專利名稱：一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自行車是大眾的主要短途交通工具，目前趨于向電動(dòng)助動(dòng)車方向發(fā)展(主要區(qū)別在于動(dòng)力、重量速度等方面的有所增加，在下面敘述中不再區(qū)別對(duì)待)；而摩托車(包括輕騎)則在農(nóng)村和中小城市個(gè)人交通中十分流行。本發(fā)明涉及一種集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，面向輕型交通工具的電力驅(qū)動(dòng)，主要用于助動(dòng)車與摩托車的清潔動(dòng)力系統(tǒng)。該集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也可用于三輪車、小型游覽車、叉車等物流搬運(yùn)平臺(tái)以及其他需要反復(fù)起動(dòng)的低速小型車輛等輕型交通工具和小型機(jī)械的清潔動(dòng)力源。為說(shuō)明問(wèn)題方便，這里將助動(dòng)車與摩托車作為例子對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)加以描述。
隨著城市空間的擴(kuò)大、流動(dòng)性增加與生活水平的提高，使動(dòng)力型的輕便交通工具需求日益迫切。電動(dòng)型助動(dòng)車因其噪音低、無(wú)氣體污染等特點(diǎn)而被大眾所接受，目前正在迅速推廣中。至于電池可能產(chǎn)生的污染則可以通過(guò)專業(yè)工廠的處理來(lái)控制。電動(dòng)助動(dòng)車(包括電動(dòng)摩托車)的最大缺點(diǎn)是電池性能不理想。鉛酸電池比容量低，例如目前電動(dòng)助動(dòng)車上配的36V/12Ah的鉛酸電池達(dá)12公斤左右，而行駛距離往往在50公里左右，考慮到實(shí)際道路平整度與遇到紅綠燈頻繁剎車、啟動(dòng)情況，城市中實(shí)際有效行駛距離僅僅在30公里左右。后隨著電池的衰退，行駛距離進(jìn)一步縮短。電池的壽命又普遍比較短，通常在一年以內(nèi)。采用鎳鎘電池放電內(nèi)阻低，但固有的充放電記憶特性和嚴(yán)重的潛在污染使得其不適合于作為助動(dòng)車的能源。鎳氫電池克服了鎳鎘電池的污染缺點(diǎn)，且比能有所提高，但其價(jià)格高，自放電嚴(yán)重，能量密度依然不夠高，性能價(jià)格比不具有優(yōu)勢(shì)。鋰電池比能高，與其他電池比較性能優(yōu)異，但目前作為動(dòng)力電池其性能還不夠穩(wěn)定；高昂的價(jià)格，也使其不可能被大規(guī)模推廣?？傊?，用電池作為動(dòng)力，存在著行駛里程短、使用壽命短、價(jià)格高、自重比例高等系列問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能改善電力驅(qū)動(dòng)性能和延長(zhǎng)電池使用壽命的一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下本發(fā)明公開一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與集成控制系統(tǒng)兩部分；其中1)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池、功率變換器；其中功率變換器又包括驅(qū)動(dòng)變換器、充電器、輔助電源，驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為開關(guān)功率變換器，蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，功率變換器接集成控制系統(tǒng)；本發(fā)明中的充電器是專門為能量回饋所設(shè)置的，蓄電池通過(guò)市電充電需要另外的充電器。
2)集成控制系統(tǒng)速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)單元；速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由集成控制系統(tǒng)決定何時(shí)驅(qū)動(dòng)；集成控制系統(tǒng)收集電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工況，并結(jié)合操縱指令，形成對(duì)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制信號(hào)。本發(fā)明能使電動(dòng)機(jī)和電子功率變換器有機(jī)結(jié)合，在城市道路上紅綠燈頻繁的狀況下，在啟動(dòng)過(guò)程能在不提高電池輸出電流的條件下使驅(qū)動(dòng)電機(jī)夠獲得大扭矩的輸出，通過(guò)精心研制的控制器，對(duì)電池進(jìn)行全程充放電管理，其續(xù)駛里程和工作壽命可大大延長(zhǎng)，提高啟動(dòng)性能和延長(zhǎng)電池壽命。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖；圖2升壓與降壓變換器典型電路拓?fù)鋱D；圖3充電用升壓變換器限流限壓控制方案圖；圖4驅(qū)動(dòng)用降壓變換器限流限壓控制方案圖；圖5功率變換器的典型主電路圖；圖6帶逆變器的驅(qū)動(dòng)變換器及充電器圖；圖7是帶逆變器的驅(qū)動(dòng)變換器的典型主回路圖；圖8是雙向驅(qū)動(dòng)變換器圖；圖9是雙向變換器典型電路拓?fù)鋱D；圖10是集成控制系統(tǒng)圖；
圖11是集成控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)變換器控制程序例圖；圖12是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施例圖。
具體實(shí)施例方式
分析上述兩種車型的特點(diǎn)，本發(fā)明提出的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，避免在起動(dòng)與低速下的電池電能利用率低的缺點(diǎn)，與城市道路上紅綠燈頻繁的狀況相適應(yīng)。其啟動(dòng)力矩加大，而續(xù)駛里程和工作壽命得到延長(zhǎng)。
以下是集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)部分說(shuō)明。
