CN207518324U - 一种汽车用小型风能发电充放电管理系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，其特征在于：包括风力发电装置，该风力发电装置的输出端口与蓄电池的充电端口相连，该蓄电池的输出端口与DC‑DC升压模块的输入端口相连，该DC‑DC的输出端口与输出控制器的输入端口相连，该输出控制器的输出端口与锂电池的充电端口相连。汽车行驶过程中风的能量转化为电能并通过适合管理策略，为动力电池充电，可提升电池的使用寿命和电动汽车的续航能力。

Description

一种汽车用小型风能发电充放电管理系统

技术领域

本实用新型涉及电子领域，具体涉及一种汽车用小型风能发电充放电管理系统。

背景技术

我国新能源汽车在研发推广、技术水平等方面取得明显成效，产销快速增长。下一步，要坚持市场导向和创新驱动，依托大众创业、万众创新，努力攻克核心技术，打破瓶颈制约，加速新能源汽车发展步伐。一是加快实现动力电池革命性突破。推动大中小企业、高校、科研院所等组建协同攻关、开放共享的动力电池创新平台，在关键材料、电池系统等共性、基础技术研发上集中发力。中央财政采取以奖代补方式，根据动力电池性能、销量等指标对企业给予奖励。加大对动力电池数字化制造成套装备的支持。

虽然全球电动汽车尤其是纯电动汽车发展形势一片利好，但目前为止，公交车、出租车和租赁车才是世界上真正投入使用的纯电动汽车的领军者，纯私人纯电动汽车很少。纯电动汽车之所以到目前还没有被大部分驾驶者接受的原因是复杂的，但究其最主要的还是纯电动汽车的能量源问题。纯电动汽车的电池续航能力严重制约了电动汽车的发展。要提高纯电动汽车的续航里程，主要从提升电池的蓄能水平及电池的能量的管理系统入手。在传统的纯电动汽车上增加风能回收系统，并采用有效的控制策略控制电池充放电，可有效提升电池的续航里程，适合的充放电管理系统可有效提高电池的使用效率，延长电池的使用寿命，这对延长纯电动汽车的行驶里程和降低纯电动汽车成本有重要的现实意义。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，具体技术方案如下：

一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，其特征在于：包括风力发电装置，该风力发电装置的输出端口与蓄电池的充电端口相连，该蓄电池的输出端口与DC-DC升压模块的输入端口相连，该DC-DC的输出端口与输出控制器的输入端口相连，该输出控制器的输出端口与锂电池的充电端口相连；

所述输出控制器的输出端口还分别与输出电流采样模块和输出电压采样模块的输入端口相连，该输出电流采样模块和输出电压采样模块的输出端口分别与处理器的采集端口相连，所述输出控制器的控制端口与所述处理器的控制端口相连；

所述处理器的控制端口组分别与数模转换电压控制模块和数模转换电流模块的输入端口相连，所述数模转换电压控制模块和所述数模转换电流模块的输出端口分别与所述DC-DC升压模块的控制端口组相连。

为更好的实现本实用新型，可进一步为：所述DC-DC升压模块包括电感 L1，该电感L1第一端与蓄电池的输出端口B相连，该电感L1的第二端与二极管D1阳极相连，该二极管D1阴极分别与电容C4和电容C5相连，该二极管D1 阴极为输出端口；

所述蓄电池的输出端口B还与三极管Q2集电极相连，该三极管Q2发射极与三极管Q6的发射极相连，该三极管Q6集电极与负电源相连，所述三极管Q2 的基极经电阻R13与所述控制器的控制端口相连，所述三极管Q2的基极还经电阻R25接地，所述三极管Q6的基极与所述三极管Q2的基极相连；

所述电感L1的第二端还分别与MOS管Q3和MOS管Q4的源极相连，该MOS管Q3和MOS管Q4的漏极分别接地；

所述MOS管Q3的栅极经电阻R18与三极管Q2的发射极和三极管Q6的发射极的公共端相连，所述MOS管Q4的栅极还经电阻R24接地，所述MOS 管Q4的栅极经电阻R14与三极管Q2的发射极和三极管Q6的发射极的公共端相连。

进一步地：所述输出控制器包括MOS管Q1，该MOS管Q1源极经电感L2 与二极管D1阴极相连，该MOS管Q1漏极与锂电池输入端口相连；

所述MOS管Q1的栅极经电阻R4与三极管Q5的集电极相连，该三极管 Q5的发射极接地，该三极管Q5的基极经电阻R11与控制器的控制端口相连，所述三极管Q5的基极还经电阻R21接地，在所述MOS管Q1的源极与栅极之间还跨接有电阻R1，所述MOS管Q1的源极还与二极管D2阴极相连，该二极管D2阳极与MOS管Q1的栅极相连。

