CN217705495U - 一种用于电动轮自卸车的回馈制动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电动轮自卸车的回馈制动装置，包括主电路和控制电路，主电路包括电池组、电感、第一功率器件、第二功率器件和接触器，控制电路包括CAN通信电路、模拟量采样电路、主控MCU电路、第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块。主控MCU电路根据接收到的总线命令以及采集到的电流电压信号输出控制信号至第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块，第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块分别控制第一功率器件、第二功率器件的通断，通过主电路中第一功率器件、第二功率器件的通断状态来控制电池组的工作模式，具有结构简单、成本低、工作可靠、能量利用率高的优点。

Description

一种用于电动轮自卸车的回馈制动装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于电动轮自卸车的回馈制动装置。

背景技术

电动轮自卸车是一种应用广泛的矿山机械，其具有载重能力大、使用寿命长、市场保有量大等特点。市场上电动轮自卸车普遍采用的是柴油发动机提供动力的电传动方案，该方案的基本工作原理是柴油机带动发电机发出电能，通过接触器或者变频器控制直流电机或交流电机驱动车辆行驶，为了减少对制动盘的破损，电动轮自卸车减速制动时牵引电机切换成发电模式，将制动能量变成电能，通过电机发电产生的反力矩实现车辆制动，制动时发出的电能消耗在制动电阻箱上，电阻箱再以热能的形式释放到空气中，根据计算，一台载重108吨的电动轮自卸车空车下坡制动时，其电制动功率可以达到800kw以上，由于矿山道路需要频繁上坡和下坡，因此电动轮自卸车需要频繁的使用电制动，造成了极大的能量浪费，如果能将这部分能量回收再利用，将有助于车辆实现节能和降低碳排放。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、工作可靠的用于电动轮自卸车的回馈制动装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：一种用于电动轮自卸车的回馈制动装置，包括主电路和控制电路，所述主电路包括电池组、电感、第一功率器件、第二功率器件和接触器，所述电池组的正极与电感的一端连接，电感另一端与第一功率器件漏极、第二功率器件源极相连，第二功率器件漏极经接触器常开触点后连接整车直流母线，电池组的负极与第一功率器件源极连接后接至整车直流母线；所述控制电路包括CAN通信电路、模拟量采样电路、主控MCU电路、第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块，所述模拟量采样电路与主控MCU电路相连，主控MCU电路经第一PWM驱动模块与第一功率器件栅极相连，主控MCU电路经第二PWM驱动模块与第二功率器件栅极相连，主控MCU电路经CAN通信电路与整车控制器相连。

上述用于电动轮自卸车的回馈制动装置，所述主控MCU电路采用TMS320F28035芯片。

上述用于电动轮自卸车的回馈制动装置，所述CAN通信电路包括ISO1050芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻和TVS管，ISO1050芯片的VCC引脚接电源，ISO1050芯片的GND引脚接地，ISO1050芯片的RXD引脚接TMS320F28035芯片的GPIO30引脚，ISO1050芯片的TXD引脚接TMS320F28035芯片的GPIO31引脚，ISO1050芯片的CANH引脚与第一电阻的一端、第二电阻的一端连接，ISO1050芯片的CANL引脚与第二电阻的另一端、第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端接至CAN总线的1引脚，第三电阻的另一端接至CAN总线的2引脚，CAN总线的1引脚与2引脚之间连接有TVS管。

上述用于电动轮自卸车的回馈制动装置，模拟量采样电路的数量为3路，3路模拟量采样电路采用相同的电路结构，其输出端分别连接TMS320F28035芯片的ADCINB0、ADCINB2、ADCINB3引脚，分别采集电池组端的电流、电池组端的电压和直流母线电压。

上述用于电动轮自卸车的回馈制动装置，所述模拟量采样电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第九电容、第十电容、第十一电容、稳压管和运算放大器，连接器用于连接对应的电流传感器或电压传感器，连接器的1引脚连接第九电容的一端、第八电阻的一端、第十电阻的一端相连，连接器的2引脚连接第九电容的另一端、第八电阻的另一端、第九电阻的一端相连，运算放大器的反相输入端与第九电阻的另一端、第十一电阻的一端、第十电容的一端相连，运算放大器的同相输入端与第十电阻的另一端、第十三电阻的一端、第十一电容的一端相连，第十三电阻的另一端、第十一电容的另一端、稳压管的正极连接在一起并接地，运算放大器的输出端与第十二电阻的一端相连，第十电容的另一端、第十一电阻的另一端、第十二电阻的另一端、稳压管的负极连接在一起并作为模拟量采样电路的输出端。

