CN102147336A - 一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控*** - Google Patents

一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，本发明包括：微处理器单元，蓄电池组、超级电容组、电压传感器、电流传感器、温度传感器、转速转矩传感器、电机、电机控制器、磁粉制动器、张力控制器、外部存储设备、触摸显示器、滤波电路、加速踏板模块、制动踏板模块和声光报警电路。本发明对电动车辆再生制动及能源***综合实验装置运行的各项参数进行检测，并对检测的数据进行分析计算，根据分析结果对电动车辆再生制动及能源***综合实验装置进行控制。

Description

一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***
技术领域
本发明涉及一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***。具体地说，就是涉及对电动车辆再生制动及能源***综合实验装置运行的各项参数进行检测，并对检测的数据进行分析计算，再根据分析结果对电动车辆再生制动及能源***综合实验装置进行控制。
背景技术
随着传统汽车尾气排放问题的日益严重和石油资源的短缺，电动车辆取代传统燃油车辆的趋势已经越来越明显。制约电动车辆发展的一大因素就是电池，但以传统的蓄电池作为动力的电动车辆，受蓄电池比功率小、工作温度范围小、充放电寿命短等因素制约，很难满足广大的市场需要。超级电容具有充电速度快、循环使用寿命长、大电流放电能力超强、能量转换效率高等优点，因此，超级电容又被称作“电容电池”。采用超级电容和蓄电池联合为电动车辆提供动力可以取长补短，发挥各自的长处，解决传统单一蓄电池提供动力的尴尬局面。同时，由于城市中汽车经常地刹车，刹车时汽车的动能将会转化成热量损失，降低了能源的利用率。再生制动亦称反馈制动，是一种使用在汽车上的制动技术，在制动时将车辆的动能转换并存储起来，提高能量的利用效率。
制约电池-电容混合动力电动车发展的关键因素就是电池、电容以及整车的数据监控***，要想高效率的利用电动车辆的动力源，就必须要解决电池、电容剩余电量的精确计算，在此基础上，才能较为准确的协调电池、电容之间的工作关系。由于电容比能量低、蓄电池比功率低的特点，且各部件之间的参数匹配较高，子***之间的相互作用和影响复杂，目前，还没有比较完善的再生制动电动车辆的数据监控***。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，以克服上述背景技术的不足，使其具有性能可靠、控制智能等特点。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，包括：微处理器单元MCU、蓄电池组、超级电容组、电压传感器、电流传感器、温度传感器、转速转矩传感器、电机、电机控制器、磁粉制动器、张力控制器、外部存储设备、触摸显示器、滤波电路、加速踏板模块、制动踏板模块和声光报警电路。
一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***的监测流程为：电压传感器、温度传感器分别采集蓄电池组中每个电池的电压、温度信号，电流传感器采集蓄电池组的总电流，采集到的信号分别经过滤波电路传递到微处理器单元MCU；电压传感器、电流传感器、温度传感器分别采集超级电容组的电压、电流、温度信号，采集到的信号分别经过滤波电路传递到微处理器单元MCU；转速转矩传感器采集电机的转速、转矩信号，并将采集到的转速、转矩信号传递到微处理器单元MCU；微处理器单元MCU将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至触摸显示器进行显示；微处理器单元MCU将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至外部存储设备进行存储；当微处理器单元MCU采集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电路发出报警音和报警灯光进行报警；