进一步地：所述输出电压采样模块包括电阻R3，该电阻R3一端与MOS管 Q1漏极相连，该电阻R3第二端经电阻R8、电阻R15和电阻R22接地，该电阻 R15与电阻R22的公共端与所述控制器的信号采集端口相连。

本实用新型的有益效果为：第一，将汽车行驶过程中风的能量转化为电能并通过适合管理策略，为动力电池充电，可提升电池的使用寿命和电动汽车的续航能力。第二，分别设风力发电装置、蓄电池和DC-DC升压模块，风力发电先对小型蓄电池进行充电，经小型蓄电池对电压调压，调整后的电压通过芯片控制的DC-DC升压模块，经DC-DC升压模块后的电压可满足向动力电池充电。第三，单片机控制三段式充放电DC-DC升压模块，为提高电池的充电效率延长其使用寿命。既是直流转直流的升压器，也是充电电源。单片机可实现根据电池状态采用不同的控制方法对动力电池进行充电。

附图说明

图1为本实用电路框图；

图2为稳压模块电路图；

图3为控制器的电源电路图；

图4为DC-DC升压模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块和输出控制器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示：一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，包括风力发电装置，该风力发电装置的输出端口与蓄电池的充电端口相连，该蓄电池的输出端口与DC-DC升压模块的输入端口相连，该DC-DC的输出端口与输出控制器的输入端口相连，该输出控制器的输出端口与锂电池的充电端口相连；

输出控制器的输出端口还分别与输出电流采样模块和输出电压采样模块的输入端口相连，该输出电流采样模块和输出电压采样模块的输出端口分别与处理器的采集端口相连，输出控制器的控制端口与处理器的控制端口相连，该处理器为单片机；

处理器的控制端口组分别与数模转换电压控制模块和数模转换电流模块的输入端口相连，数模转换电压控制模块和数模转换电流模块的输出端口分别与 DC-DC升压模块的控制端口组相连。

如图2所示：B+为输入蓄电池正极，电感L3、电容C19和电容C20构成 LC滤波器，它能滤除DC-DC电源模块工作时产生的高频干扰，D4为肖特基二极管它的正向导通压降低为0.3V左右，U7为输出正5V的三端稳压器，电容 C22和电容C23为输出滤波电容负责将输入电压降为稳定的5V供给MCU和数字电路工作。

如图3所示：为控制器的电源电路，该控制器为PWM控制器TL494，利用肖特基二极管D4的单向导电性和正向导通电压低的特性将控制器的电源与+B 隔离，当DC-DC的开关管导通给电感充能时+B会下降，此时因为肖特基二极管D4的单向导电性电容C24和电容C5里面的存储的电能继续给控制器供电。使控制器不会因为电感充电时造成的瞬态低压而停止工作。

如图4所示：DC-DC升压模块包括电感L1，该电感L1第一端与蓄电池的输出端口B相连，该电感L1的第二端与二极管D1阳极相连，该二极管D1阴极分别与电容C4和电容C5相连，该二极管D1阴极为输出端口；

蓄电池的输出端口B还与三极管Q2集电极相连，该三极管Q2发射极与三极管Q6的发射极相连，该三极管Q6集电极与负电源相连，三极管Q2的基极经电阻R13与控制器的控制端口相连，三极管Q2的基极还经电阻R25接地，三极管Q6的基极与三极管Q2的基极相连；

电感L1的第二端还分别与MOS管Q3和MOS管Q4的源极相连，该MOS 管Q3和MOS管Q4的漏极分别接地；

MOS管Q3的栅极经电阻R18与三极管Q2的发射极和三极管Q6的发射极的公共端相连，MOS管Q4的栅极还经电阻R24接地，MOS管Q4的栅极经电阻R14与三极管Q2的发射极和三极管Q6的发射极的公共端相连。

输出控制器包括MOS管Q1，该MOS管Q1源极经电感L2与二极管 D1阴极相连，该MOS管Q1漏极与锂电池输入端口相连；

MOS管Q1的栅极经电阻R4与三极管Q5的集电极相连，该三极管Q5的发射极接地，该三极管Q5的基极经电阻R11与控制器的控制端口相连，三极管 Q5的基极还经电阻R21接地，在MOS管Q1的源极与栅极之间还跨接有电阻 R1，MOS管Q1的源极还与二极管D2阴极相连，该二极管D2阳极与MOS管Q1的栅极相连。

输出电压采样模块包括电阻R3，该电阻R3一端与MOS管Q1漏极相连，该电阻R3第二端经电阻R8、电阻R15和电阻R22接地，该电阻R15与电阻 R22的公共端与控制器的信号采集端口相连。

本实用新型工作原理：

电感L1为储能电感，在MOS管Q3和MOS管Q4导通期间将电能转化为磁能储存起来，该MOS管Q3和MOS管Q4作为开关管，在开关管截止期间磁能的变化将会在电感L1两端形成一个与充电时电势相反的电压，这个电压叠加在+B上通过二极管D1给输出电容C4和电容C5充电，直到下个开关周期MOS 管Q3和MOS管Q4再次导通，给电感L1充电。如此往复，就将电压升高了。