上述用于电动轮自卸车的回馈制动装置，所述第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块均采用CREE公司的CGD15SG00D2。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型包括主电路和控制电路，主电路包括电池组、第一功率器件、第二功率器件，控制电路包括CAN通信电路、模拟量采样电路、主控MCU电路、第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块，主控MCU电路通过CAN通信电路接收总线命令，主控MCU电路通过模拟量采样电路采集电池组端的电流、电池组端的电压和直流母线电压，主控MCU电路根据接收到的总线命令以及采集到的电流电压信号输出控制信号至第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块，第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块分别控制第一功率器件、第二功率器件的通断，通过主电路中第一功率器件、第二功率器件的通断状态来控制电池组的工作模式，具有结构简单、成本低、工作可靠、能量利用率高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型TMS320F28035芯片的电路图。

图3为本实用新型CAN通信电路的电路图。

图4为本实用新型模拟量采样电路的电路图。

图5 为本实用新型PWM驱动模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，种用于电动轮自卸车的回馈制动装置，包括主电路和控制电路，所述主电路拓扑采用目前在燃料电池和其他新能源电源中常用的双向升降压电路，主电路包括电池组、电感L1、第一功率器件VT1、第二功率器件VT2和接触器KM1，功率器件VT1、VT2均采用C3M0075120K，所述第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块均采用CREE公司的CGD15SG00D2；所述电池组的正极与电感L1的一端连接，电感L1另一端与第一功率器件VT1漏极、第二功率器件VT2源极相连，第二功率器件VT2漏极经接触器KM1常开触点后连接整车直流母线，电池组的负极与第一功率器件VT1源极连接后接至整车直流母线；所述控制电路包括CAN通信电路、模拟量采样电路、主控MCU电路、第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块，所述模拟量采样电路与主控MCU电路相连，主控MCU电路经第一PWM驱动模块与第一功率器件VT1栅极相连，主控MCU电路经第二PWM驱动模块与第二功率器件VT2栅极相连，主控MCU电路经CAN通信电路与整车控制器相连。

如图2所示，所述主控MCU电路采用TMS320F28035芯片，TMS320F28035芯片的GPIO0引脚（即图1中的PWM1）连接第一PWM驱动模块，第一PWM驱动模块连接至第一功率器件VT1的控制引脚，TMS320F28035芯片的GPIO2引脚（即图1中的PWM2）连接第二PWM驱动模块，第二PWM驱动模块连接至第二功率器件VT2的控制引脚。

如图3所示，所述CAN通信电路包括ISO1050芯片U4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和TVS管D2，ISO1050芯片U4的VCC引脚接电源，ISO1050芯片U4的GND引脚接地，ISO1050芯片U4的RXD引脚接TMS320F28035芯片的GPIO30引脚，ISO1050芯片U4的TXD引脚接TMS320F28035芯片的GPIO31引脚，ISO1050芯片U4的CANH引脚与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端连接，ISO1050芯片U4的CANL引脚与第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端连接，第一电阻R1的另一端接至CAN总线P2的1引脚，第三电阻R3的另一端接至CAN总线P2的2引脚，CAN总线P2的1引脚与2引脚之间连接有TVS管D2。

模拟量采样电路的数量为3路，3路模拟量采样电路采用相同的电路结构，其输出端分别连接TMS320F28035芯片的ADCINB0、ADCINB2、ADCINB3引脚，分别采集电池组端的电流、电池组端的电压和直流母线电压。

如图4所示，所述模拟量采样电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、稳压管D13和运算放大器，连接器P14用于连接对应的电流传感器或电压传感器，连接器P14的1引脚连接第九电容C9的一端、第八电阻R8的一端、第十电阻R10的一端相连，连接器P14的2引脚连接第九电容C9的另一端、第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的一端相连，运算放大器的反相输入端与第九电阻R9的另一端、第十一电阻R11的一端、第十电容C10的一端相连，运算放大器的同相输入端与第十电阻R10的另一端、第十三电阻R13的一端、第十一电容C11的一端相连，第十三电阻R13的另一端、第十一电容C11的另一端、稳压管D13的正极连接在一起并接地，运算放大器的输出端与第十二电阻R12的一端相连，第十电容C10的另一端、第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的另一端、稳压管D13的负极连接在一起并作为模拟量采样电路的输出端。

如图5所示，第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块采用相同的电路结构，其连接关系为，CGD15SG00D2驱动模块U2的1脚和2脚分别连接至12V电源的正极和负极，3脚连接至CPU控制电源的负极，4脚连接至CPU的PWM1或PWM2引脚，U2的5脚、6脚和7脚分别连接至P1端子的2脚、2脚和1脚；P1端子连接至VT1或VT2的控制引脚。

