專利名稱：電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)車輛領(lǐng)域，尤其涉及一種動(dòng)力電池與超級(jí)電容混合驅(qū)動(dòng)并且具有制動(dòng)能量回收功能的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，電動(dòng)車的研發(fā)與應(yīng)用已成為改善城市環(huán)境污染和降低能源依賴度的有效途徑之一。但傳統(tǒng)的蓄電池為動(dòng)力的電動(dòng)車，受蓄電池比功率小、工作溫度范圍小、充放電壽命短等因素制約，很難滿足廣大的市場(chǎng)需要。超級(jí)電容是近年來出現(xiàn)的一種新型儲(chǔ)能元件， 具有長(zhǎng)壽命、比功率大、質(zhì)量輕、工作溫度范圍寬及環(huán)保等特點(diǎn)。如果能夠?qū)烧呓Y(jié)合，在為電動(dòng)車提供電能時(shí)發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)更好地滿足實(shí)際需求。超級(jí)電容器和蓄電池混合動(dòng)力電動(dòng)車是一種技術(shù)優(yōu)化方案，是當(dāng)前新能源汽車重要發(fā)展方向。超級(jí)電容具有能夠快速充放電的特性，針對(duì)城市工況行駛時(shí)，經(jīng)常遇到紅燈、堵車、頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、停車等情況，超級(jí)電容如果能有效地可以把制動(dòng)、減速所消耗的能量回收用于汽車起動(dòng)、加速，將可以減少能源浪費(fèi)，提高能源使用效率。電池電容混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中要克服超級(jí)電容有比能量低、蓄電池有比功率低等缺點(diǎn)，且對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)各部件之間的參數(shù)匹配要求較高，各個(gè)主要部件、子系統(tǒng)之間的相互作用和影響復(fù)雜，如何對(duì)各部件加以有效的控制，是需要解決和不斷完善的。本實(shí)驗(yàn)新型就是針對(duì)上述問題所提出的一種新的實(shí)驗(yàn)解決方案。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于由此提供一個(gè)包含電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及動(dòng)力電池與超級(jí)電容混合驅(qū)動(dòng)的綜合實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置可以研究如何對(duì)電池與超級(jí)電容混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制達(dá)到更高的能源利用率。也可以利用該實(shí)驗(yàn)裝置模擬電動(dòng)車減速制動(dòng)時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能過程，研究如何最大效率地回收電動(dòng)車輛再生制動(dòng)能量。為了能夠?qū)崿F(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括功率輸出部分、電能驅(qū)動(dòng)部分、集成控制部分；其中A、功率輸出部分電機(jī)1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3、磁粉制動(dòng)器4依次通過聯(lián)軸器5同軸機(jī)械連接；B、電能驅(qū)動(dòng)部分包括有超級(jí)電容組6、DC/DC轉(zhuǎn)換器7、蓄電池組(8)、電機(jī)控制器 9，其有如下連接形式1)蓄電池組8與超級(jí)電容組6直接并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接；2)超級(jí)電容組6與DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，再與蓄電池組8并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接；3)蓄電池組8與DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，再與超級(jí)電容組6并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接；[0012]4)雙DC/DC轉(zhuǎn)換器超級(jí)電容組6和蓄電池組8分別與一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機(jī)控制器9連接；C、集成控制部分包括有轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10、張力控制器11、總監(jiān)控系統(tǒng)12、控制器局域網(wǎng)CAN總線13，其與功率輸出部分和電能驅(qū)動(dòng)部分的連接關(guān)系如下張力控制器11與磁粉制動(dòng)器4連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10連接，電機(jī)控制器9與電機(jī)1連接，最后總監(jiān)控系統(tǒng)12通過控制器局域網(wǎng)CAN總線13與DC/DC轉(zhuǎn)換器7并聯(lián)后分別與張力控制器11、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10和電機(jī)控制器9連接。功率輸出部分中，同軸依次連接電機(jī)1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3、磁粉制動(dòng)器4根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求連接或斷開。所述的總監(jiān)控系統(tǒng)12、張力控制器11、電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10 可采用單片機(jī)、DSP ；所述的DC/DC轉(zhuǎn)換器7采用buck-boost升降壓電路。所述的電機(jī)1具有電磁制動(dòng)功能，既能作為電動(dòng)機(jī)提供轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，也能作為發(fā)電機(jī)回收動(dòng)能并輸送存儲(chǔ)到能源驅(qū)動(dòng)部分中。本實(shí)驗(yàn)新型中能源驅(qū)動(dòng)部分主要由蓄電池組8和超級(jí)電容組6組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器7和總監(jiān)控系統(tǒng)12的控制，蓄電池組和超級(jí)電容組可單獨(dú)或共同為電機(jī)1提供電能。