很多電量，此時控制單元控制直流變換器導(dǎo)通，按照電池組的充電電流和電壓的要求進(jìn)行充電，補(bǔ)充能量。反之，表明電容模塊中存儲的電量很少，控制單元控制直流變換器關(guān)斷。
[0034]整流模塊選擇可控硅整流器件。用于將電機(jī)發(fā)出的三相交流電流轉(zhuǎn)換成直流電流儲存在電容模塊中。
[0035]電容模塊由多個特性相同的電容并聯(lián)構(gòu)成一個儲能系統(tǒng)，用于接收來自整流模塊輸出的直流電，當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時提供瞬間大電流滿足電機(jī)瞬時功率的需要，在電機(jī)減速或突然停止時，用于儲存電機(jī)發(fā)出的電能。
[0036]直流變換器采用單向DC-DC，用于當(dāng)電容模塊充滿電時，向電池組進(jìn)行充電，以及時補(bǔ)充電池組能量。由于電池組充電是一個化學(xué)過程，原則上對充電電流的大小有限制，因此通過直流變換器向電池組進(jìn)行充電，根據(jù)電池的充電要求設(shè)定合適的充電電流，確保電池組的安全和可靠。因不同功率的電容模塊中電容的容量、耐壓電氣參數(shù)不一定相同，組成電池組的單個電池充電電壓、充電電流電氣參數(shù)也不一定相同，因此，單向DC-DC的設(shè)計需要根據(jù)實(shí)際電容模塊和電池組的電氣參數(shù)來調(diào)整。該轉(zhuǎn)換器與傳統(tǒng)直流變換器在工作原理圖上沒有本質(zhì)區(qū)別。
[0037]電機(jī)由一組三相電感線圈構(gòu)成，與傳統(tǒng)的電機(jī)沒有本質(zhì)區(qū)別。當(dāng)電機(jī)加速時，充當(dāng)負(fù)載消耗電能；當(dāng)電機(jī)減速或突然停止時又作為發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。
[0038]電機(jī)控制系統(tǒng)采用IGBT作為開關(guān)器件構(gòu)成的整流橋和IGBT驅(qū)動電路。
[0039]圖4為與本發(fā)明相關(guān)的電電混合裝置相關(guān)的電路簡圖。圖中M為電機(jī)；電機(jī)控制系統(tǒng)包括六個英飛凌公司生產(chǎn)的IGBT模塊FS600R07A2E3，每個耐壓達(dá)到650V，通電流能力達(dá)到600A (見圖中虛線框部分)。整流模塊包括六個TECCOR公司生產(chǎn)的可控硅整流二極管S6070W，每個二極管都具有600V反向耐壓及70A的通電流能力(見圖中虛線框部分)，圖中可控硅的A，B，C，D，E，F(xiàn)六個控制點(diǎn)，分別連接到控制單元的六個控制管腳，由六個控制管腳控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)閉。顯然整流模塊的過電流能力要遠(yuǎn)低于電機(jī)控制系統(tǒng)中的IGBT的過電流能力。控制單元包括ADUC812處理器，該處理器帶有兩路12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC，8通道每個通道都是12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，ADUC812的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道比較多，一方面轉(zhuǎn)換采集系統(tǒng)的采集的電流轉(zhuǎn)化的電壓值，一方面也采集電容模塊的電壓。采集系統(tǒng)包括相連接的霍爾器件和電流采樣電路，它將霍爾器件取樣的電流轉(zhuǎn)換為電壓值，由ADUC812自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采集系統(tǒng)和ADUC812之間通過模數(shù)轉(zhuǎn)換接口相連；直流變換器為小功率的單向Ikw以下的DC-DC，與傳統(tǒng)直流變換器在工作原理圖上沒有本質(zhì)區(qū)別，其輸入端與分別與電容的正負(fù)極相連，輸出端分別與電池的正負(fù)極相連?？刂茊卧囊粋€控制管腳連接直流變換器的工作使能端，控制管腳為高使能直流變換器進(jìn)入工作狀態(tài)，為低高禁止直流變換器工作。值得說明的是，本圖所示的電電混合能量回收裝置僅僅是實(shí)際使用中的一個特例，因電機(jī)的運(yùn)用場合不同比如電動汽車和電動摩托車，功率并不完全相同，其中器件、模塊的參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選型，在不違反基本原理的情況下，相關(guān)的多個變換都視為本發(fā)明涉及的范圍。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明的電電混合能量回收方法包括如下步驟:
