專利名稱：復合能源電動車的電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動車電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復合能源電動車的電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
制約電動車廣泛應(yīng)用的一個重要因素就是其續(xù)駛里程，在當今國家大力倡導發(fā)展 新能源汽車和電動車的背景下，隨著太陽能光伏電池技術(shù)的高速發(fā)展，充分利用太陽能電 池這類新能源，利用再生制動能量，提高電動車續(xù)駛里程具有顯著的社會價值和經(jīng)濟效益。 在現(xiàn)有的國內(nèi)外很多試驗車已經(jīng)實現(xiàn)了利用單獨太陽能作為補充能源或者單獨制動能量 的回收的新型電動車。 而上述方案的主要缺點就是會在行駛中頻繁給主電源充電、放電，因此會對電池 造成一定的損失，影響電池的壽命。還有太陽能光伏電池單獨作為補充能源和主電源一起 驅(qū)動電動機，在加速和爬坡時，主電源將會大電流放電，對主電源的壽命是非常不利的。 隨著太陽能技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽能是一種取之不盡，用之不竭的綠色能源，將其 用于作為電動車的能源必將會對電動車的發(fā)展和能源的利用具有極大的意義。而超級電容 是近些年研究開發(fā)的一種新型電容，這種超級電容容量遠遠大于普通電容，與普通蓄電池 相比，超級電容具有功率密度大，壽命無限長等特點，非常適合瞬時大功率放電，適合電動 車在加速和爬坡時的大電流放電。因此，將上述兩種設(shè)備應(yīng)用于電動車驅(qū)動技術(shù)將有待開 發(fā)。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復合能源電動車的電源系 統(tǒng)，該電源系統(tǒng)能很好地提高汽車的加速性能和爬山性能，并且減少了主電源的大電流放 電時間，避免了主電源的損壞及容量的減少。 本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)一種復合能源電動車的電源系統(tǒng)，包括復合 電源控制機盒及分別與其連接的主電源、太陽能光伏電池和超級電容模組，復合電源控制 機盒的輸出端分別與電機驅(qū)動控制模塊和輔助設(shè)備連接，電機驅(qū)動控制模塊的另一端與電 動機連接；復合電源控制機盒內(nèi)設(shè)置相連接的硬件主電路和控制電路；硬件主電路通過單 向DC/DC變換器與太陽能光伏電池連接，通過雙向DC/DC變換器與超級電容模組連接；控制 電路中設(shè)有溫度檢測模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、微處理器和故障信號檢測模塊， 微處理器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端通過信號調(diào)理電路分別與溫度檢測模塊、電流檢測模塊和電壓 檢測模塊連接，微處理器的P麗輸出端通過光耦隔離電路分別與電機驅(qū)動電路和輔助設(shè)備 電位器連接，微處理器的功率驅(qū)動保護中斷端通過光耦隔離電路與故障信號檢測模塊連 接。 所述單向DC/DC變換器采用布斯特變換器或布克變換器中的一種；所述雙向DC/ DC變換器采用電流雙象限變換器、全橋變換器、T型雙向升降壓變換器、級聯(lián)式升降壓變換器、C區(qū)雙向變換器或S印ic-Zeta雙向變換器中的一種。 所述單向DC/DC變換器或雙向DC/DC變換器的功率器件采用金屬氧化物半導體型 場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極型晶體管中的一種。 所述電流檢測模塊包括設(shè)于硬件主電路中的主電源電流傳感器、太陽能光伏電池
電流傳感器、和超級電容模組電流傳感器連接；所述電壓檢測模塊包括設(shè)于硬件主電路中
的主電源電壓傳感器、太陽能光伏電池電壓傳感器和超級電容模組電壓傳感器。 所述電機驅(qū)動電路中設(shè)有電機電流傳感器和電機電壓傳感器；所述輔助設(shè)備電位
器包括油門驅(qū)動踏板電位器和剎車踏板制動電位器。 所述微處理器的輸入端還連接有時鐘電路及電源，微處理器內(nèi)部設(shè)有用于系統(tǒng)保
