專利名稱：電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動車輛領域，尤其涉及一種動力電池與超級電容混合驅動并且具有制動能量回收功能的實驗裝置。
背景技術：
當今，電動車的研發(fā)與應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)的蓄電池為動力的電動車，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需要。超級電容是近年來出現(xiàn)的一種新型儲能元件， 具有長壽命、比功率大、質量輕、工作溫度范圍寬及環(huán)保等特點。如果能夠將兩者結合，在為電動車提供電能時發(fā)揮各自的優(yōu)點，將會更好地滿足實際需求。超級電容器和蓄電池混合動力電動車是一種技術優(yōu)化方案，是當前新能源汽車重要發(fā)展方向。超級電容具有能夠快速充放電的特性，針對城市工況行駛時，經常遇到紅燈、堵車、頻繁起動、制動、停車等情況，超級電容如果能有效地可以把制動、減速所消耗的能量回收用于汽車起動、加速，將可以減少能源浪費，提高能源使用效率。電池電容混合驅動系統(tǒng)中要克服超級電容有比能量低、蓄電池有比功率低等缺點，且對于控制器的設計、系統(tǒng)各部件之間的參數(shù)匹配要求較高，各個主要部件、子系統(tǒng)之間的相互作用和影響復雜，如何對各部件加以有效的控制，是需要解決和不斷完善的。本實驗新型就是針對上述問題所提出的一種新的實驗解決方案。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于由此提供一個包含電動車輛再生制動及動力電池與超級電容混合驅動的綜合實驗裝置。該實驗裝置可以研究如何對電池與超級電容混合驅動系統(tǒng)進行有效控制達到更高的能源利用率。也可以利用該實驗裝置模擬電動車減速制動時動能轉化為電能過程，研究如何最大效率地回收電動車輛再生制動能量。為了能夠實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置，其特征在于包括功率輸出部分、電能驅動部分、集成控制部分；其中A、功率輸出部分電機1、轉速轉矩傳感器2、轉動慣量3、磁粉制動器4依次通過聯(lián)軸器5同軸機械連接；B、電能驅動部分包括有超級電容組6、DC/DC轉換器7、蓄電池組(8)、電機控制器 9，其有如下連接形式1)蓄電池組8與超級電容組6直接并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接；2)超級電容組6與DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，再與蓄電池組8并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接；3)蓄電池組8與DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，再與超級電容組6并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接；[0012]4)雙DC/DC轉換器超級電容組6和蓄電池組8分別與一個DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機控制器9連接；C、集成控制部分包括有轉速轉矩頻率測量控制儀10、張力控制器11、總監(jiān)控系統(tǒng)12、控制器局域網CAN總線13，其與功率輸出部分和電能驅動部分的連接關系如下張力控制器11與磁粉制動器4連接，轉速轉矩傳感器2與轉速轉矩頻率測量控制儀10連接，電機控制器9與電機1連接，最后總監(jiān)控系統(tǒng)12通過控制器局域網CAN總線13與DC/DC轉換器7并聯(lián)后分別與張力控制器11、轉速轉矩頻率測量控制儀10和電機控制器9連接。功率輸出部分中，同軸依次連接電機1、轉速轉矩傳感器2、轉動慣量3、磁粉制動器4根據(jù)不同的實驗要求連接或斷開。所述的總監(jiān)控系統(tǒng)12、張力控制器11、電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10 可采用單片機、DSP ；所述的DC/DC轉換器7采用buck-boost升降壓電路。所述的電機1具有電磁制動功能，既能作為電動機提供轉速轉矩，也能作為發(fā)電機回收動能并輸送存儲到能源驅動部分中。本實驗新型中能源驅動部分主要由蓄電池組8和超級電容組6組成，根據(jù)實驗要求，通過DC/DC轉換器7和總監(jiān)控系統(tǒng)12的控制，蓄電池組和超級電容組可單獨或共同為電機1提供電能。電機1用于模擬實驗電動車上電機的輸出功率，與轉速轉矩傳感器2 連接后，可由轉速轉矩傳感器2測出電機1的轉速轉矩并輸送到總監(jiān)控系統(tǒng)12供實驗分析。轉動慣量3用于模擬實驗電動車的慣量，慣量大小可根據(jù)實驗要求，通過增大或減小模擬慣量相應尺寸進行修改。磁粉制動器4與轉動慣量3連接，用于模擬電動車機械制動過程，磁粉制動器4的制動轉矩由張力控制器11決定。總監(jiān)控系統(tǒng)12分別通過CAN總線13 分別連接DC/DC轉換器7、轉速轉矩傳感器2和張力控制器11，根據(jù)不同實驗采用的控制策略，向DC/DC轉換器7、轉速轉矩傳感器2和張力控制器11發(fā)送相應的指令，對各控制對象進行監(jiān)測與控制，可以控制并優(yōu)化在能源驅動部分不同的連接模式下和不同控制策略對功率輸出部分提供電能的效率，也可以實驗和優(yōu)化在再生制動過程中不同控制策略下動能轉換為電能的效率。