具有車載充電單元的電力供電車輛的制作方法
【專利摘要】一種帶有蓄電池形式的自備電源的電動(dòng)車輛，包括：通過(guò)或不通過(guò)機(jī)械傳輸與車輪連接的單個(gè)電機(jī)以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：?jiǎn)蝹€(gè)或多個(gè)用于控制所述電機(jī)的速度和/或轉(zhuǎn)矩的可逆換能器、高值電容器和具有放電開(kāi)關(guān)的鎮(zhèn)流電阻、具有控制系統(tǒng)的直流-直流升壓/降壓可逆換能器、兩個(gè)電流傳感器以及兩個(gè)電壓傳感器，其中：一個(gè)或多個(gè)換能器直接與電源端子連接；電容器通過(guò)所述可逆換能器與所述電源端子連接；第一電流傳感器讀取電源電流的值和方向；第二電流傳感器監(jiān)控電感的電流；第一電壓傳感器測(cè)量所述電源端子的電壓；第二電壓傳感器測(cè)量超級(jí)電容器的端子的電壓；以上所述傳感器的輸出與所述可逆換能器控制系統(tǒng)的輸入連接，而所述可逆換能器控制系統(tǒng)的輸出與所述可逆換能器的控制輸入和所述放電開(kāi)關(guān)連接。技術(shù)效果是提高車輛的功能性性能，減小總的尺寸和成本。
【專利說(shuō)明】具有車載充電單元的電力供電車輛

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電力驅(qū)動(dòng)或混合驅(qū)動(dòng)的車輛。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)電力供電車輛(Electric-powered Vehicles)已經(jīng)成為一種普遍的趨勢(shì)，作為居中解決方案，新產(chǎn)清潔型電動(dòng)車(Electromobiles)和混合動(dòng)力車輛的百分比數(shù)量正穩(wěn)步增長(zhǎng)。
[0003]電力供電車輛(EF1DV, Electrical-Powered Vehicles)大規(guī)模應(yīng)用面臨的根本問(wèn)題在于，電池充電工程以及與此過(guò)程所需時(shí)間緊密相關(guān)的經(jīng)濟(jì)要素。眾所周知，充電電流的增加可明顯減少充電時(shí)間。這在從美國(guó)家用IlOv電源過(guò)渡到強(qiáng)大的類似工業(yè)用的充電單元時(shí)尤為明顯。有一種可能的臨時(shí)選擇是，為與房屋相鄰的車庫(kù)提供一種能夠減少電池充電時(shí)間的通過(guò)干線進(jìn)行充電的專用裝置(例如，混合車輛雪佛蘭伏特用高達(dá)IlOV的標(biāo)準(zhǔn)電壓充電需要6-8小時(shí)，電壓增加到240V后充電僅需要3-4小時(shí))。然而，這種裝置的購(gòu)買和安裝均涉及到一定的額外費(fèi)用(參見(jiàn)2010年D.M.Etkin在汽車工程師雜志2 (61)和4 (63)(Journal of Automotive Engineers2 (61) and4 (63))上發(fā)表的“美國(guó)充電生產(chǎn)汽車的一些工程和經(jīng)濟(jì)要素”("Certain Engineering and Economic Aspects of ElectrifyingProduct1n Cars in the USA〃))。
[0004]充電單元的發(fā)展將使充電單元像加油站一樣廣泛分布，使其能夠在15-30分鐘內(nèi)恢復(fù)80%的電池電量。更重要的是，電池正變得在壁式插座上可充電。(參見(jiàn)A.MIL0VZ0R0V的“正流行從壁式插座補(bǔ)充能量”(〃It’s getting trendy to refuel from wallsocket")，網(wǎng)址 http: //www.utr0.ru/articles/2010/11/24/939328.shtml)。
[0005]一種快速且經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)電池電量的可能方式是將充電單元直接置于車上。
[0006]根據(jù)已知的工程技術(shù)方案(專利US5418437)，一種電力供電車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展為具有充電單元，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(電機(jī)和換能器)、控制系統(tǒng)、控制元件和電池，該充電單元具有用于與交流電源連接的輸入以及與上述電池的輸出連接的輸出。充電單元還具有致動(dòng)裝置，該致動(dòng)裝置監(jiān)測(cè)充電單元情況并控制其運(yùn)行。