[0041]步驟1:在電機(jī)負(fù)載減速或突然停止時，電機(jī)瞬間發(fā)出電能；控制單元向采集系統(tǒng)發(fā)出控制指令，采集系統(tǒng)中對電機(jī)控制系統(tǒng)和電池組之間的母線電流大小和流向進(jìn)行采集，并將采集到的電流上報給控制單元；控制單元判斷電流由電機(jī)控制系統(tǒng)流向電池組時，判斷電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。
[0042]步驟2:控制單元控制整流模塊導(dǎo)通，電機(jī)發(fā)出的交流電被整流模塊轉(zhuǎn)換為直流電存儲在電容模塊中；由于整流模塊中開關(guān)器件的導(dǎo)通壓降很小，和電機(jī)相連的母線的電位被拉低，使得電機(jī)控制系統(tǒng)無法給電池組進(jìn)行大電流充電，從而避免了電池組受到電機(jī)瞬間產(chǎn)生的大電流沖擊；而圖1所示的傳統(tǒng)節(jié)能系統(tǒng)的電池組無法回避大電流的沖擊；
[0043]步驟3:在電容模塊被充電的過程中，控制單元實(shí)時采樣電容模塊的電壓，在電容模塊的電壓低于耐壓值的情況下保持充電狀態(tài)；如果電容模塊的電壓超過電容模塊的耐壓值，控制單元控制直流變換器開啟，電容模塊給電池組充電，在電容模塊給電池組充電過程中，如果電容模塊的電壓低于電池組的最低電壓(一般為2.5V)，則控制單元控制直流變換器關(guān)斷；
[0044]步驟4:在電容模塊給電池組充電的過程中，采集系統(tǒng)根據(jù)控制單元的控制指令采集電池組的電壓，當(dāng)電池組中單個電池的電壓達(dá)到規(guī)定值(一般為4.2V)，則采集系統(tǒng)上報給控制單元，由控制單元控制直流變換器關(guān)閉，此時電池組能夠給電機(jī)提供能量；否則，返回步驟3。
[0045]本發(fā)明提出的電電混合能量回收裝置和方法，通過在電機(jī)和電機(jī)控制系統(tǒng)之間添加電容模塊來回收電機(jī)發(fā)出的電能，與傳統(tǒng)設(shè)計方式在電池組和電機(jī)控制系統(tǒng)之間添加電容模塊回收電能相比，本發(fā)明中當(dāng)電機(jī)處于放電狀態(tài)時，因整流模塊工作時，拉低了電機(jī)控制系統(tǒng)和電機(jī)之間連線的電位，使得電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，電機(jī)無法通過電機(jī)控制系統(tǒng)對電池組進(jìn)行充電，使得電池組免受電機(jī)發(fā)出的瞬間大電流沖擊，保護(hù)了電池組，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)電電混合系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)的功能；同時整流模塊也可采用導(dǎo)通壓降小、成本更低的類似可控硅的開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)，而給電池充電的DC-DC也是單向小功率的，為保證電池的安全和可靠性，其充電電流很小，這些設(shè)計都降低了整機(jī)方案的設(shè)計成本和體積。同時，通過內(nèi)部充電的方式來補(bǔ)充電池能量在一定程度上能夠減少通過外部充電方式來給電池補(bǔ)充能量的次數(shù)，延長了電池的續(xù)航時間。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)回收電能的同時，也能給電池提供一條充電路徑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電電混合能量回收裝置，包括電池組、電機(jī)、電機(jī)控制系統(tǒng)和電容模塊，所述電池組、電機(jī)均通過母線連接電機(jī)控制系統(tǒng)；其特征在于，還包括采集系統(tǒng)、控制單元、直流變換器、整流模塊和電容模塊；在所述電機(jī)控制系統(tǒng)與電池組之間的連線上安裝有采集系統(tǒng)；所述控制單元分別連接所述采集系統(tǒng)、整流模塊、直流變換器和電容模塊；所述電機(jī)和整流模塊之間通過母線相連接；所述整流模塊的輸出端連接電容模塊的輸入端，所述電容模塊的輸出端連接直流變換器和控制單元；所述直流變換器的輸出端連接電池組。