本發(fā)明可取得如下有益效果(1)具有再生制動功能，可以有效地將制動時消耗在機械系統(tǒng)上的部分能量進行回收，與電機1結合，將動能轉化為電能儲存到能源驅動部分中的蓄電池組8和超級電容組 6中?？梢詫嶒灐⒎治鲈谥苿舆^程中，機械制動與電磁制動的分配問題，以及能源驅動部分電能存儲的效率問題。(2)綜合實驗裝置由蓄電池組8和超級電容組6向電機1提供電能，根據(jù)實驗要求，既可以分別對蓄電池組8、超級電容組6的性能進行試驗檢測，也可以對電池-電容混合驅動系統(tǒng)中蓄電池組8和超級電容組6中的各種連接模式和功率分配控制策略進行試驗和優(yōu)化。(3)本實驗裝置，安裝方便，結構緊湊簡單，在此基礎上仍有拓展型，提供增強功能的空間，使實驗更加成熟。

圖1電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置的第一結構示意圖；[0023]圖2電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置的第二結構示意圖；圖3電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置的第三結構示意圖；圖4電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置的第四結構示意圖；圖中1-電機，2-轉速轉矩傳感器，3-轉動慣量，4-磁粉制動器，5-聯(lián)軸器，6-超級電容組，7-DC/DC轉換器，8-蓄電池組，9-電機控制器，10-轉速轉矩頻率測量控制儀， 11-張力控制器，12-總監(jiān)控系統(tǒng)，13-CAN總線。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明做進一步說明根據(jù)實驗裝置的功能分類，可將本實驗裝置分解為三大部分1、功率輸出部分如圖1所示，電機1、轉速轉矩傳感器2、轉動慣量3、磁粉制動器 4依次通過聯(lián)軸器5同軸機械連接，電機1、轉速轉矩傳感器2、磁粉制動器4均固定在綜合實驗系統(tǒng)臺架上，轉動慣量3兩端由支架支撐。2、電能驅動部分可根據(jù)實驗要求有多種結構形式(1)蓄電池組8與超級電容組6直接并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接，如圖1所示；(2)超級電容組6與DC/DC轉換器7連接串聯(lián)連接，再與蓄電池組8并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接，如圖2所示；(3)蓄電池組8與DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，再與超級電容組6并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接，如圖3所示；(4)雙DC/DC轉換器超級電容組6和蓄電池組8分別與一個DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機控制器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動部分總連接張力控制器11 與磁粉制動器4連接，轉速轉矩傳感器2與轉速轉矩頻率測量控制儀10連接，電機控制器 9與電機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、轉速轉矩頻率測量控制儀10和電機控制器9連接。具體工作原理如下1、能源驅動系統(tǒng)實驗(1)蓄電池組驅動系統(tǒng)斷開超級電容組6與電機控制器9連接，將蓄電池組8直接與電機控制器9連接，單獨為電機1提供能源。此布置方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10、張力控制器11的控制及信號采集，可以對蓄電池組8 的工作性能進行試驗及分析，并優(yōu)化控制策略。(2)超級電容組驅動系統(tǒng)斷開蓄電池組8與電機控制器9連接，將超級電容組6 直接與電機控制器9連接，單獨為電機1提供能源。此布置方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10、張力控制器11的控制及信號采集，可以對超級電容組6的工作性能特性進行試驗及分析，并優(yōu)化控制策略。(3)蓄電池-超級電容混合驅動系統(tǒng)蓄電池組1和超級電容組3與電機控制器9 連接根據(jù)實驗要求有四種不同的方式。第一種，蓄電池組8與超級電容組6直接并聯(lián)連接， 后與電機控制器9連接；第二種，超級電容組6與DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，再與蓄電池組