1)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池、功率變換器；其中功率變換器又包括驅(qū)動(dòng)變換器、充電器、輔助電源，驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為開關(guān)功率變換器，蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，功率變換器接集成控制系統(tǒng)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)由蓄電池通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器供電，處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)需要減速或所在的車子處于下坡限速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)可工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，充電器則將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的端電壓變換成蓄電池所需的充電電壓，輔助電源對(duì)本發(fā)明的整個(gè)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)中各個(gè)部分提供輔助電源。
驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為具有限流、限壓功能的DC-DC開關(guān)變換器。針對(duì)蓄電池電壓通常高于驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作電壓的情況，以驅(qū)動(dòng)變換器是降壓型DC-DC開關(guān)變換器，充電器是升壓型DC-DC開關(guān)變換器為好。驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端分別接蓄電池與充電器的輸出端，驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端分別接驅(qū)動(dòng)電機(jī)與充電器的輸入端，見附圖5；其中的降壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D、電感L、電容器C組成，半導(dǎo)體開關(guān)的一端接蓄電池，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端分別接二極管的一端及電感的一端，電感的另一端接電容的一端及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，二極管的另一端及電容均接公共端；其中的升壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D1、電感L及電容器C組成，電感的一端接蓄電池，電感的另一端接半導(dǎo)體開關(guān)及接二極管的一端，二極管的另一端接電容的一端及輸出端驅(qū)動(dòng)電機(jī)，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端及電容均接公共端。圖2所示的是升壓與降壓電路的典型電路拓?fù)?。?qū)動(dòng)變換器與充電器均具有限流、限壓功能，圖3所示的是充電用升壓變換器限流限壓的一種控制方案例，圖4所示的是驅(qū)動(dòng)用降壓變換器限流限壓的一種控制方案，圖5所示的是功率變換器的典型主電路。輔助電源通常為降壓型DC-DC開關(guān)變換器。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以采用常規(guī)的交、直流電機(jī)，但又以采用永磁輪轂電機(jī)比較有利。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)時(shí)，功率變換器還包括永磁直流無(wú)刷電機(jī)的逆變器；其中的驅(qū)動(dòng)變換器輸入端接蓄電池，驅(qū)動(dòng)變換器的另一端接逆變器輸入端，逆變器的輸出端接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，即永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，見附圖6(a)；充電器的輸入端接在驅(qū)動(dòng)變換器中DC-DC變換器與逆變器之間或通過(guò)內(nèi)部整流器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接，見附圖6(b)、6(c)；充電器的輸出端接蓄電池。逆變器通常采用常規(guī)的三相六開關(guān)逆變器，見附圖7。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以采用常規(guī)的交、直流電機(jī)，但又以采用永磁輪轂電機(jī)比較有利。當(dāng)需要能量回饋時(shí)，永磁電機(jī)可以直接作為發(fā)電機(jī)給蓄電池充電。作為永磁電機(jī)有永磁交流同步、永磁直流無(wú)刷和永磁直流有刷等類別，其中的永磁直流無(wú)刷電機(jī)與永磁交流同步相比具有制造與控制相對(duì)簡(jiǎn)單，與永磁直流有刷相比則具有維護(hù)簡(jiǎn)單、噪音低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此永磁直流無(wú)刷電機(jī)更適合于本系統(tǒng)，尤其是采用永磁輪轂電機(jī)更具有動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。如同常規(guī)電動(dòng)助動(dòng)車，對(duì)于永磁直流無(wú)刷電機(jī)，驅(qū)動(dòng)變換器需要用逆變器，其本身也可以工作在限流限壓狀態(tài)；通常，將驅(qū)動(dòng)變換器分成如圖6(a)所示的限流型DC-DC開關(guān)電壓變換器與逆變器兩個(gè)部分能更好地工作，包括控制性能好與變換器變換效率高。如圖6(b)所示的是帶逆變器時(shí)充電器的接法。充電器也可以由DC/DC變換器加整流器構(gòu)成，整流器的輸入端接電機(jī)，如圖6(c)所示。當(dāng)驅(qū)動(dòng)變換器本身就是逆變器時(shí)，充電器也需要包含整流器。如圖7所示是帶逆變器的驅(qū)動(dòng)變換器的典型主回路。