電機(jī)1用于模擬實(shí)驗(yàn)電動(dòng)車上電機(jī)的輸出功率，與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2 連接后，可由轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2測(cè)出電機(jī)1的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩并輸送到總監(jiān)控系統(tǒng)12供實(shí)驗(yàn)分析。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3用于模擬實(shí)驗(yàn)電動(dòng)車的慣量，慣量大小可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，通過增大或減小模擬慣量相應(yīng)尺寸進(jìn)行修改。磁粉制動(dòng)器4與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3連接，用于模擬電動(dòng)車機(jī)械制動(dòng)過程，磁粉制動(dòng)器4的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩由張力控制器11決定?？偙O(jiān)控系統(tǒng)12分別通過CAN總線13 分別連接DC/DC轉(zhuǎn)換器7、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2和張力控制器11，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)采用的控制策略，向DC/DC轉(zhuǎn)換器7、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2和張力控制器11發(fā)送相應(yīng)的指令，對(duì)各控制對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，可以控制并優(yōu)化在能源驅(qū)動(dòng)部分不同的連接模式下和不同控制策略對(duì)功率輸出部分提供電能的效率，也可以實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化在再生制動(dòng)過程中不同控制策略下動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的效率。本發(fā)明可取得如下有益效果(1)具有再生制動(dòng)功能，可以有效地將制動(dòng)時(shí)消耗在機(jī)械系統(tǒng)上的部分能量進(jìn)行回收，與電機(jī)1結(jié)合，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到能源驅(qū)動(dòng)部分中的蓄電池組8和超級(jí)電容組 6中。可以實(shí)驗(yàn)、分析在制動(dòng)過程中，機(jī)械制動(dòng)與電磁制動(dòng)的分配問題，以及能源驅(qū)動(dòng)部分電能存儲(chǔ)的效率問題。(2)綜合實(shí)驗(yàn)裝置由蓄電池組8和超級(jí)電容組6向電機(jī)1提供電能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，既可以分別對(duì)蓄電池組8、超級(jí)電容組6的性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，也可以對(duì)電池-電容混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中蓄電池組8和超級(jí)電容組6中的各種連接模式和功率分配控制策略進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化。(3)本實(shí)驗(yàn)裝置，安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，在此基礎(chǔ)上仍有拓展型，提供增強(qiáng)功能的空間，使實(shí)驗(yàn)更加成熟。

圖1電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的第一結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖2電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的第二結(jié)構(gòu)示意圖；圖3電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的第三結(jié)構(gòu)示意圖；圖4電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的第四結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-電機(jī)，2-轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，3-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，4-磁粉制動(dòng)器，5-聯(lián)軸器，6-超級(jí)電容組，7-DC/DC轉(zhuǎn)換器，8-蓄電池組，9-電機(jī)控制器，10-轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀， 11-張力控制器，12-總監(jiān)控系統(tǒng)，13-CAN總線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的功能分類，可將本實(shí)驗(yàn)裝置分解為三大部分1、功率輸出部分如圖1所示，電機(jī)1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3、磁粉制動(dòng)器 4依次通過聯(lián)軸器5同軸機(jī)械連接，電機(jī)1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2、磁粉制動(dòng)器4均固定在綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)臺(tái)架上，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3兩端由支架支撐。