新型電動汽車電能循環利用裝置的製作方法
2023-10-10 20:19:54
專利名稱：新型電動汽車電能循環利用裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車節能技術領域的裝置，具體涉及一種新型電動汽車電能循環利用裝置。
背景技術：
節能、環保與安全是當今世界汽車技術的三大主題。而節能技術更是未來汽車企業生存的關鍵所在。目前，電動汽車由於其能源效率高，無汙染，低噪聲以及結構簡單使用維修方便等顯著優點，已經成為節能汽車發展的一個重要趨勢。但是目前電動汽車尚不如內燃機汽車技術完善，尤其是蓄電池作為電動汽車的主要動力源，尚有許多不足。眾所周知，蓄電池的充電過程是一個很複雜的電化學反應過程，快速充電技術至今仍未能完全解決蓄電池充電器存在的諸多問題，尋找一種充電效率高、充電時間短以及對蓄電池使用壽命影響小的快速充電方法就成了當務之急。有關電動汽車節能方面的技術和應用發展迅速，其基本原理都是在車內安裝一臺發電機，在汽車緊急制動或下坡時，發電機將軸承上的機械能轉化為電能儲存在蓄電池中。 在正常行駛時，再利用這部分電能來驅動汽車。雖然這樣的設計能夠達到一定的節能效果， 但是目前電動汽車的充放電迴路還不夠完善，因此節能效果還有待於進一步提高。中國專利申請號為200920059567的實用新型專利公開了一種自供電式電動汽車，包括底盤、車體和動力系統，動力系統包括燃料發電機、第一蓄電裝置、第二蓄電裝置、 充電控制器、充電切換器、供電切換器、控制系統和電動機；燃料發電機依次通過充電切換器連接第一蓄電裝置和第二蓄電裝置，第一蓄電裝置和第二蓄電裝置連接供電切換器，供電切換器連接電動機，控制系統控制充電切換器和供電切換器的工作。通過自身的發電機供電和設置第一蓄電裝置和第二蓄電裝置在充電狀態和供電狀態中輪換，可以不需建立充電站和充電網絡就實現遠程行駛。該技術工作有效性值得肯定，但是其機械結構複雜、現場安裝繁瑣，因此難以被推廣應用。更為要緊的是，該裝置的充放電迴路原理過於簡單，使其節能效果大打折扣。另經檢索發現，專利申請號201020M5069的實用新型專利公開了另一種方案所述車體上設置有直流電動機；燃油發電機；開啟和關閉開關；兩充電電池組；一快速充電器，用於將燃油發電機所發的電充給充電電池組；一接觸器，其控制線圈接有切換開關，通過切換開關的切換控制快速充電器交替與兩充電電池組導通，同時控制不與快速充電器導通的其中一組充電電池組作為供電電源；和一調速裝置。其有益效果是用兩組電池交替充電和供電，使電動車可以進行較長時間的行駛，同時，延長電器元件的使用壽命，減少發電機的燃油使用量，節約能源，擴大了電動車的使用範圍。但是該技術同樣也存在類似的缺陷(1)機械結構很複雜，運行可靠性降低。(2)充放電迴路原理過於簡單節能效果不理想。(3)現場安裝和維護都不方便，所以該套裝置難以運用於實際。綜上所述，現有電動汽車充放電裝置存在結構複雜、節能效果差且實際應用困難的技術問題。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種新型電動汽車電能循環利用系統，以解決現有技術中電動汽車充放電裝置存在的結構複雜、節能效果差且實際應用困難的技術問題。為達到上述目的，本發明提供一種新型電動汽車電能循環利用裝置，包括
充放電模塊包括充放電迴路和蓄電池，充放電迴路與蓄電池連接，用以實現蓄電池充放電和電能回饋；
功率驅動模塊與充放電迴路連接，用以驅動充放電迴路；
單片機模塊與功率驅動模塊連接，用以輸出PWM信號經由功率驅動模塊來控制充放電迴路，其進一步包括單片機、電流檢測電路、電壓檢測電路和溫度檢測電路，單片機與充放電迴路連接，其由供電晶片驅動，模擬量信號採樣輸入單片機，並通過邏輯程序完成系統的核心控制功能；電流檢測電路和電壓檢測電路均分別與單片機和充放電迴路連接，溫度檢測電路分別與單片機和蓄電池連接；