通常功率變換器中的逆變器能夠工作在雙向功率流動(dòng)狀態(tài)；如采用圖8所示的雙向驅(qū)動(dòng)變換器，由限流限壓型DC-DC變換器與逆變器結(jié)合而成，功率變換器工作更為可靠、性能更好。雙向驅(qū)動(dòng)變換器同時(shí)具備驅(qū)動(dòng)變換器與充電器兩部分功能，并能省去充電器。雙向功率流控制比較復(fù)雜，輸出電壓(與驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度成比例)完全由設(shè)定值給定，好處是能夠控制減速。由于蓄電池在頻繁充放電過(guò)程中容易老化，采用超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)工作，由超級(jí)電容器承擔(dān)頻繁充放電任務(wù)比較有利于延長(zhǎng)裝置壽命。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)變換器是限壓、限流型輸出的雙向開關(guān)功率變換器時(shí)，其主電路包括半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2、二極管D1與D2、電感L、電容器C，二極管D1與D2是分立的或是分別集成在半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2內(nèi)部；見附圖9。
圖9所示的是典型的雙向變換器電路拓?fù)淅印Ｈ鐖D7所示中的逆變器本身也可以是雙向變換器(這時(shí)需要按照雙向變換器工作模式來(lái)控制)，但用如圖9所示的電路其控制效果通常會(huì)更好些。
2)集成控制系統(tǒng)包括速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理、驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)單元；速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器；如圖10所示。
本發(fā)明的集成控制系統(tǒng)采用包括微電腦芯片的集成電路，統(tǒng)管整個(gè)集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行。其中1)速度與位置檢測(cè)單元為驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置的霍爾傳感器，與信號(hào)處理單元連接。信號(hào)處理單元通過(guò)處理該檢測(cè)信號(hào)，可以獲得驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置與速度信號(hào)。
2)電池工作狀態(tài)檢測(cè)單元包括電池電壓檢測(cè)單元、電池輸出電流與充電檢測(cè)單元、電池溫度檢測(cè)單元。電池電壓檢測(cè)單元與電池并聯(lián)，電池電流檢測(cè)單元與電池串聯(lián)，電池溫度檢測(cè)單元緊貼在電池表面。上述這些單元均與信號(hào)處理單元連接，向信號(hào)處理單元傳送電池狀態(tài)。信號(hào)處理單元通過(guò)處理這些檢測(cè)信號(hào)，可以獲得電池的電量、輸出功率、充電水平等狀態(tài)信息。
3)功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元由功率變換器中的驅(qū)動(dòng)變換器、充電器中的輸入電壓與電流信號(hào)、輸出電壓與電流信號(hào)、溫度等傳感器組成，溫度傳感器進(jìn)貼變換器的散熱器，其余均置于這些電路相應(yīng)處，這些信號(hào)的輸出端與信號(hào)處理單元連接，信號(hào)處理單元通過(guò)處理這些信號(hào)可以獲得變換器的輸入與輸出功率、限流與限壓狀況等變換器狀態(tài)。
4)控制面板接口包括動(dòng)力給定、速度顯示、蓄電池電量顯示等控制面板的信息通訊接口，該接口與信號(hào)處理單元連接。
5)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與充電器驅(qū)動(dòng)單元由電平轉(zhuǎn)換與信號(hào)隔離電路構(gòu)成，與信號(hào)處理單元連接，用于給出驅(qū)動(dòng)變換器與充電變換器的工作電流、電壓指令。
6)信號(hào)處理單元由數(shù)字集成電路、微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成，與上述1)-5)的單元連接。
系統(tǒng)由速度與位置檢測(cè)得到的信號(hào)，及來(lái)自面板接口的操縱指令，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元分析處理，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等單元控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)；位置信號(hào)用于對(duì)永磁直流無(wú)刷電機(jī)或同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)變換器的逆變器控制；由電池工作狀態(tài)檢測(cè)與功率變換器狀態(tài)檢測(cè)得到的信號(hào)(電流、電壓、電量、溫度等)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元分析處理，通過(guò)充電器驅(qū)動(dòng)單元控制充電器的工作、并決定功率變換器的電壓電流大小，以及是否進(jìn)入保護(hù)等。
上述系統(tǒng)包括了調(diào)速、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、電池充放電管理、速度控制、電流限制、動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)管理(包括運(yùn)行狀態(tài)記憶)等功能，還包括面板的顯示與操縱接口(如信號(hào)接收車速顯示；狀態(tài)信號(hào)輸出輸出電流限制指令、輸出電壓指令、喇叭信號(hào))。