[0007]上述裝置的缺點(diǎn)在于:
[0008]-有限的功能性性能一開(kāi)發(fā)成根據(jù)供電網(wǎng)的單一電壓值而運(yùn)行，該裝置提供單一的充電率水平；
[0009]-由于將換能器和充電裝置致動(dòng)裝置置于EPDV上，因而增加了EPDV電氣設(shè)備的重量和成本；
[0010]-安全性不足-沒(méi)有規(guī)定如何使具有與交流源連接的充電單元的車輛停止運(yùn)動(dòng)。
[0011]專利US2007/0068714A1申請(qǐng)案中的技術(shù)方案與本發(fā)明最為接近。上述裝置包含:帶有電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)；兩個(gè)電機(jī)，這兩個(gè)電機(jī)分別與前軸和后軸上的車輪連接并由相關(guān)換能器驅(qū)動(dòng)；以及電池和儲(chǔ)電裝置(具有雙電層和/或飛輪的超級(jí)電容器)，通過(guò)相關(guān)換能器與公用總線連接；控制模塊和充電單元，該充電單元的輸入可通過(guò)匹配變壓器與外部交流電源連接，輸出端子與上述公用總線⑴和㈠連接。
[0012]上述裝置的缺點(diǎn)在于:
[0013]-有限的功能性性能-充電單元僅可在交流電壓被上述變壓器匹配且電壓值高于上述電源總線的電壓值的供電線上運(yùn)行。
[0014]-由于將換能器和充電單元致動(dòng)裝置置于EPDV上，因而增加了EPDV電氣設(shè)備的重量和成本；
[0015]-安全性不足-沒(méi)有規(guī)定如何使具有與交流源連接的充電單元的車輛停止運(yùn)動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明旨在消除上述裝置中發(fā)現(xiàn)的諸多缺點(diǎn)，S卩:增強(qiáng)EPDV從外部電源充電的功能性性能，減輕EPDV的重量，減小EPDV的尺寸，降低EPDV的成本，并使EPDV的運(yùn)行更安全。
[0017]上述目的由本文提出的帶有車載充電單元的電力供電車輛實(shí)現(xiàn)。所述車輛至少包括:通過(guò)或不通過(guò)電力傳輸與車輪連接的單個(gè)電機(jī)，以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括:一個(gè)或多個(gè)用于控制所述電機(jī)的速度和/或轉(zhuǎn)矩的可逆換能器、電池、高值電容器(超級(jí)電容器組(BSC)、帶有回?zé)崞骺刂葡到y(tǒng)的直流-直流升壓/降壓可逆換能器(回?zé)崞?，Re)、兩個(gè)電流傳感器以及兩個(gè)電壓傳感器，其中:一個(gè)或多個(gè)換能器直接與電源(蓄電池，SB)端子連接；電容器通過(guò)上述可逆換能器與所述SB端子連接；所述第一電流傳感器確定所述SB電流的值和方向；監(jiān)測(cè)電感線圈的電流的所述第二電流傳感器為所述可逆換能器的一部分；所述第一電壓傳感器測(cè)量所述SB端子的電壓；所述第二電壓傳感器測(cè)量所述超級(jí)電容器組的端子的電壓；上述傳感器的輸出與所述可逆換能器控制系統(tǒng)的輸入連接，而所述換能器控制系統(tǒng)的輸出與所述可逆換能器的控制輸入和所述放電開(kāi)關(guān)連接。
[0018]向所述EPDV上引入了:三相整流器，所述三相整流器具有與外部電源連接器連接的輸入，以及通過(guò)引入的導(dǎo)體(接觸器、半導(dǎo)體閘流管)與BSC的端子連接的輸出。
[0019]除此之外，與所述整流器輸出連接的還有:電壓傳感器，所述電壓傳感器具有電流隔離式輸出(例如，具有壓降電阻器的光導(dǎo)發(fā)光元件)以及與引入的充電控制單元的輸入連接的輸出，所述電壓傳感器的其它輸入與充電電平選擇器(CLS)狀態(tài)的輸出連接。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1示出了本文提出的電力供電車輛的電路。
[0021]圖2示出了上述電路的運(yùn)行算法。

【具體實(shí)施方式】