電源模塊與充放電迴路連接，用以為充放電迴路提供直流工作電源。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其電源模塊為DC/DC直流電源模塊。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其充放電迴路進一步包括蓄電池充電迴路、蓄電池放電迴路、1號儲能電容回充迴路、2號儲能電容充電迴路，其中電源模塊的正極輸出端通過一第一二極體接1號儲能電容的正極，再通過一第五二極體和一第一開關管連接到蓄電池正極，蓄電池負極接到電源模塊的負極輸出端； 蓄電池正極再連接到一第四二極體，同時2號儲能電容正極也連接到一第三二極體，這兩個二極體並聯輸出兩路，一路到一個儲能電感，一路通過一第四開關管接發電機負極輸出端；儲能電感另一端也輸出2路，一路通過一第三二極體與1號儲能電容的正極相連，一路通過一第三開關管與電源模塊的負極輸出端相連。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其單片機採用16位的類RISC指令系統。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其功率驅動模塊採用雙通道高壓，高速功率器件柵極啟動的單片式集成驅動器。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其蓄電池充電迴路包括一第一二極體、一第五二極體、蓄電池和一第一開關管，其中，當第一開關管開通，電源模塊通過第一二極體和第五二極體，向蓄電池充電。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其蓄電池放電迴路包括一第三二極體、一第四二極體、蓄電池、2號儲能電容、一儲能電感和一第三開關管，其中，當第三開關管開通，蓄電池通過第四二極體，同時2號儲能電容通過第三二極體，一起將電能轉移到儲能電感中。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其1號儲能電容回充迴路包括一第二二極體、儲能電感、1號儲能電容和一第四開關管，其中，當第四開關管開通，儲能電感通過第二二極體向1號儲能電容充電。
依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其2號儲能電容充電迴路包括一第六二極體、1號儲能電容、2號儲能電容和一第二開關管，其中，當第二開關管開通，1號儲能電容通過第六二極體對2號儲能電容進行充電，以完成一個充電周期。依照本發明較佳實施例所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，上述的第一開關管、第二開關管、第三開關管以及第四開關管均採用內阻較小的M0SFET。本發明通過主控單片機的邏輯程序產生可控PWM脈衝來控制充放電模塊的開關管來實現脈衝充電和間歇充電。採用PWM控制技術，結合脈衝充電與間歇充電的快速充電技術特點，簡化了充電開關電源的結構，減少了耗能元件的數量，提高了可靠性，節約了成本。同時利用儲能電容進行能量吸收並回饋到充電電路實現回充，使電能得到循環利用，進一步提高了能量利用效率，實現了快速充電與節能充電的雙重目標。因此，該項技術是一種節能環保，且便於安裝維護的電動汽車節能新技術。與現有技術相比，本發明能有效循環利用電能，節能效果明顯；結構簡單，可靠性高，耗能元器件數量少；模塊化設計使現場安裝和維護極為方便，具有廣泛的應用前景；並且，省去了複雜的機械結構，減輕了車身重量，使其節能效果更為顯著。