2、電能驅(qū)動(dòng)部分可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求有多種結(jié)構(gòu)形式(1)蓄電池組8與超級(jí)電容組6直接并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接，如圖1所示；(2)超級(jí)電容組6與DC/DC轉(zhuǎn)換器7連接串聯(lián)連接，再與蓄電池組8并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接，如圖2所示；(3)蓄電池組8與DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，再與超級(jí)電容組6并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接，如圖3所示；(4)雙DC/DC轉(zhuǎn)換器超級(jí)電容組6和蓄電池組8分別與一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機(jī)控制器9連接，如圖4所示。3、集成控制部分連接及與功率輸出部分和電能驅(qū)動(dòng)部分總連接張力控制器11 與磁粉制動(dòng)器4連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10連接，電機(jī)控制器 9與電機(jī)1連接，最后總監(jiān)控系統(tǒng)12通過CAN總線分別與張力控制器11、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10和電機(jī)控制器9連接。具體工作原理如下1、能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(1)蓄電池組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)斷開超級(jí)電容組6與電機(jī)控制器9連接，將蓄電池組8直接與電機(jī)控制器9連接，單獨(dú)為電機(jī)1提供能源。此布置方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對(duì)電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10、張力控制器11的控制及信號(hào)采集，可以對(duì)蓄電池組8 的工作性能進(jìn)行試驗(yàn)及分析，并優(yōu)化控制策略。(2)超級(jí)電容組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)斷開蓄電池組8與電機(jī)控制器9連接，將超級(jí)電容組6 直接與電機(jī)控制器9連接，單獨(dú)為電機(jī)1提供能源。此布置方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對(duì)電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10、張力控制器11的控制及信號(hào)采集，可以對(duì)超級(jí)電容組6的工作性能特性進(jìn)行試驗(yàn)及分析，并優(yōu)化控制策略。(3)蓄電池-超級(jí)電容混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)蓄電池組1和超級(jí)電容組3與電機(jī)控制器9 連接根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求有四種不同的方式。第一種，蓄電池組8與超級(jí)電容組6直接并聯(lián)連接， 后與電機(jī)控制器9連接；第二種，超級(jí)電容組6與DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，再與蓄電池組
58并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接；第三種，蓄電池組8與DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，再與超級(jí)電容組6并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器9連接；第四種，超級(jí)電容組6和蓄電池組8分別與一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器7串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機(jī)控制器9連接。四種方式均可為電機(jī)1提供電能。此種布置方案可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對(duì)電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10、張力控制器11的控制及信號(hào)采集，對(duì)四種連接模式進(jìn)行試驗(yàn)分析，并優(yōu)化控制策略。2、電機(jī)性能實(shí)驗(yàn)斷開轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3之間的連接，使電機(jī)1空轉(zhuǎn)；或斷開磁粉制動(dòng)器4與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2之間的連接，使電機(jī)1帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3轉(zhuǎn)動(dòng)。此方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對(duì)電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10的控制和信號(hào)采集，可以對(duì)電機(jī)1在不同能源驅(qū)動(dòng)模式下的性能進(jìn)行測(cè)試和分析。3、再生制動(dòng)實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同試驗(yàn)要求，總監(jiān)控系統(tǒng)12通過控制張力控制器11，張力控制器11通過改變磁粉制動(dòng)器4制動(dòng)轉(zhuǎn)矩模擬實(shí)驗(yàn)電動(dòng)車的機(jī)械制動(dòng)效果，總監(jiān)控系統(tǒng)12通過控制電機(jī)控制器9，使電機(jī)1的工作狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)。電機(jī)1通過電機(jī)控制器9可與不同的能源驅(qū)動(dòng)模式連接，制動(dòng)后電動(dòng)車模擬慣量的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化成電能存儲(chǔ)到能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)。