专利名称：电动汽车能量再生的辅助电源系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电动汽车驱动控制技术领域，涉及电动汽车能量再生的辅助电源系统。
电动汽车采用单一电源的结构，虽然系统的硬件有所简化，但是由于此时需要一个专门的DC-DC降压变换器来给车辆辅助设备供电，增加了控制器的成本和复杂性，可靠性降低。
本发明的特征还在于，主电池提供电机运行所需能源，其电压按电机额定电压配置；辅助电源电压按辅助设备工作电压选取，因此不需要经过DC/DC降压，直接向辅助设备供电。由于辅助设备功耗较小，因此利用电机的再生制动基本上可以满足辅助电池的充电，这样可以不需另外配备辅助电源的充电器。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种电动汽车能量再生的辅助电源系统的制备方法，包括原电动汽车的主电源及其电动机、主电源电压检测电路，其特征在于，辅助电源系统按以下方法构建1)首先在电动汽车上设置一个可充放电的辅助电源；辅助电源用以连接电动汽车内的辅助用电设备；2)设置一功率驱动器，功率驱动器分别与原电动汽车的主电源和辅助电源及电动汽车的电动机相连接；3)在对主电源进行回馈的电路基础上，增加一路控制信号来控制辅助电源，使微处理器能同时控制主电源与辅助电源的回馈电流；上述功率驱动控制器包括，一机壳，机壳内设置有微处理器控制电路板、DC-DC开关电源和五个功率器件组成；控制电路板通过电路板接口还连接有电动机端电压传感器、辅助电源电压传感器、主电源电压传感器、电机电流传感器、主电源电流传感器、辅助电源电流传感器、油门踏板驱动电位器和刹车踏板制动电位器；微处理器控制电路板上设置有微处理器，与微处理器连接有传感器信号滤波电路，光电隔离器件，电压、电流传感器信号，加速踏板信号，制动踏板信号分别经过传感器滤波电路连接到微处理器；微处理器输出五路PWM控制信号，经过光电隔离器件连接到功率驱动管的驱动板上，分别控制每个功率器件的动作；功率器件T1、T4组成的驱动半桥和功率器件T2、T3组成的半桥构成H型驱动全桥；功率器件T5和辅助电源串连后与驱动电机并联；主电源与H型驱动全桥串连构成电路闭环。
本发明制备的电动汽车能量再生的辅助电源系统，具有以下明显的优点1)电动汽车采用再生辅助电源之后，用户在使用电动汽车时，只需给主电源充电；辅助电源利用再生制动的回馈能量，基本不必使用充电器来补充能源。
2)采用本发明所设置的辅助电源，使得用户使用更加方便。比如用户在停车状态下想使用辅助设备(如听音乐，开应急灯等)，可以直接使用辅助电源，而不必把整车的控制器打开，也节省了电能。
四
图1是本发明工作原理图；图2是本发明电路框图；图3是本发明主回路电路原理图；图4是实施例中电机驱动时电流方向示意图；图5是实施例中单一向主电源回馈能量的电流方向示意图(T4关断，T5关断)；图6是实施例中同时向主电源和辅助电源回馈能量的电流方向示意图(T4关断，T5开通)；图7是实施例中电机反接制动时电流方向示意图(T4导通)。
参见图1～7，依照本发明的技术方案，本实施例的技术路线是在现有技术对主电源进行回馈的电路基础上，增加一路控制信号来控制辅助电源，使微处理器能同时控制主电源与辅助电源的回馈电流。由于回馈到主电源的电路属于DC-DC升压变换，而回馈到辅助电源的电路属于DC-DC降压变换，为了两者能够同时进行而不冲突，控制器设定了只有在给系统主电源进行回馈的时候，才能给辅助电源进行回馈。
电动汽车功率驱动控制器包括，一机壳，机壳内设置有微处理器控制电路板、DC-DC开关电源和五个功率器件组成；控制电路板通过电路板接口还连接有电机端电压传感器、辅助电源电压传感器、主电源电压传感器、电机电流传感器、主电源电流传感器、辅助电源电流传感器、油门踏板驱动电位器和刹车踏板制动电位器。
微处理器控制电路板上设置有微处理器，与微处理器连接有传感器信号滤波电路，光电隔离器件，电压、电流传感器信号，加速踏板信号，制动踏板信号分别经过传感器滤波电路连接到微处理器；微处理器输出五路PWM控制信号，经过光电隔离器件连接到功率驱动管的驱动板上，分别控制每个功率驱动管的动作。
滤波电路采用典型的由运算放大器搭建的袄式滤波电路；光电隔离电路由光偶实现；控制器所需各种电平由主电源上取电，经过普通DC-DC开关电源来提供。
功率器件T1、T4组成的驱动半桥和功率器件T2、T3组成的半桥构成H型驱动全桥；功率器件T5和辅助电源串连后与驱动电机并联；主电源与H型驱动全桥串连构成电路闭环。
在车辆进行再生制动时，微处理器根据输入的回馈电流指令对主电源的回馈电流进行控制，同时，根据辅助电源的电压来自动决定辅助电源的回馈电流。