2.如權(quán)利要求1所述的電電混合能量回收裝置，其特征在于，所述電池組的第一節(jié)電池的正極和最后一節(jié)電池的負(fù)極分別與母線的正極性線和負(fù)極性線分別相連。3.如權(quán)利要求1所述的電電混合能量回收裝置，其特征在于，所述采集系統(tǒng)包括由霍爾器件構(gòu)成的電流采樣電路，霍爾器件安裝在電機(jī)控制系統(tǒng)與電池組之間的母線上。4.如權(quán)利要求1所述的電電混合能量回收裝置，其特征在于，所述整流模塊選擇可控硅整流器件。5.如權(quán)利要求1所述的電電混合能量回收裝置，其特征在于，所述電容模塊由多個特性相同的電容并聯(lián)構(gòu)成。6.如權(quán)利要求1所述的電電混合能量回收裝置，其特征在于，所述直流變換器采用單向 DC-DCo7.一種電電混合能量回收方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:在電機(jī)負(fù)載減速或突然停止時，電機(jī)瞬間發(fā)出電能；控制單元向采集系統(tǒng)發(fā)出控制指令，采集系統(tǒng)中對電機(jī)控制系統(tǒng)和電池組之間的母線電流大小和流向進(jìn)行采集，并將采集到的電流上報給控制單元；控制單元判斷電流由電機(jī)控制系統(tǒng)流向電池組時，判斷電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)； 步驟2:控制單元控制整流模塊導(dǎo)通，電機(jī)發(fā)出的交流電被整流模塊轉(zhuǎn)換為直流電存儲在電容模塊中；由于整流模塊中開關(guān)器件的導(dǎo)通壓降很小，和電機(jī)相連的母線的電位被拉低，使得電機(jī)控制系統(tǒng)無法給電池組進(jìn)行大電流充電，從而避免了電池組受到電機(jī)瞬間產(chǎn)生的大電流沖擊； 步驟3:在電容模塊被充電的過程中，控制單元實(shí)時采樣電容模塊的電壓，在電容模塊的電壓低于耐壓值的情況下保持充電狀態(tài)；如果電容模塊的電壓超過電容模塊的耐壓值，控制單元控制直流變換器開啟，電容模塊給電池組充電，在電容模塊給電池組充電過程中，如果電容模塊的電壓低于電池組的最低電壓，則控制單元控制直流變換器關(guān)斷； 步驟4:在電容模塊給電池組充電的過程中，采集系統(tǒng)根據(jù)控制單元的控制指令采集電池組的電壓，當(dāng)電池組中單個電池的電壓達(dá)到規(guī)定值，則采集系統(tǒng)上報給控制單元，由控制單元控制直流變換器關(guān)閉，此時電池組能夠給電機(jī)提供能量；否則，返回步驟3。8.如權(quán)利要求7所述的電電混合能量回收方法，其特征在于，所述步驟3中所述的電池組的最低電壓為2.5V。9.如權(quán)利要求7所述的電電混合能量回收方法，其特征在于，所述步驟4中所述單個電池的電壓的規(guī)定值為4.2V。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電電混合能量回收裝置和方法，裝置包括電池組、電機(jī)、電機(jī)控制系統(tǒng)和電容模塊，電池組、電機(jī)均通過母線連接電機(jī)控制系統(tǒng)；還包括采集系統(tǒng)、控制單元、直流變換器、整流模塊和電容模塊；在電機(jī)控制系統(tǒng)與電池組之間的連線上安裝采集系統(tǒng)；控制單元分別連接所述采集系統(tǒng)、整流模塊、直流變換器和電容模塊；所述整流模塊連接電容模塊，電容模塊連接直流變換器和控制單元；直流變換器連接電池組。本發(fā)明避免了電磁組承受瞬間大電流，使得電池組免受電機(jī)發(fā)出的瞬間大電流沖擊。同時，延長電池組的續(xù)航時間。降低了成本，縮小了體積。
【IPC分類】B60L11/18, B60L15/20, B60L11/00
【公開號】CN105235537
【申請?zhí)枴緾N201510627490
【發(fā)明人】鄭偉偉, 蔡曉, 毛建華, 常亞婷
【申請人】西安迅湃快速充電技術(shù)有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月28日