此布置方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對(duì)電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10、張力控制器11的控制和信號(hào)采集，可以對(duì)不同的電機(jī)、磁粉制動(dòng)器、電能回收控制策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和優(yōu)化。4、總監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，總監(jiān)控系統(tǒng)12通過CAN總線13連接電機(jī)控制器9、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀10、張力控制器11模擬和控制不同的實(shí)驗(yàn)情況，對(duì)總監(jiān)控系統(tǒng)12的控制過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及優(yōu)化，以求達(dá)到更高的峰值功率、能源利用率和再生制動(dòng)回收效率。
權(quán)利要求1.電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置包括功率輸出部分、電能驅(qū)動(dòng)部分、集成控制部分；其中A、功率輸出部分電機(jī)(1)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器O)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(3)、磁粉制動(dòng)器(4)依次通過聯(lián)軸器(5)同軸機(jī)械連接；B、電能驅(qū)動(dòng)部分包括有超級(jí)電容組(6)、DC/DC轉(zhuǎn)換器(7)、蓄電池組⑶、電機(jī)控制器(9)，其有如下連接形式1)蓄電池組(8)與超級(jí)電容組(6)直接并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器(9)連接；2)超級(jí)電容組(6)與DC/DC轉(zhuǎn)換器(7)串聯(lián)連接，再與蓄電池組⑶并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器(9)連接；3)蓄電池組⑶與DC/DC轉(zhuǎn)換器(7)串聯(lián)連接，再與超級(jí)電容組(6)并聯(lián)連接，后與電機(jī)控制器(9)連接；4)雙DC/DC轉(zhuǎn)換器超級(jí)電容組(6)和蓄電池組(8)分別與一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器(7)串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機(jī)控制器(9)連接；C、集成控制部分包括有轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀(10)、張力控制器(11)、總監(jiān)控系統(tǒng)(12)、控制器局域網(wǎng)CAN總線(13)，其與功率輸出部分和電能驅(qū)動(dòng)部分的連接關(guān)系如下 張力控制器(11)與磁粉制動(dòng)器(4)連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器( 與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀(10)連接，電機(jī)控制器(9)與電機(jī)(1)連接，最后總監(jiān)控系統(tǒng)(1 通過控制器局域網(wǎng)CAN 總線(13)與DC/DC轉(zhuǎn)換器(7)并聯(lián)后分別與張力控制器(11)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀 (10)和電機(jī)控制器(9)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，功率輸出部分中，同軸依次連接電機(jī)(1)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器O)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(3)、磁粉制動(dòng)器 ⑷。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的總監(jiān)控系統(tǒng)(12)、張力控制器(11)、電機(jī)控制器(9)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩頻率測(cè)量控制儀(10)可采用單片機(jī)、DSP ；所述的DC/DC轉(zhuǎn)換器(7)采用buck-boost升降壓電路。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電動(dòng)車領(lǐng)域，尤其涉及一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)及能源系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型的主要部分由電機(jī)1、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3、磁粉制動(dòng)器4、電池-超級(jí)電容能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器7、集成控制系統(tǒng)組成。蓄電池組8與超級(jí)電容組6組合共同為電機(jī)1提供能源和快速回收再生制動(dòng)能量。本實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬電動(dòng)車中電機(jī)的啟動(dòng)、加速、制動(dòng)等絕大多數(shù)的運(yùn)行工況，為電動(dòng)車能源控制及再生制動(dòng)功能的開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過改變實(shí)驗(yàn)裝置各部件的相互連接方式，能夠提供能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、電機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、再生制動(dòng)實(shí)驗(yàn)及總監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)等。
文檔編號(hào)G01R31/00GK202033431SQ201120006750
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者馮能蓮, 賓洋, 董昊龍, 魏興 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)