護的功率驅(qū)動保護中斷模塊，微處理器的輸出端還連接有方便系統(tǒng)操作控制的顯示模塊。 所述微處理器采用單片機或數(shù)字信號處理器中的一種。 所述主電源采用蓄電池、鋰離子電池、鎳氫電池或鐵離子電池中的一種。 所述電動機采用直流電動機、永磁有刷直流電動機、永磁無刷直流電動機或開關(guān)
磁阻電動機中的一種。 本實用新型的電源系統(tǒng)使用時，由微處理器收集其輸入端各模塊的電流及電壓信 號，然后判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，進而發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對主電源和超級電容模組的狀態(tài)檢 測及保護功能，同時完成太陽能電池的最大功率點跟蹤，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)能量和功率的流動 方向與配比，以及對輔助設(shè)備的供電狀態(tài)進行控制。其具體的工作狀態(tài)分為以下三種情 況 1、當電動車處于正常行駛狀態(tài)，由主電源為電動車提供電量，太陽能光伏電池為
超級電容模組充電，充滿后系統(tǒng)控制太陽能光伏電池對電動車進行輔助驅(qū)動。 2、當電動車處于加速/爬坡狀態(tài)，若電動機所需電流大于主電源的安全電流上限
時，超級電容模組開始放電，為電動車提供瞬時大電流，此時太陽能光伏電池也處于輔助驅(qū)
動的工作狀態(tài)，使得對太陽能的利用最大化。 3、當電動車處于制動狀態(tài)，系統(tǒng)切斷輔助能源與主電源的連接通道，太陽能光伏 電池僅為超級電容模組充電，此時電動機擁有可再生能量制動的功能，并通過雙向DC/DC 將這部分能量回收到超級電容模組中。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果 1、有效增加電動車的續(xù)駛里程。主要表現(xiàn)在兩個方面首先采用太陽能光伏電池
和作為主電源的蓄電池并聯(lián)提供電力，緩解了電動車能量不足的缺點，有效延長電動車續(xù)
駛里程；其次利用超級電容功率密度高、充電電流大以及充放電效率高的特點，可有效吸納
光伏電池的能量，并且在加速和爬坡時用超級電容作為輔助能源，可減少主電源大電流放
電時間，避免了主電源的損壞及容量的減少，這些都使電動車的續(xù)駛里程得到有效提高。 2、提高汽車的加速性能和爬坡性能，改善起步性能。超級電容作為輔助能源，可以
在電動車加速和爬坡過程中作為峰值功率發(fā)生器，將儲存的太陽能釋放出來協(xié)助蓄電池供
電，這對電動車尤其是純電動車的動力性能起到很大的補助作用。 3、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，本實用新型的電源系統(tǒng)不需要對原電動車的結(jié)構(gòu)進行大改動， 只要加裝太陽能光伏電池、超級電容模組和控制用的復合電源控制機盒，其結(jié)構(gòu)簡單，改造 方便。[0023] 4、太陽能電動車設(shè)計的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)以及MPPT技術(shù)對于發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)和風
力發(fā)電系統(tǒng)等新能源系統(tǒng)具有很重要的借鑒作用。MPPT可挽回由于溫度變化而導致的系統(tǒng)
失配損失，尤其失對于冬、夏及全日溫差較大區(qū)域更具有明顯的經(jīng)濟、技術(shù)意義。 5、本實用新型的系統(tǒng)采用單向DC/DC變換器實現(xiàn)太陽能光伏電池和復合電源控
制機盒中微處理器的連接，能夠較好地追蹤到太陽能光伏電池的最大功率跟蹤點，使太陽
能光伏電池發(fā)揮最大功率；系統(tǒng)采用雙向DC/DC變換器實現(xiàn)超級電容模組和微處理器的連
接，能夠較好地控制超級電容模組的充電或放電模式，使得電源系統(tǒng)能在電動車的啟動、制
動或加速爬坡等各種工作狀態(tài)發(fā)揮最大功率。
