性能的测试；

当开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，电源柜7对电机Ⅰ控制器8和电机Ⅱ控制器9进行供电，电机Ⅱ5处于发电状态时，将电能通过锂电池组模块控制系统将电能储存到锂电池组模块，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行充电性能的测试；

当开关S1，开关S3，开关S4闭合时，开关S2，开关S5断开，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行纯电动驱动性能的测试；

当开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，电机Ⅱ5处于发电模式，通过改变可变飞轮组的惯量模拟减速工况，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行制动能量回收的性能测试；

当开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，混合动力专用车辆系统进行锂电电池组充放电性能测试及电池管理系统性能测试。具体的原理及测试过程如下所示：

1、混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行发电性能的测试，其测试过程为：开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，电源柜7对电机Ⅰ控制器8和电机Ⅱ控制器9进行供电，电机Ⅰ控制器8控制电机Ⅰ1进行定转速旋转，电机Ⅱ控制器9控制电机Ⅱ5的定子中产生小于电机转速的定频三相有序电流，从而使电机Ⅱ5处于发电模式，可通过上位机13观察电机Ⅱ5的电流，电压，温度数据，以及电机转速和发电效率之间曲线绘制等，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行发电性能的测试，上位机上具有曲线绘制的软件，根据各控制系统采集的数据进行电机Ⅱ转速和发电效率之间曲线自动绘制。

2、混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行充电性能的测试，其测试过程为：电机Ⅱ5处于发电状态时，可控AC/DC整流器11输出接入电池管理系统10给锂电池组12充电，充电电流过大时，AC/DC限制输出，使电流保持在限制值，采用恒流充电模式，输出电流小于限流值后，输出再逐步放大，采用恒压充电模式，可以通过上位机13观测电机Ⅱ5整个发电过程中产生的电能，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行充电性能的测试。为了精准数据，我们以1ms为观测区间。

3、混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行纯电动驱动性能的测试，其测试过程为：开关S1，开关S3，开关S4闭合时，开关S2，开关S5断开，电机Ⅰ1与电机Ⅱ5对拖负载实验，电机Ⅰ控制器8由电源柜7供电，采用定速旋转模式，电机Ⅱ控制器9由锂电池供电，采用定转矩旋转模式，两个电机均同向旋转，电机Ⅱ控制器9逐步增加输出转矩，可通过上位机13观察电机Ⅱ电流，电压，温度数据以及转矩和转速之间关系曲线等，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行纯电动驱动性能的测试。

4、混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行制动能量再回收性能的测试，其测试过程为：开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，电源柜7对电机Ⅰ控制器8和电机Ⅱ控制器9进行供电。电机Ⅰ控制器8控制电机Ⅰ1进行各种定转速旋转工况，电机Ⅱ控制器9控制电机Ⅱ5的定子中产生小于电机转速的定频三相有序电流，从而使电机Ⅱ5处于发电模式，改变可变飞轮组的惯量来模拟不同车身重量下的混合动力专用车辆在相应地减速工况下的能量回收，通过上位机13观测整个能量回收过程中产生的电能，混合动力专用车辆再生辅助动力试验台对混合动力专用车辆系统进行制动能量再回收性能的测试。

5、混合动力专用车辆再生辅助动力试验台进行锂电池组充放电性能测试及电池管理系统性能测试，其测试过程为：当开关S1，开关S2，开关S4和开关S5闭合，开关S3断开，在混合动力专用车辆充放电过程中，进行锂电池组充放电性能测试及电池管理系统性能测试。实时观测电池温度、所有单体的电压、主线上的电流、电池组的实时工作状态、电池组的故障状态、电池SOC信息。

Claims (3)

1.一种混合动力专用车辆再生辅助动力试验台，包括混合动力专用车辆系统和控制系统，其特征在于：所述混合动力专用车辆系统包括电机Ⅰ（1）、联轴器（2）、可变飞轮组（3）、传感器（4）、电机Ⅱ（5）、锂电池组模块、电源柜（7），所述电机Ⅰ（1）、可变飞轮组（3）、传感器（4）、电机Ⅱ（5）通过联轴器（2）机械串联连接，电机Ⅰ（1）由电源柜（7）供电，电机Ⅱ（5）分别由电源柜（7）和锂电池组模块供电，电机Ⅱ（5）发出的电能由锂电池组模块存储；

所述控制系统包括上位机（13）、串联于供电电路中用于控制电机Ⅰ的电机Ⅰ控制器（8）、串联于供电电路中用于控制电机Ⅱ的电机Ⅱ控制器（9）、转矩采集模块（6）、锂电池组模块，其中电机Ⅰ控制器（8）、电机Ⅱ控制器（9）、转矩采集模块（6）、锂电池组模块控制通过CAN总线与上位机（13）进行通讯；

所述电源柜（7）与电机Ⅰ控制器（8）之间串联开关S1，电源柜（7）与电机Ⅱ控制器（9）之间串联开关S2，电机Ⅱ控制器（9）与锂电池组模块的输出之间串联开关S3，电机Ⅱ（5）与电机Ⅱ控制器（9）之间串联开关S4，电机Ⅱ（5）与锂电池组模块的输入之间串联开关S5。

2.根据权利要求1所述的混合动力专用车辆再生辅助动力试验台，其特征在于：所述锂电池组模块包括锂电池组（12）、电池管理系统（10）和可控AC/DC整流器（11）组成，其中可控AC/DC整流器（11）的输出经电池管理系统（10）连接锂电池组（12），电机Ⅱ（5）发出的电经AC/DC整流器（11）整流滤波后，再经电池管理系统（10）对锂电池组（12）进行充放电管理。

3.根据权利要求1所述的混合动力专用车辆再生辅助动力试验台，其特征在于：所述电机Ⅰ（1）、电机Ⅱ（5）均为变频异步电机。