一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***的控制流程为：制动踏板模块输出电压V1至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根据V1的值控制电机控制器；电机控制器根据微处理器单元MCU的输出控制电机停转所需的时间；V1与电机停转所需的时间存在正比关系；加速踏板模块输出电压V2至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根据V2输出PWM的控制信号，该控制信号控制电机控制器；电机控制器的输出电压V3控制电机转速；其中V3、V2存在线性关系，电机的转速与V2存在线性关系。
设置了输出V1电压的制动踏板模块，制动踏板模块的开度与其输出电压成反比。
设置了输出V2电压的加速踏板模块，加速踏板模块的开度与其输出电压成正比。
设置了模拟地面阻力的磁粉制动器，对于模拟不同的地面阻力，只需要改变微处理器单元MCU给张力控制器的控制值即可；微处理器单元MCU通过PWM的方式输出电压为V4的控制信号到张力控制器，张力控制器根据输入信号V4控制磁粉制动器的输出力矩，磁粉制动器的输出力矩与张力控制器的输入电压V4成线性关系。
蓄电池组与超级电容组并联接入电机控制器，电机控制器与电机连接，蓄电池组、超级电容组为***的动力源。当电机加速时，由蓄电池组、超级电容组共同提供动力；当电机作匀速转动时，由蓄电池组供电。超级电容组可以防止电机加速时，蓄电池组大电流放电对电池组本身的损坏。
微处理器单元MCU与触摸显示器通过RS232串口连接，温度传感器选用贴片式温度传感器。
本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：
一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，通过增加超级电容组，与蓄电池组共同供电，解决了单蓄电池组供电对蓄电池组本身使用寿命的限制；通过对蓄电池组和超级电容组电压、电流、温度信号的采集与显示，使得操作者方便的掌握装置运行的状态；通过实时故障诊断报警模块，可以方便、准确的对车辆进行维修；通过数据存储模块，将车况数据全部存储在外部存储设备里，实现“黑匣子”；通过采用微处理器单元MCU控制，只要稍加修改，便能将整套***移植到实车内。
附图说明
图1是本发明的整体模块框图。
其中部件编号说明如下：
1为MCU，2为蓄电池组，3为超级电容组，4为电压传感器，5为电流传感器，6为温度传感器，7为转速转矩传感器，8为电机，9为电机控制器，10为磁粉制动器，11为张力控制器，12为USB通信模块，13为RS232串口，14为外部存储设备，15为触摸显示器，16为滤波电路，17为加速踏板模块，18为制动踏板模块，19为声光报警电路。
具体实施方式
如图1所示，微处理器单元MCU为整个电动车辆再生制动及能源***综合实验装监控***的控制核心，初始化时，当在触摸屏上选择相应的按钮后，触摸屏将检测到的位置信号发送至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根据位置信号判断出用户选择的按钮并通过RS232串口发送相应的显示控制命令至触摸屏；转速转矩传感器、电压传感器、电流传感器、温度传感器测量的结果以电压的形式传送至微处理器单元MCU的AD口，微处理器单元MCU通过读取AD口的值并转换后得到转速、转矩、电压、电流和温度的值，并将这些值传递到触摸显示器进行显示；当采集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电路会发出报警音和报警灯光进行报警；微处理器单元MCU根据数据分析的结果来控制电机控制器的输出电压以控制电机的转速以及电机停转所需的时间；微处理器单元MCU通过张力控制器来控制磁粉制动器模拟不同的地面阻力；微处理器单元MCU将采集的所有数据按照既定的格式存储于外部存储设备，实现“黑匣子”功能。
电机控制器选用济南科亚公司的MMT-DC48RT100BL，张力控制器型号为WLY-1A。
具体工作原理如下：
1.数据采集与显示：硬件电路中包括有转速转矩传感器、电压传感器、电流传感器、温度传感器，用于采集电机的转速、转矩信号，超级电容组的电压、电流、温度信号，以及蓄电池组中每个电池的电压、温度信号和采集蓄电池组的总电流信号。为了数据采集的实时性，本发明利用微处理器单元MCU的定时器中断来实现数据的采集与分析，微处理器单元MCU定时器定时时间设置为50ms，即每过50ms，微处理器单元MCU便会对车况数据进行采集与计算，将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至触摸显示器进行显示。