圖1是本實用新型電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本實用新型電源系統(tǒng)中的硬件主電路圖。 圖3是本實用新型電源系統(tǒng)中的控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是電動車處于正常行駛狀態(tài)時本實用新型電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)示意圖。 圖5是電動車處于加速/爬坡狀態(tài)時本實用新型電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)示意圖。 圖6是電動車處于制動狀態(tài)時本實用新型電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)示意圖。 圖7是電動車處于正常行駛狀態(tài)時本實用新型電源系統(tǒng)的控制流程示意圖。 圖8是電動車處于加速/爬坡狀態(tài)時本實用新型電源系統(tǒng)的控制流程示意圖。 圖9是電動車處于制動狀態(tài)時本實用新型電源系統(tǒng)的控制流程示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實
施方式不限于此。 實施例 本實施例一種復合能源電動車的電源系統(tǒng)，如圖1所示，包括復合電源控制機盒 及分別與其連接的主電源、太陽能光伏電池和超級電容模組，復合電源控制機盒的輸出端 分別與電機驅(qū)動控制模塊和輔助設(shè)備連接，電機驅(qū)動控制模塊的另一端與電動機連接；復 合電源控制機盒內(nèi)設(shè)置相連接的硬件主電路和控制電路；其中，如圖2所示，硬件主電路通 過單向DC/DC變換器與太陽能光伏電池連接，通過雙向DC/DC變換器與超級電容模組連接； 如圖3所示，控制電路中設(shè)有溫度檢測模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、微處理器和故 障信號檢測模塊，微處理器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端通過信號調(diào)理電路分別與溫度檢測模塊、電 流檢測模塊和電壓檢測模塊連接，微處理器的P麗輸出端通過光耦隔離電路分別與電機驅(qū) 動電路和輔助設(shè)備電位器連接，微處理器的功率驅(qū)動保護中斷端通過光耦隔離電路與故障 信號檢測模塊連接。 以上系統(tǒng)中單向DC/DC變換器可采用布斯特變換器或布克變換器中的一種；雙向 DC/DC變換器可采用電流雙象限變換器、全橋變換器、T型雙向升降壓變換器、級聯(lián)式升降 壓變換器、C區(qū)雙向變換器或S印ic-Zeta雙向變換器中的一種；單向DC/DC變換器或雙向 DC/DC變換器的功率器件采用金屬氧化物半導體型場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極型晶體管中 的一種。[0038] 電流檢測模塊包括設(shè)于硬件主電路中的主電源電流傳感器、太陽能光伏電池電流 傳感器、和超級電容模組電流傳感器連接；電壓檢測模塊包括設(shè)于硬件主電路中的主電源 電壓傳感器、太陽能光伏電池電壓傳感器和超級電容模組電壓傳感器；電機驅(qū)動電路中設(shè) 有電機電流傳感器和電機電壓傳感器；輔助設(shè)備電位器包括油門驅(qū)動踏板電位器和剎車踏 板制動電位器等。 如圖3所示，微處理器的輸入端還連接有時鐘電路及電源，微處理器內(nèi)部設(shè)有用 于系統(tǒng)保護的功率驅(qū)動保護中斷模塊，微處理器的輸出端還連接有方便系統(tǒng)操作控制的顯 示模塊。 微處理器可采用單片機或數(shù)字信號處理器中的一種；主電源可采用蓄電池、鋰離 子電池、鎳氫電池或鐵離子電池中的一種；電動機可采用直流電動機、永磁有刷直流電動 機、永磁無刷直流電動機或開關(guān)磁阻電動機中的一種。 本實施例中，電動車電機采用3KW的串勵直流電動機，其額定電壓48V，額定電
流80A ;主電源采用6個8V的獨立鉛酸蓄電池串聯(lián)而成；超級電容模組為由2塊電容模塊
(55V/50F)進行串聯(lián)而成，串聯(lián)后得到110V/25F的超級電容模組(該電容模塊已集成均衡
和保護模塊，可直接使用)；微處理器采用TI公司的TMS320LF2407A型DSP (數(shù)字信號處理
器)芯片；主電源、太陽能光伏電池、超級電容模組及電動機的電壓傳感器均采用CHV-25P 閉環(huán)霍爾電壓傳感器；主電源、太陽能光伏電池、超級電容模組及電動機的電流傳感器均采