该驱动控制器在电动汽车行驶时，能够同时向主电源和辅助电源进行再生能源回馈。
控制电机为永磁有刷直流电机，20KW，额定电压120V，最高电压144V；主电源由10节200AH的PASANIC铅酸蓄电池组成；辅助电源为一节50AH的铅酸蓄电池；功率驱动模块为爱帕克公司600A600V的IGBT模块及其相应的驱动板；所用微处理器采用TI公司TMS320LF2407芯片，其外围电路按芯片资料所要求的器件来配置；电压传感器采用电流型200V电压传感器；电流传感器采用电流型200A电流传感器。PWM调制周期可以选为20MHZ；信号采集和控制周期取1ms；采用PI控制算法。
具体工作原理
电动汽车正常驱动时，T2、T4、T5关闭，T3常开，T1斩波调制，实现DC-DC的降压变换，驱动电流由电池正极——T1——电机——T3——电池负极。
电动汽车能量回馈时，电机工作在反接制动与再生制动间接替进行。通过反接制动来提高电机绕组的相电流，使电机电感储能；在再生制动时，电机绕组上的相电流逐渐减小，电机电感释放能量。反接制动时，T1、T2、T3、T5关闭，T4导通时，电机绕组电流增加，电机电感开始储能，电流方向是电机正极——T4——D3——电机负极；再生制动时，T4关闭，T1、T2、T3也关闭，因电机电感上电流不能突变，具有继续维持原来电流的大小和方向的趋势，电感释放能量，经过D1向主电源回馈，电流方向为电机正极——D1——主电源Ub——D3——电机负极，回馈电流的大小由T4的占空比决定。在T1、T2、T3、T4关闭的同时，经过死区时间TD之后，开启T5，实现对辅助电源充电，T5的占空比决定了给辅助电源充电的电流大小。电容C1、C2为缓冲吸收回路的电容，以吸收回馈电流的峰值。
权利要求
1.一种电动汽车能量再生的辅助电源系统，包括原电动汽车的主电源及其电动机、主电源电压检测电路等，其特征在于，辅助电源系统按以下方法构建1)首先在电动汽车上设置一个可充放电的辅助电源；辅助电源用以连接电动汽车内的辅助用电设备；2)设置一功率驱动器，功率驱动器分别与原电动汽车的主电源和辅助电源及电动汽车的电动机相连接；3)在对主电源进行回馈的电路基础上，增加一路控制信号来控制辅助电源，使微处理器能同时控制主电源与辅助电源的回馈电流；上述功率驱动控制器包括，一机壳，机壳内设置有微处理器控制电路板、DC-DC开关电源和五个功率器件组成；控制电路板通过电路板接口还连接有电动机端电压传感器、辅助电源电压传感器、主电源电压传感器、电机电流传感器、主电源电流传感器、辅助电源电流传感器、油门踏板驱动电位器和刹车踏板制动电位器；微处理器控制电路板上设置有微处理器，与微处理器连接有传感器信号滤波电路，光电隔离器件，电压、电流传感器信号，加速踏板信号，制动踏板信号分别经过传感器滤波电路连接到微处理器；微处理器输出五路PWM控制信号，经过光电隔离器件连接到功率驱动管的驱动板上，分别控制每个功率器件的动作；功率器件[T1]、[T4]组成的驱动半桥和功率器件[T2]、[T3]组成的半桥构成H型驱动全桥；功率器件[T5]和辅助电源串连后与驱动电机并联；主电源与H型驱动全桥串连构成电路闭环。
2.如权利要求1所述的电动汽车能量再生的辅助电源系统，其特征在于，所述五个功率器件采用功率晶体管GTR或金属-氧化物-半导体型场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT或门极关断晶闸管GTO。
3.如权利要求1所述的电动汽车能量再生的辅助电源系统，其特征在于，所述辅助电源、主电源为蓄电池。
4.如权利要求1所述的电动汽车能量再生的辅助电源系统，其特征在于，电动机采用普通直流电机或永磁有刷直流电机或永磁无刷直流电机或永磁同步电机或开关磁阻电机或异步电机。
5.如权利要求3所述的电动汽车能量再生的辅助电源系统，其特征在于，所述蓄电池是铅酸蓄电池或锂离子电池或镍氢蓄电池。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车能量再生的辅助电源系统，在电动汽车主电源的基础上增加一个辅助电源，即主电池提供电机运行所需能源；辅助电源提供辅助设备所需能源，其电压按辅助设备工作电压选取，在对主电源进行回馈的电路基础上，增加一路控制信号来控制辅助电源，使微处理器能同时控制主电源与辅助电源的回馈电流；因此不需要经过DC/DC降压，直接向辅助设备供电。由于辅助设备功耗较小，因此利用电机的再生制动基本上可以满足辅助电池的充电，这样可以不需另外配备辅助电源的充电器。
文档编号B60L11/18GK1473724SQ0310802
公开日2004年2月11日 申请日期2003年5月14日 优先权日2003年5月14日
发明者曹秉刚, 李竟成, 白志峰, 谭文静, 康龙云, 杨仲庆 申请人:西安交通大学