[0022]參見(jiàn)圖1，本文提出的電力供電車輛的電路包含具有端子1、2的電源，該電源的電壓通過(guò)電壓傳感器IVS測(cè)量，該電源的電流則通過(guò)電流傳感器ICS測(cè)量。與端子1、2相連接的是:串聯(lián)連接的鎮(zhèn)流電阻R(與旁通二極管D并聯(lián))和放電開(kāi)關(guān)DS ；以及可逆換能器RTU…、ITPi，該可逆換能器用于通過(guò)或不通過(guò)圖1所示的電力傳輸(不通過(guò)的話，利用車輪電動(dòng)機(jī))控制與EPDV車輪鏈接的電動(dòng)機(jī)EMl、…、EMl的速度和/或扭矩，圖中未示出。
[0023]該電路還包含超級(jí)電容器組，超級(jí)電容器組的電壓通過(guò)傳感器2VS測(cè)量。該超級(jí)電容器組與可逆換能器的輸出端子4、2連接，可逆換能器的輸入端子3、2與電源的端子1、2連接?？赡鎿Q能器由四個(gè)與感應(yīng)線圈L的旁通二極管D1、一、D4并聯(lián)的晶體管開(kāi)關(guān)Swl、…、Sw4組成，該感應(yīng)線圈L的電流通過(guò)傳感器2CS測(cè)量。與可逆換能器控制系統(tǒng)相連接的是上述傳感器的輸出。該控制系統(tǒng)的輸出與Re和DS的控制輸入連接。
[0024]EPDV的最高電平控制系統(tǒng)(LCS)將轉(zhuǎn)向角度、油門(mén)踏板位置(速度要求和/或電動(dòng)機(jī)扭矩)、制動(dòng)踏板位置(制動(dòng)力矩設(shè)置)、手剎(停車制動(dòng))、模式開(kāi)關(guān)(向前、向后等)傳感器(未圖示)發(fā)出的信號(hào)鏈接到MS1、…、ITPi。
[0025]該電路由三相整流器R、用于外部電源EPS的連接器C、接觸器Co、3VS的輸出電壓傳感器B、充電控制單元CXU以及充電水平選擇器(CLS)的狀態(tài)來(lái)補(bǔ)充。此時(shí)，輸入B與連接器C連接，正輸出P OUT通過(guò)接觸器C與正輸出4CK連接，負(fù)輸出B與公用總線(端子2)連接。電流隔離式輸出3VS (可采用帶壓降電阻器的光電發(fā)光元件取代)與輸入CCU連接，其他輸入則與輸出CLS連接。輸出CXU鏈接到LCS和回?zé)崞骺刂葡到y(tǒng)(ReCS)。
[0026]本文提出的裝置根據(jù)圖2所示的算法運(yùn)行如下:
[0027]EPS通過(guò)連接器P與EPDV電氣設(shè)備電路連接。所用的EPS可為單相或三相交流電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)或太陽(yáng)能電池板、氫燃料電池源等，輸出電壓為直流或交流的100-380V(這取決于裝置的具體設(shè)計(jì))。CLS用于控制充電模式(充電電流的最大電平)，即:正常、加速以及強(qiáng)制(分別為:N、A或F)，這取決于現(xiàn)場(chǎng)情況和EPS的功率。
[0028]一旦將電壓U3通過(guò)引入的電壓監(jiān)測(cè)電路(由3VS組成)施加到整流器輸出，電壓U3便會(huì)致動(dòng)SB CCU的充電電路，該充電電路:
[0029]1.經(jīng)由LCS會(huì)接通EPDV控制電路(類似于點(diǎn)火開(kāi)關(guān))；
[0030]2.會(huì)使EPDV電氣驅(qū)動(dòng)失去作用，從而防止EPDV利用連接的EPS線纜進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0031]3.由Re發(fā)出的附加命令會(huì)使超級(jí)電容器組(BSC)的電壓達(dá)到U的最大值BSCmax ；
[0032]4.監(jiān)測(cè)BSC電壓的電壓傳感器2VS會(huì)給出致動(dòng)電氣設(shè)備電路接觸器Co的命令，該接觸器Co會(huì)將整流器B的正輸出鏈接到BSC的正端子；
[0033]5.上述接觸器Co給出的命令會(huì)在由位于EPDV控制面板上的CLS設(shè)置的充電模式N、A或F下和/或借由用于連接EPS的間隔保持連接器P，開(kāi)始從BSC對(duì)SB進(jìn)行充電；
[0034]6.電壓Ubsc下降到U3的電平會(huì)打開(kāi)整流器B的二極管，并開(kāi)始從EPS對(duì)SB進(jìn)行充電，BSC此時(shí)會(huì)用作濾波電容器；
[0035]7.一旦SB電壓達(dá)到由SB電壓傳感器IVS監(jiān)測(cè)的預(yù)設(shè)電平，或者，一旦由SB電流傳感器ICS監(jiān)測(cè)的SB充電率下降到預(yù)設(shè)電平之下，SB充電完成命令便會(huì)形成；
[0036]8.上述命令會(huì)開(kāi)始將超級(jí)電容器組(BSC)值從SB充電到U的最大電壓值BSCmax ；