本功率變換器的特點(diǎn)是，通過(guò)功率變換將蓄電池的電壓變換成與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速適應(yīng)的水平，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)和低速運(yùn)行時(shí)允許以最大轉(zhuǎn)矩加速而不產(chǎn)生過(guò)流；同時(shí)，通過(guò)開關(guān)功率變換使得低速下電池的輸出電流明顯小于驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流，延長(zhǎng)了電池壽命；在車子下坡限速或減速時(shí)，能夠利用發(fā)電狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為蓄電池的充電電源。功率變換器的輸出受到車速設(shè)定、實(shí)際車速與電池狀態(tài)的三重控制。在低速啟動(dòng)階段，輸出電流控制為最大恒定電流方式；在低、中速度段，速度達(dá)到設(shè)定速度時(shí)，電流根據(jù)負(fù)載而自動(dòng)適應(yīng)，控制目標(biāo)是速度，同時(shí)兼顧最大輸出功率以保護(hù)電池。
輸出電功率還將受到電池狀況的影響，必須控制電池放電時(shí)處于欠壓臨界點(diǎn)上方，保護(hù)電池既不過(guò)放電又能最大限度提取所需的功率。如果電池已經(jīng)處于欠壓狀態(tài)則不允許輸出功率，使電池能夠先通過(guò)充電得到電力。如圖11所示是集成控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)變換器的控制程序例。
當(dāng)電池處于充電狀態(tài)時(shí)，充電方式是根據(jù)電池的實(shí)際情況來(lái)定的，例如當(dāng)電池電量基本未滿時(shí)，采用恒定電流充電；如電池接近充滿時(shí)則采用恒定電壓充電方式。處于充電狀態(tài)時(shí)，充電器通過(guò)調(diào)節(jié)，可以自動(dòng)適應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓變化。
通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低速下的電池過(guò)流現(xiàn)象得到克服，并降低了對(duì)電池的過(guò)電流沖擊，大大提高了電池的運(yùn)行效率與工作壽命。集成控制系統(tǒng)的手動(dòng)控制功能，則可在必要時(shí)用來(lái)提高車子爬坡時(shí)的驅(qū)動(dòng)力和行使時(shí)的加速度。
5)實(shí)施例電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖12所示，由150W永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)(如果用于摩托車，則功率需要在1kW左右)、36V/6Ah動(dòng)力型鉛酸蓄電池、降壓型(BUCK)DC-DC開關(guān)變換器與三相方波逆變器(構(gòu)成驅(qū)動(dòng)變換器)、升壓型(BOOST)DC-DC開關(guān)功率變換器(用于充電器)、輔助電源等構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器由蓄電池供電，工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；當(dāng)需要下坡限速或減速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，通過(guò)充電器為蓄電池充電。驅(qū)動(dòng)變換器與充電器兩者均具有限流、限壓功能；這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是控制比較簡(jiǎn)便(考慮到通常充電電流僅約為驅(qū)動(dòng)電流的1/10-1/3，充電器與驅(qū)動(dòng)器即便同時(shí)工作所產(chǎn)生的環(huán)流也不會(huì)造成嚴(yán)重后果)。這種設(shè)計(jì)的另外一個(gè)特點(diǎn)是，速度控制具有單向性，即電力驅(qū)動(dòng)僅僅在加速和穩(wěn)速有效，一旦速度超過(guò)設(shè)定值(例如手把控制從高速位置返回低速時(shí))，車速依慣性減速，而不是強(qiáng)制減速，這比較符合傳統(tǒng)駕駛習(xí)慣。
集成控制系統(tǒng)由速度與位置檢測(cè)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)等單元構(gòu)成。速度與位置檢測(cè)可以采用永磁直流無(wú)刷電機(jī)自帶的霍爾傳感器、信號(hào)處理單元采用INTEL公司的8XC196KB單片機(jī)。
采用本發(fā)明集成混合動(dòng)力系統(tǒng)的自行車與摩托車等輕型交通工具，其造型及功能滿足自行車和摩托車標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，適應(yīng)現(xiàn)行道路及環(huán)保規(guī)定，是理想的高科技環(huán)保型個(gè)人交通工具。本發(fā)明的集成混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣適用于三輪車、小型游覽車、叉車等物流搬運(yùn)平臺(tái)以及其他需要反復(fù)啟動(dòng)的低速小型車輛等輕型交通工具和小型機(jī)械的清潔動(dòng)力源。
權(quán)利要求
1.一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)其特征在于包括電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)；集成控制系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接；其中1)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池、功率變換器；其中功率變換器又包括驅(qū)動(dòng)變換器、充電器、輔助電源，驅(qū)動(dòng)變換器與充電器均為開關(guān)功率變換器，蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，功率變換器接集成控制系統(tǒng)；2)集成控制系統(tǒng)包括速度與位置檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電池工作狀態(tài)檢測(cè)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)、充電器驅(qū)動(dòng)單元；速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于集成控制系統(tǒng)包括以下部分1)速度與位置檢測(cè)單元為驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