圖1為本發明的一種新型電動汽車電能循環利用裝置的結構原理框圖； 圖2為本發明實施例的一種充放電模塊的主電路原理圖3為本發明單片機產生的PWM驅動邏輯信號示意圖4為本發明的新型電動汽車電能循環利用裝置蓄電池充電階段的電能流向示意圖； 圖5為本發明的新型電動汽車電能循環利用裝置蓄電池放電階段的電能流向示意圖； 圖6為本發明的新型電動汽車電能循環利用裝置1號儲能電容回充階段的電能流向示意圖7為本發明的新型電動汽車電能循環利用裝置2號儲能電容充電階段的電能流向示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖，對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，一種新型電動汽車電能循環利用裝置，包括電源模塊200，充放電模塊201，單片機模塊202和功率驅動模塊203。其中
充放電模塊201 包括充放電迴路和蓄電池，充放電迴路與蓄電池連接，用以實現蓄電池充放電和電能回饋；
功率驅動模塊203 與充放電迴路連接，用以驅動充放電迴路； 單片機模塊202 與功率驅動模塊連接，用以輸出PWM信號經由功率驅動模塊來控制充放電迴路，其進一步包括單片機、外圍電路以及電流檢測電路、電壓檢測電路和溫度檢測電路，單片機與充放電迴路連接，其由供電晶片驅動，模擬量信號採樣輸入單片機，並通過
6邏輯程序完成系統的核心控制功能；電流檢測電路和電壓檢測電路均分別與單片機和充放電迴路連接，溫度檢測電路分別與單片機和蓄電池連接；
電源模塊200 與充放電迴路連接，用以為充放電迴路提供直流工作電源。如圖2所示，充放電模塊201進一步包括蓄電池充電迴路、蓄電池放電迴路、1 號儲能電容回充迴路、2號儲能電容充電迴路。具體包括第一二極體D2、第二二極體D3、 第三二極體D4、第四二極體D5、第五二極體D7、第六二極體D8，第一開關管Q1、第二開關管 Q2、第三開關管Q3、第四開光Q4，保護電阻R2、R4、RIO、R11，儲能電感Li，1號儲能電容C7， 2號儲能電容C36和蓄電池等效電容C37。其中電源模塊200的正極輸出100V直流通過第一二極體D2輸出兩路，一路接1號儲能電容C7的正極，一路通過第五二極體D7和第一開關管Ql連接到蓄電池C37的正極，蓄電池C37負極接到電源模塊200的負極輸出端；蓄電池C37的正極再連接到第四二極體D5，同時2號儲能電容C4的正極連接到第三二極體 D4，這兩個二極體並聯輸出兩路，一路到儲能電感Li，一路通過第四開關管Q4接發電機負極輸出端；儲能電感Ll的另一端也輸出2路，一路通過第二二極體D3與1號儲能電容C7 的正極相連，一路通過第三開關管Q3與電源模塊的負極輸出端相連；四個開關管第一開關管Q1、第二開光Q2、第三開光Q3和第四開光Q4分別並聯保護電阻R2、R4、R10及R11，且四個開關管均選用M0SFETFDS2734。如圖3所示，單片機模塊202產生的PWM驅動邏輯信號，高電平驅動開關管導通， 低電平驅動開關管關斷。第一個階段第一開關管Ql由高電平驅動導通實現蓄電池充電；第二階段第一開關管Ql由低電平驅動關斷，第三開關管Q3由高電平驅動導通實現蓄電池放電；第三階段第三開光Q3由低電平驅動關斷，第四開關管Q4由高電平驅動導通實現1號儲能電容回充；第四階段第四開關管Q4由低電平驅動關斷，第二開光Q2由高電平驅動導通實現2號儲能電容充電。上述的蓄電池充電迴路包括第一二極體D2、第五二極體D7、蓄電池C37和第一開關管Q1。如圖4所示，蓄電池充電階段的電能流向第一開關管Ql開通，電源模塊200通過第一二極體D2、第五二極體D7向蓄電池C37充電。上述的蓄電池放電迴路包括第三二極體D4、第四二極體D5、蓄電池C37、2號儲能電容C36、儲能電感Ll和第三開關管Q3。如圖5所示，蓄電池放電階段的電能流向第三開關管Q3開通，蓄電池C37通過第四二極體D5，同時2號儲能電容C36通過第三二極體D4， 一起將電能轉移到儲能電感Ll中。上述的1號儲能電容回充迴路包括第二二極體D3、儲能電感Ll、l號儲能電容C7 和第四開關管Q4。如圖6所示，1號儲能電容回充階段的電能流向第四開關管Q4開通， 儲能電感Ll通過第二二極體D3向1號儲能電容C7充電。上述的2號儲能電容充電迴路包括第六二極體D8、l號儲能電容C7、2號儲能電容C36和第二開關管Q2。如圖7所示，2號儲能電容充電階段的電能流向第二開關管Q2 開通，1號儲能電容C7通過第六二極體D8對2號儲能電容C36進行充電，進而完成一個充電周期。請同時參考圖4至圖7，本發明的電能循環利用工作過程如下