三极管Q2和三极管Q6构成的推挽电路放大了控制器的电路驱动能力，使 MOS管Q3和MOS管Q4能更快的导通和关断，减小导通和关断过程产生的开关损耗。

电阻R2、电阻R6、电阻R10和电阻R19是输出采样电阻，它将输出电压分压后送入控制器中的误差放大器与基准电压做比较来挑整输出电压，所以基准电压乘以这里的分压比就是整个电路的输出电压。同理电阻R27是电流采样电阻。

MOS管Q1做开关使用，实现DC-DC的输出关断，当MCU给Out_Ctr一个高电平时，三极管Q5饱和，电流通过电阻R1和电阻R4，经过三极管Q5到地，这时因为二极管D2的存在，MOS管Q1的栅源电压限制在安全的12V。此时MOS管Q1导通，电路才正常输出。当MCU给ut_Ctr一个低平时，三极管 Q5断开，MOS管Q1的栅源电压过电阻R1释放，最终MOS管Q1截止。

电阻R22为电池电压的采样电阻，电阻R3、电阻R8、电阻R15和电阻R22 将电池电压分压后送入ADC进行数模转换后送入MCU处理，实现电压检测。

控制器TL494是脉宽控制器。它的开关频率通过电容C3和电阻R5来设置，它的内部包含了两个误差放大器1脚和2脚是一组，这一组通过将检流电阻上产生的电压与I_ref的电压值做比较，当检流电阻上的电压高于I_ref时关闭输出来达到控制整个DC-DC的输出最大电流的目的，15脚和16脚是另一组这一组误差放大器将输出采样电阻上的电压与V_ref做比较，采样电阻小于V_ref是加大占空比，反之则加大占空比，通过调整占空比来控制输出电压。

Claims (4)

1.一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，其特征在于：包括风力发电装置，该风力发电装置的输出端口与蓄电池的充电端口相连，该蓄电池的输出端口与DC-DC升压模块的输入端口相连，该DC-DC的输出端口与输出控制器的输入端口相连，该输出控制器的输出端口与锂电池的充电端口相连；

所述输出控制器的输出端口还分别与输出电流采样模块和输出电压采样模块的输入端口相连，该输出电流采样模块和输出电压采样模块的输出端口分别与处理器的采集端口相连，所述输出控制器的控制端口与所述处理器的控制端口相连；

所述处理器的控制端口组分别与数模转换电压控制模块和数模转换电流模块的输入端口相连，所述数模转换电压控制模块和所述数模转换电流模块的输出端口分别与所述DC-DC升压模块的控制端口组相连。

2.根据权利要求1所述一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，其特征在于：所述DC-DC升压模块包括电感L1，该电感L1第一端与蓄电池的输出端口B相连，该电感L1的第二端与二极管D1阳极相连，该二极管D1阴极分别与电容C4和电容C5相连，该二极管D1阴极为输出端口；

所述蓄电池的输出端口B还与三极管Q2集电极相连，该三极管Q2发射极与三极管Q6的发射极相连，该三极管Q6集电极与负电源相连，所述三极管Q2的基极经电阻R13与所述控制器的控制端口相连，所述三极管Q2的基极还经电阻R25接地，所述三极管Q6的基极与所述三极管Q2的基极相连；

所述电感L1的第二端还分别与MOS管Q3和MOS管Q4的源极相连，该MOS管Q3和MOS管Q4的漏极分别接地；

所述MOS管Q3的栅极经电阻R18与三极管Q2的发射极和三极管Q6的发射极的公共端相连，所述MOS管Q4的栅极还经电阻R24接地，所述MOS管Q4的栅极经电阻R14与三极管Q2的发射极和三极管Q6的发射极的公共端相连。

3.根据权利要求1所述一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，其特征在于：所述输出控制器包括MOS管Q1，该MOS管Q1源极经电感L2与二极管D1阴极相连，该MOS管Q1漏极与锂电池输入端口相连；

所述MOS管Q1的栅极经电阻R4与三极管Q5的集电极相连，该三极管Q5的发射极接地，该三极管Q5的基极经电阻R11与控制器的控制端口相连，所述三极管Q5的基极还经电阻R21接地，在所述MOS管Q1的源极与栅极之间还跨接有电阻R1，所述MOS管Q1的源极还与二极管D2阴极相连，该二极管D2阳极与MOS管Q1的栅极相连。

4.根据权利要求1所述一种汽车用小型风能发电充放电管理系统，其特征在于：所述输出电压采样模块包括电阻R3，该电阻R3一端与MOS管Q1漏极相连，该电阻R3第二端经电阻R8、电阻R15和电阻R22接地，该电阻R15与电阻R22的公共端与所述控制器的信号采集端口相连。