用CSM005A霍爾閉環(huán)電流傳感器或CHB-200S閉環(huán)霍爾電流傳感器，P麗調(diào)制頻率為20KHZ。 本實施例的太陽能光伏電池采用BOOST電路作為其最大功率跟蹤電路，采用電流 雙象限變換器作為超級電容模組與直流母線的連接通道，電流雙象限D(zhuǎn)C/DC變換器在電動 車啟動或者加速時工作在降壓狀態(tài)(BUCK電路)，為電動汽車提供瞬時大電流，在其他工況 下由光伏電池向其充電。如圖2的電源系統(tǒng)硬件主電路圖所示，圖中的能量源有太陽能光 伏電池、蓄電池和超級電容模組(UC) ，M為電動機，U一為太陽能光伏電池電壓傳感器，Imppt 為太陽能光伏電池電流傳感器，Ub為主電源電壓傳感器，Ib為主電源電流傳感器，U。為超級 電容模組電壓傳感器，1。為超級電容模組電流傳感器，Vm分別為電力開關(guān)管，Dp D^D3、D4、D5分別為二極管，F(xiàn)USE為保險絲。電路中D工為防反充二極管，防止當負載電壓高 于太陽能光伏電池時對其反充電，D4為防蓄電池反接二極管，當蓄電池接反的時候，二極管 04導通，產(chǎn)生大電流迅速熔斷保險絲，從而達到保護蓄電池的目的；&、G為大容量濾波電 容，電力開關(guān)管V2 (這里采用的是IGBT)起開關(guān)的作用，連接作為輔助電源的太陽能光伏電 池及超級電容模組與主電源，通過控制其導通/關(guān)斷實現(xiàn)能量流動方向的控制。 本實施例的電源系統(tǒng)使用時，由微處理器收集其輸入端各模塊的電流及電壓信 號，然后判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，進而發(fā)出控制指令，實現(xiàn)對主電源和超級電容模組的狀態(tài)檢 測及保護功能，同時完成太陽能電池的最大功率點跟蹤，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)能量和功率的流動 方向與配比，以及對輔助設(shè)備的供電狀態(tài)進行控制。其具體的工作狀態(tài)分為以下三種情 況 1、如圖4所示，當電動車處于正常行駛狀態(tài)，由主電源為電動車提供電量，太陽能 光伏電池為超級電容模組充電，充滿后系統(tǒng)調(diào)節(jié)MPPT電路，控制太陽能光伏電池對電動車 進行輔助驅(qū)動，其控制流程如圖7所示，其中Dmppt為太陽能光伏電池最大功率跟蹤器的占空 比，U。 Mfh為超級電容模組滿容量時的電壓上限值，e。為一個值為極小量的常數(shù)。[0045] 2、如圖5所示，當電動車處于加速/爬坡狀態(tài)，若電動機所需電流大于主電源的安 全電流上限時，超級電容模組開始放電，為電動車提供瞬時大電流，此時太陽能光伏電池也 處于輔助驅(qū)動的工作狀態(tài)，使得對太陽能的利用最大化。此過程控制電路的控制流程如圖
8所示，其中Ib 為主電源放電的電流極限值，U。 Mfl為超級電容模組的最低安全電壓極限 值，Dd。是雙向DC/DC變換器的占空比，進入超級電容模組放電中斷子程序時，系統(tǒng)先采集主
電源電流值、電樞電流值以及超級電容電流和電壓值，判斷主電源的Ib是否超過安全工作 電流Ib—r^h，若超過則計算超級電容模組應(yīng)提供的電流，進而通過計算改變占空比Dd。的值， 達到調(diào)節(jié)電流雙象限D(zhuǎn)C/DC變換器的輸出電流Id。工作在合適范圍的目的，需要說明的是當 超級電容模組的端電壓U。小于一個最低限U。^時，要停止對超級電容模組的放電，以防止 損壞超級電容模組。 3、如圖6所示，當電動車處于剎車的制動狀態(tài)，系統(tǒng)切斷輔助能源與主電源的連 接通道，太陽能光伏電池僅為超級電容模組充電，此時電動機擁有可再生能量制動的功能， 并通過雙向DC/DC將這部分能量回收到超級電容模組中，MPPT電路正常工作，起最大功率 跟蹤作用，其流程如圖9所示。 