本实用新型的工作过程为：

S1：系统初始化，初始化变量和CAN参数，进行系统自检，完成后进入S2;

S2：接收CAN总线命令，CAN总线命令包括电流给定命令，车辆当前工作状态等；除此之外，主控MCU电路还需要进行自检，完成后进入S3;

S3：车辆工作模式判断，假定以电池组充电为正电流，电池组放电为负电流，如果当前电流给定命令中电流方向为正，则判定为制动模式，进入S4；如果电流给定命令中电流方向为负值，则判定为牵引状态，进入S6；如果电流给定为0则判定为非动力状态，此时电池组不充电也不放电，进入S8；

S4：制动模式下，主控MCU电路将电池组的工作模式切换至吸收能量的制动模式，接触器KM1吸合，PWM2驱动信号启动，PWM1驱动信号关闭。完成后进入S5；

S5：控制电池组电流，根据给定电流给电池组充电；如果电池组因为充满或故障导致达不到给定的电流，则给出报警信号，完成后返回S2；

S6：牵引模式下，主控MCU电路将电池组的工作模式切换至释放电量的牵引模式，接触器KM1吸合, PWM1驱动信号启动，PWM2驱动信号关闭，接触器KM1吸合，完成后进入S7；

S7：控制电池组电流，如果电池组电量在设定的安全电量以上，则根据给定控制电池组电流，让电池组放电，为车辆补充动力，如果电量不足，则给出报警信号，完成后返回S2；

S8：非动力模式下，系统不工作，KM1断开，完成后返回S2。

Claims (6)

1.一种用于电动轮自卸车的回馈制动装置，其特征在于：包括主电路和控制电路，所述主电路包括电池组、电感、第一功率器件、第二功率器件和接触器，所述电池组的正极与电感的一端连接，电感另一端与第一功率器件漏极、第二功率器件源极相连，第二功率器件漏极经接触器常开触点后连接整车直流母线，电池组的负极与第一功率器件源极连接后接至整车直流母线；所述控制电路包括CAN通信电路、模拟量采样电路、主控MCU电路、第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块，所述模拟量采样电路与主控MCU电路相连，主控MCU电路经第一PWM驱动模块与第一功率器件栅极相连，主控MCU电路经第二PWM驱动模块与第二功率器件栅极相连，主控MCU电路经CAN通信电路与整车控制器相连。

2.根据权利要求1所述的用于电动轮自卸车的回馈制动装置，其特征在于：所述主控MCU电路采用TMS320F28035芯片。

3.根据权利要求2所述的用于电动轮自卸车的回馈制动装置，其特征在于：所述CAN通信电路包括ISO1050芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻和TVS管，ISO1050芯片的VCC引脚接电源，ISO1050芯片的GND引脚接地，ISO1050芯片的RXD引脚接TMS320F28035芯片的GPIO30引脚，ISO1050芯片的TXD引脚接TMS320F28035芯片的GPIO31引脚，ISO1050芯片的CANH引脚与第一电阻的一端、第二电阻的一端连接，ISO1050芯片的CANL引脚与第二电阻的另一端、第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端接至CAN总线的1引脚，第三电阻的另一端接至CAN总线的2引脚，CAN总线的1引脚与2引脚之间连接有TVS管。

4.根据权利要求3所述的用于电动轮自卸车的回馈制动装置，其特征在于：模拟量采样电路的数量为3路，3路模拟量采样电路采用相同的电路结构，其输出端分别连接TMS320F28035芯片的ADCINB0、ADCINB2、ADCINB3引脚，分别采集电池组端的电流、电池组端的电压和直流母线电压。

5.根据权利要求4所述的用于电动轮自卸车的回馈制动装置，其特征在于：所述模拟量采样电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第九电容、第十电容、第十一电容、稳压管和运算放大器，连接器用于连接对应的电流传感器或电压传感器，连接器的1引脚连接第九电容的一端、第八电阻的一端、第十电阻的一端相连，连接器的2引脚连接第九电容的另一端、第八电阻的另一端、第九电阻的一端相连，运算放大器的反相输入端与第九电阻的另一端、第十一电阻的一端、第十电容的一端相连，运算放大器的同相输入端与第十电阻的另一端、第十三电阻的一端、第十一电容的一端相连，第十三电阻的另一端、第十一电容的另一端、稳压管的正极连接在一起并接地，运算放大器的输出端与第十二电阻的一端相连，第十电容的另一端、第十一电阻的另一端、第十二电阻的另一端、稳压管的负极连接在一起并作为模拟量采样电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的用于电动轮自卸车的回馈制动装置，其特征在于：所述第一PWM驱动模块和第二PWM驱动模块均采用CREE公司的CGD15SG00D2。

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