58并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接；第三種，蓄電池組8與DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，再與超級電容組6并聯(lián)連接，后與電機控制器9連接；第四種，超級電容組6和蓄電池組8分別與一個DC/DC轉換器7串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機控制器9連接。四種方式均可為電機1提供電能。此種布置方案可以根據(jù)不同的實驗要求，通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10、張力控制器11的控制及信號采集，對四種連接模式進行試驗分析，并優(yōu)化控制策略。2、電機性能實驗斷開轉速轉矩傳感器2與轉動慣量3之間的連接，使電機1空轉；或斷開磁粉制動器4與轉速轉矩傳感器2之間的連接，使電機1帶動轉動慣量3轉動。此方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10的控制和信號采集，可以對電機1在不同能源驅動模式下的性能進行測試和分析。3、再生制動實驗根據(jù)不同試驗要求，總監(jiān)控系統(tǒng)12通過控制張力控制器11，張力控制器11通過改變磁粉制動器4制動轉矩模擬實驗電動車的機械制動效果，總監(jiān)控系統(tǒng)12通過控制電機控制器9，使電機1的工作狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電機狀態(tài)。電機1通過電機控制器9可與不同的能源驅動模式連接，制動后電動車模擬慣量的動能會轉化成電能存儲到能源驅動系統(tǒng)內。此布置方案通過總監(jiān)控系統(tǒng)12對電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10、張力控制器11的控制和信號采集，可以對不同的電機、磁粉制動器、電能回收控制策略進行實驗分析和優(yōu)化。4、總監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化試驗根據(jù)不同的實驗要求，總監(jiān)控系統(tǒng)12通過CAN總線13連接電機控制器9、轉速轉矩頻率測量控制儀10、張力控制器11模擬和控制不同的實驗情況，對總監(jiān)控系統(tǒng)12的控制過程進行實驗及優(yōu)化，以求達到更高的峰值功率、能源利用率和再生制動回收效率。
權利要求1.電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置，其特征在于該裝置包括功率輸出部分、電能驅動部分、集成控制部分；其中A、功率輸出部分電機(1)、轉速轉矩傳感器O)、轉動慣量(3)、磁粉制動器(4)依次通過聯(lián)軸器(5)同軸機械連接；B、電能驅動部分包括有超級電容組(6)、DC/DC轉換器(7)、蓄電池組⑶、電機控制器(9)，其有如下連接形式1)蓄電池組(8)與超級電容組(6)直接并聯(lián)連接，后與電機控制器(9)連接；2)超級電容組(6)與DC/DC轉換器(7)串聯(lián)連接，再與蓄電池組⑶并聯(lián)連接，后與電機控制器(9)連接；3)蓄電池組⑶與DC/DC轉換器(7)串聯(lián)連接，再與超級電容組(6)并聯(lián)連接，后與電機控制器(9)連接；4)雙DC/DC轉換器超級電容組(6)和蓄電池組(8)分別與一個DC/DC轉換器(7)串聯(lián)連接，后兩者并聯(lián)連接，最后與電機控制器(9)連接；C、集成控制部分包括有轉速轉矩頻率測量控制儀(10)、張力控制器(11)、總監(jiān)控系統(tǒng)(12)、控制器局域網CAN總線(13)，其與功率輸出部分和電能驅動部分的連接關系如下 張力控制器(11)與磁粉制動器(4)連接，轉速轉矩傳感器( 與轉速轉矩頻率測量控制儀(10)連接，電機控制器(9)與電機(1)連接，最后總監(jiān)控系統(tǒng)(1 通過控制器局域網CAN 總線(13)與DC/DC轉換器(7)并聯(lián)后分別與張力控制器(11)、轉速轉矩頻率測量控制儀 (10)和電機控制器(9)連接。
2.如權利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置，其特征在于，功率輸出部分中，同軸依次連接電機(1)、轉速轉矩傳感器O)、轉動慣量(3)、磁粉制動器 ⑷。
3.如權利要求1所述的電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置，其特征在于，所述的總監(jiān)控系統(tǒng)(12)、張力控制器(11)、電機控制器(9)、轉速轉矩頻率測量控制儀(10)可采用單片機、DSP ；所述的DC/DC轉換器(7)采用buck-boost升降壓電路。
專利摘要本實用新型屬于電動車領域，尤其涉及一種電動車輛再生制動及能源系統(tǒng)綜合實驗裝置。本實用新型的主要部分由電機1、轉速轉矩傳感器2、轉動慣量3、磁粉制動器4、電池-超級電容能源驅動系統(tǒng)、DC/DC轉換器7、集成控制系統(tǒng)組成。蓄電池組8與超級電容組6組合共同為電機1提供能源和快速回收再生制動能量。本實驗裝置可以模擬電動車中電機的啟動、加速、制動等絕大多數(shù)的運行工況，為電動車能源控制及再生制動功能的開發(fā)提供實驗平臺。通過改變實驗裝置各部件的相互連接方式，能夠提供能源驅動系統(tǒng)實驗、電機性能實驗、再生制動實驗及總監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化試驗等。
文檔編號G01R31/00GK202033431SQ201120006750
公開日2011年11月9日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2011年1月11日
發(fā)明者馮能蓮, 賓洋, 董昊龍, 魏興 申請人:北京工業(yè)大學