如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施 例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本實用新型內(nèi)容所作的均等變化與修飾， 都為本實用新型權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，包括復合電源控制機盒及分別與其連接的主電源、太陽能光伏電池和超級電容模組，復合電源控制機盒的輸出端分別與電機驅(qū)動控制模塊和輔助設(shè)備連接，電機驅(qū)動控制模塊的另一端與電動機連接；復合電源控制機盒內(nèi)設(shè)置相連接的硬件主電路和控制電路；硬件主電路通過單向DC/DC變換器與太陽能光伏電池連接，通過雙向DC/DC變換器與超級電容模組連接；控制電路中設(shè)有溫度檢測模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、微處理器和故障信號檢測模塊，微處理器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端通過信號調(diào)理電路分別與溫度檢測模塊、電流檢測模塊和電壓檢測模塊連接，微處理器的PWM輸出端通過光耦隔離電路分別與電機驅(qū)動電路和輔助設(shè)備電位器連接，微處理器的功率驅(qū)動保護中斷端通過光耦隔離電路與故障信號檢測模塊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述單向DC/DC 變換器采用布斯特變換器或布克變換器中的一種；所述雙向DC/DC變換器采用電流雙象 限變換器、全橋變換器、T型雙向升降壓變換器、級聯(lián)式升降壓變換器、C區(qū)雙向變換器或 S印ic-Zeta雙向變換器中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述單向DC/DC變換 器或雙向DC/DC變換器的功率器件采用金屬氧化物半導體型場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極 型晶體管中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電流檢測模塊 包括設(shè)于硬件主電路中的主電源電流傳感器、太陽能光伏電池電流傳感器和超級電容模組 電流傳感器；所述電壓檢測模塊包括設(shè)于硬件主電路中的主電源電壓傳感器、太陽能光伏 電池電壓傳感器和超級電容模組電壓傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電機驅(qū)動電路 中設(shè)有電機電流傳感器和電機電壓傳感器；所述輔助設(shè)備電位器包括油門驅(qū)動踏板電位器 和剎車踏板制動電位器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器的輸 入端還連接有時鐘電路及電源，微處理器內(nèi)部設(shè)有用于系統(tǒng)保護的功率驅(qū)動保護中斷模 塊，微處理器的輸出端還連接有方便系統(tǒng)操作控制的顯示模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器采用 單片機或數(shù)字信號處理器中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述主電源采用蓄 電池、鋰離子電池、鎳氫電池或鐵離子電池中的一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述復合能源電動車的電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電動機采用直 流電動機、永磁有刷直流電動機、永磁無刷直流電動機或開關(guān)磁阻電動機中的一種。
專利摘要本實用新型提供一種復合能源電動車的電源系統(tǒng)，包括復合電源控制機盒及與其連接的主電源、太陽能光伏電池和超級電容模組，復合電源控制機盒輸出端連接電機驅(qū)動控制模塊和輔助設(shè)備，電機驅(qū)動控制模塊另一端連接電動機；復合電源控制機盒內(nèi)設(shè)置相連接的硬件主電路和控制電路；硬件主電路通過單向DC/DC變換器與太陽能光伏電池連接，通過雙向DC/DC變換器與超級電容模組連接；控制電路中微處理器輸入端通過信號調(diào)理電路與溫度檢測模塊、電流檢測模塊和電壓檢測模塊連接，輸出端通過光耦隔離電路連接電機驅(qū)動電路和輔助設(shè)備電位器。本實用新型能很好地提高汽車的加速性能和爬山性能，并且減少主電源的大電流放電時間，避免主電源的損壞及容量的減少。
文檔編號H02N6/00GK201450471SQ200920061868
公開日2010年5月5日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者余開江, 孫靜, 康龍云, 李鷹, 王新運 申請人:華南理工大學