a.蓄電池充電階段上述的蓄電池充電迴路包括第一二極體D2、第五二極體D7、蓄電池C37和第一開關管Q1。其中當第一開關管Ql接通後，如果蓄電池電壓低於輸入電壓，電源模塊200將經由兩個二極體為蓄電池充電。b.蓄電池放電階段所述的蓄電池放電迴路包括第三二極體D4、第四二極體D5、 蓄電池C37、2號儲能電容C36、儲能電感Ll和第三開關管Q3。其中當第三開關管Q3接通後，如果蓄電池電壓高於輸入電壓，蓄電池與2號儲能電容各自通過一個二極體一起與儲能電感形成放電迴路，將電能儲存在儲能電感中。c. 1號儲能電容回充階段1號儲能電容回充迴路包括第二二極體D3、儲能電感 Ll、l號儲能電容C7和第四開關管Q4。其中當第四開關管Q4接通後，如果1號儲能電容電壓低於儲能電感兩端電壓，該儲能電感將經由一個二極體把能量轉移到1號儲能電容上。d. 2號儲能電容充電階段第六二極體D8、l號儲能電容C7、2號儲能電容C36和第二開關管Q2。其中當第二開關管Q2接通後，如果2號儲能電容電壓低於1號儲能電容電壓，1號儲能電容將經由一個二極體對2號儲能電容充電。這樣就完成了一個電能循環周期，實現了除電路元件損耗與電能轉換損耗外的電能循環利用，實現了節能控制。本實施例達到以下有益效果當蓄電池電壓低於輸入電壓時，電源模塊將通過兩個二極體為蓄電池充電；如果蓄電池電壓高於輸入電壓時，蓄電池與2號儲能電容各自通過一個二極體一起與儲能電感形成放電迴路，將電能儲存在儲能電感中；如果1號儲能電容電壓低於儲能電感兩端電壓，該儲能電感將經由一個二極體把能量轉移到1號儲能電容上；當2號儲能電容電壓低於1號儲能電容電壓時，1號儲能電容將通過一個二極體對2號儲能電容充電。這樣就完成了一個電能循環周期，實現了除電路元件損耗與電能轉換損耗外的電能循環利用，實現了節能控制。本實施例能有效循環利用電能，節能效果明顯；結構簡單，可靠性高，耗能元器件數量少；模塊化設計使現場安裝和維護極為方便；省去了複雜的機械結構，減輕了車身重量，使其節能效果更為顯著。以上所述，僅是本發明的較佳實施實例而已，並非對本發明做任何形式上的限制， 任何未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施實例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的範圍。
權利要求
1.一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，包括充放電模塊包括充放電迴路和蓄電池，所述充放電迴路與所述蓄電池連接，用以實現蓄電池充放電和電能回饋；功率驅動模塊與所述充放電迴路連接，用以驅動所述充放電迴路；單片機模塊與所述功率驅動模塊連接，用以輸出PWM信號經由功率驅動模塊來控制充放電迴路，其進一步包括單片機、電流檢測電路、電壓檢測電路和溫度檢測電路，所述單片機與所述充放電迴路連接，其由供電晶片驅動，模擬量信號採樣輸入所述單片機，並通過邏輯程序完成系統的核心控制功能；所述電流檢測電路和電壓檢測電路均分別與單片機和充放電迴路連接，所述溫度檢測電路分別與所述單片機和蓄電池連接；電源模塊與所述充放電迴路連接，用以為所述充放電迴路提供直流工作電源。
2.如權利要求1所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述電源模塊為DC/DC直流電源模塊。