置的霍爾傳感器，與信號(hào)處理單元連接；2)電池工作狀態(tài)檢測(cè)單元包括電池電壓檢測(cè)單元、電池輸出電流與充電檢測(cè)單元、電池溫度檢測(cè)單元；電池電壓檢測(cè)單元與電池并聯(lián)，電池電流檢測(cè)單元與電池串聯(lián)，電池溫度檢測(cè)單元緊貼在電池表面，上述這些單元均與信號(hào)處理單元連接；3)功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元由功率變換器中的驅(qū)動(dòng)變換器、充電器中的輸入電壓與電流信號(hào)、輸出電壓與電流信號(hào)、溫度傳感器組成；溫度傳感器緊貼變換器的散熱器，其余均置于這些電路相應(yīng)處，這些信號(hào)的輸出端與信號(hào)處理單元連接；4)控制面板接口包括動(dòng)力給定、速度顯示、蓄電池電量顯示等控制面板的信息通訊接口，該接口與信號(hào)處理單元連接；5)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元與充電器驅(qū)動(dòng)單元由電平轉(zhuǎn)換與信號(hào)隔離電路構(gòu)成，與信號(hào)處理單元連接；6)信號(hào)處理單元由數(shù)字集成電路、微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成，與上述1)-5)的單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于功率變換器中的驅(qū)動(dòng)變換器為降壓型DC/DC開關(guān)變換器，充電器為升壓型DC/DC開關(guān)變換器，驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端分別接蓄電池與充電器的輸出端，驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端分別接驅(qū)動(dòng)電機(jī)與充電器的輸入端；其中的降壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D、電感L、電容器C組成，半導(dǎo)體開關(guān)的一端接蓄電池，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端分別接二極管的一端及電感的一端，電感的另一端接電容的一端及驅(qū)動(dòng)電機(jī)，二極管的另一端及電容均接公共端；其中的升壓型功率變換器主電路由半導(dǎo)體開關(guān)S、二極管D1、電感L及電容器C組成，電感的一端接蓄電池，電感的另一端接半導(dǎo)體開關(guān)及接二極管的一端，二極管的另一端接電容的一端及輸出端驅(qū)動(dòng)電機(jī)，半導(dǎo)體開關(guān)的另一端及電容均接公共端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，功率變換器還包括永磁直流無(wú)刷電機(jī)的逆變器；其中的驅(qū)動(dòng)變換器輸入端接蓄電池，驅(qū)動(dòng)變換器的另一端接逆變器輸入端，逆變器的輸出端接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，即永磁直流無(wú)刷輪轂電機(jī)；充電器的輸入端接在驅(qū)動(dòng)變換器中DC-DC變換器與逆變器之間或通過(guò)內(nèi)部整流器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相接，充電器的輸出端接蓄電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于逆變器為常規(guī)三相六開關(guān)逆變器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動(dòng)變換器是限壓、限流型輸出的雙向開關(guān)功率變換器，其主電路包括半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2、二極管D1與D2、電感L、電容器C，二極管D1與D2是分立的或是分別集成在半導(dǎo)體開關(guān)S1與S2內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種種輕型交通工具的集成電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。包括集成控制系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接；電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)蓄電池分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸入端、充電器的輸出端和輔助電源的輸入端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率輸入接點(diǎn)分別接驅(qū)動(dòng)變換器的輸出端和充電器的輸入端，功率變換器接集成控制系統(tǒng)。集成控制系統(tǒng)速度與位置檢測(cè)單元接信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元分別接電池工作狀態(tài)檢測(cè)、控制面板接口、功率變換器狀態(tài)檢測(cè)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、充電器驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)接至驅(qū)動(dòng)變換器，充電器驅(qū)動(dòng)接至充電器。本發(fā)明的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由集成控制系統(tǒng)決定何時(shí)驅(qū)動(dòng)；集成控制系統(tǒng)收集電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工況，并結(jié)合操縱指令，形成對(duì)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制信號(hào)。
文檔編號(hào)B60L15/20GK1583458SQ20041002528
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者呂征宇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)