[0037]9.由用于檢測(cè)BSC電壓的電壓傳感器給出的命令會(huì)斷開(kāi)用于將整流器正輸出連接到BSC正端子的接觸器，并會(huì)耦合用于指示SB充電完成的CCU觸發(fā)器；
[0038]10.不會(huì)解除對(duì)用于防止EPDV利用連接的EPS線纜進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的EPDV電氣驅(qū)動(dòng)(權(quán)利要求2)的鎖定。
[0039]為了解除鎖定并運(yùn)行ETOV，往往需要使EPS線纜從連接器脫開(kāi)。
[0040]工業(yè)實(shí)用性
[0041]向車輛的電路中引入上述元件，以及使用本文提出的算法能夠基于EPDV電氣設(shè)備的現(xiàn)有主電路開(kāi)發(fā)出在EPS參數(shù)方面具有廣泛可選性的EPDV承載式充電單元，并能夠通過(guò)防止EPDV利用耦合的EPS線纜進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來(lái)確保高層級(jí)的EPDV運(yùn)行安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有自備電源作為蓄電池的電力供電車輛，其至少包括:通過(guò)或不通過(guò)電力傳輸與車輪連接的單個(gè)電機(jī)，以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括:單個(gè)或多個(gè)用于控制所述電機(jī)的速度和/或轉(zhuǎn)矩的可逆換能器、高值超級(jí)電容器和具有放電開(kāi)關(guān)的鎮(zhèn)流電阻、具有控制系統(tǒng)的直流-直流升壓/降壓可逆換能器、兩個(gè)電流傳感器以及兩個(gè)電壓傳感器，其中:一個(gè)或多個(gè)可逆換能器直接與電源端子連接；電容器通過(guò)所述可逆換能器與所述電源端子連接；電流傳感器I讀取所述電源電流的值和方向；監(jiān)控電感線圈的電流的電流傳感器2為所述可逆換能器的一部分；電壓傳感器I測(cè)量所述電源端子的電壓；電壓傳感器2測(cè)量所述超級(jí)電容器的端子的電壓；以上所述傳感器的輸出與所述可逆換能器控制系統(tǒng)的輸入連接，而所述可逆換能器控制系統(tǒng)的輸出與所述可逆換能器的控制輸入和所述放電開(kāi)關(guān)連接，其特征在于， 所述電力供電車輛設(shè)有:三相整流器，所述三相整流器的輸入與外部電源連接器連接，所述三相整流器的輸出通過(guò)所述接觸器與所述超級(jí)電容器的端子連接；所述整流器輸出電壓傳感器，所述整流器輸出電壓傳感器的輸出與所述引入的充電控制單元的輸入連接，所述引入的充電控制單元的其它輸入與引入的充電電平選擇器狀態(tài)的輸出連接；以及所述充電控制單元，所述充電控制單元的輸出與所述接觸器的控制輸入、所述可逆換能器控制系統(tǒng)的輸入以及所述電動(dòng)車控制系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述整流器輸出電壓傳感器具有電流隔開(kāi)式輸出，所述輸出由具有壓降電阻器的光導(dǎo)發(fā)光元件組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，為了在充電過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束階段實(shí)現(xiàn)所述接觸器的無(wú)電流切換，使所述超級(jí)電容器的電壓電平超過(guò)在所述整流器輸出的電壓電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，一旦將電壓施加到所述整流器輸出上，所述電壓將使所述電力供電車輛的驅(qū)動(dòng)器的換能器失去作用，以便防止所述電力供電車輛采用所述外部電源的連接線纜進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK104185568SQ201280060447
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月10日
【發(fā)明者】奧列格·格里戈里耶維奇·達(dá)什科, 安德烈·瓦西里耶維奇·多爾戈拉普捷夫, 耶夫蓋尼·亞歷山德羅維奇·斯莫特羅夫, 徳米特里·韋尼阿米諾維奇·韋爾希寧, 謝爾蓋·鮑里索維奇·澤寧, 亞歷山大·尤里耶維奇·蘇烈尼克 申請(qǐng)人:能源和電動(dòng)汽車項(xiàng)目有限責(zé)任公司