3.如權利要求1所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述充放電模塊進一步包括蓄電池充電迴路、蓄電池放電迴路、1號儲能電容回充迴路、2號儲能電容充電迴路，其中所述電源模塊的正極輸出端通過一第一二極體接1號儲能電容的正極， 再通過一第五二極體和一第一開關管連接到蓄電池正極，蓄電池負極接到電源模塊的負極輸出端；蓄電池正極再連接到一第四二極體，同時2號儲能電容正極也連接到一第三二極體，這兩個二極體並聯輸出兩路，一路到一個儲能電感，一路通過一第四開關管接發電機負極輸出端；儲能電感另一端也輸出2路，一路通過一第三二極體與1號儲能電容的正極相連，一路通過一第三開關管與電源模塊的負極輸出端相連。
4.如權利要求1所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述單片機採用16位的類RISC指令系統。
5.如權利要求1所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述功率驅動模塊採用雙通道高壓，高速功率器件柵極啟動的單片式集成驅動器。
6.如權利要求3所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述蓄電池充電迴路包括一第一二極體、一第五二極體、蓄電池和一第一開關管，其中，當所述第一開關管開通，所述電源模塊通過所述第一二極體和第五二極體，向所述蓄電池充電。
7.如權利要求3所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述蓄電池放電迴路包括一第三二極體、一第四二極體、蓄電池、2號儲能電容、一儲能電感和一第三開關管，其中，當所述第三開關管開通，所述蓄電池通過所述第四二極體，同時所述2號儲能電容通過所述第三二極體，一起將電能轉移到儲能電感中。
8.如權利要求3所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述1號儲能電容回充迴路包括一第二二極體、儲能電感、1號儲能電容和一第四開關管，其中，當所述第四開關管開通，所述儲能電感通過所述第二二極體向所述1號儲能電容充電。
9.如權利要求3所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述2號儲能電容充電迴路包括一第六二極體、1號儲能電容、2號儲能電容和一第二開關管，其中，當所述第二開關管開通，所述1號儲能電容通過所述第六二極體對所述2號儲能電容進行充電，以完成一個充電周期。
10.如權利要求3至9所述的一種新型電動汽車電能循環利用裝置，其特徵在於，所述第一開關管、第二開關管、第三開關管以及第四開關管均採用內阻較小的M0SFET。
全文摘要
一種新型電動汽車電能循環利用裝置，包括電源模塊，充放電模塊，單片機模塊，功率驅動模塊。其中電源模塊為充放電模塊提供直流電源；充放電模塊具有蓄電池充放電和電能回饋的功能；單片機模塊主要由單片機和外圍電路組成，以及電流、電壓和溫度檢測電路組成，完成系統的核心控制功能；功率驅動模塊驅動充放電模塊中的開關管。該新型節能模塊採用PWM控制技術，結合脈衝充電與間歇充電的快速充電技術特點，簡化了充電開關電源的結構，減少了耗能元件的數量，提高了可靠性，節約了成本。同時利用儲能電容進行能量吸收並回饋到充電電路實現回充，使電能得到循環利用，進一步提高了能量利用效率，實現了快速充電與節能充電的雙重目標。
文檔編號H02J7/00GK102437599SQ201110314629
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月17日 優先權日2011年10月17日
發明者劉超, 葉子晟, 周禕隆, 唐厚君, 姚辰, 楊光, 沈會, 熊天毅, 白亮宇, 趙偉 申請人:上海交通大學