2.故障诊断及报警：微处理器单元MCU通过定时器中断时刻对车内的传感器数据进行采集，并对采集的数据进行计算，电压正常范围为-48～48V，电流正常范围为-40～40A，温度正常范围为-10～60℃，当采集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电路会发出报警音和报警灯光进行报警，同时在触摸屏上显示出***故障的位置和详细情况，方便维修人员进行快速、准确的修理。
3.对电机的控制：制动踏板模块输出5-0V的电压至微处理器单元MCU，当没有踩制动踏板模块时，制动踏板模块输出5V电压；踩下制动踏板模块后，制动踏板模块的开度与其输出电压成反比。微处理器单元MCU根据制动踏板模块输出的电压控制电机控制器；电机控制器根据微处理器单元MCU的输出控制电机停转所需的时间；制动踏板模块的输出电压与电机停转所需的时间存在正比关系，电机停转时间＝4*制动踏板模块输出电压(s)，最短停转时间为0.2s；加速踏板模块输出0-5V电压至微处理器单元MCU，微处理器单元MCU根据加速踏板模块的输出电压输出PWM的控制信号，该控制信号控制电机控制器；电机控制器的输出电压控制电机转速；其中电机控制器的输出电压与加速踏板模块输出电压存在线性关系，电机控制器输出电压＝加速踏板模块输出电压，电机的转速与加速踏板模块输出电压存在线性关系，电机转速＝600*加速踏板模块输出电压(r/min)。
4.对磁粉制动器的控制：微处理器单元MCU通过PWM的方式输出0-5V的控制信号到张力控制器，张力控制器根据输入信号控制磁粉振动器输出0-50N·m的力矩，磁粉制动器的输出力矩与张力控制器的输入电压成线性关系。
5.能源选择：蓄电池组和超级电容组通过开关器件与电机控制器连接。其中，由四节12V单体蓄电池串联组成48V蓄电池组；超级电容组的参数为48V/135F。当检测到加速时，即加速踏板踩下，微处理器单元MCU导通蓄电池组和超级电容组的开关器件，由蓄电池组和超级电容组同时为电机供电；当检测到电机匀速或减速运行时，微处理器单元MCU导通蓄电池组开关器件，关断超级电容组开关器件，由蓄电池组单一供电。
6.“黑匣子”模块：“黑匣子”模块硬件电路采用USB接口芯片CH375来实现。可以将电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***测量的所有数据存储在支持USB接口协议的外部设备上，当车辆由于不可力抗的因素而发生毁灭性损毁后，公安及相关部门可以根据外部存储设备里面的内容分析车辆毁灭前的行驶状态和数据，方便侦查工作的进行。
7.微处理器单元MCU：微处理器单元MCU为整个电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***的控制核心，微处理器单元MCU通过中断实时检测触摸屏发送来的位置信号以确定所要测量的数据以及触摸屏所要显示的内容；微处理器单元MCU通过读取AD口的电压值来计算电压、电流的值；同时，微处理器单元MCU与外部存储设备通过USB接口进行数据交互，完成采集数据的存储。

Claims (6)

1.一种电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，其特征在于：设置了微处理器单元MCU(1)，蓄电池组(2)、超级电容组(3)、电压传感器(4)、电流传感器(5)、温度传感器(6)、转速转矩传感器(7)、电机(8)、电机控制器(9)、磁粉制动器(10)、张力控制器(11)、外部存储设备(14)、触摸显示器(15)、滤波电路(16)、加速踏板模块(17)、制动踏板模块(18)和声光报警电路(19)；
该发明的监测流程为：电压传感器(4)、温度传感器(6)分别采集蓄电池组(2)中每个电池的电压、温度信号，电流传感器(6)采集蓄电池组(2)的总电流信号，采集到的信号分别经过滤波电路(16)传递到微处理器单元MCU(1)；电压传感器(4)、电流传感器(5)、温度传感器(6)分别采集超级电容组(3)的电压、电流、温度信号，采集到的信号分别经过滤波电路(16)传递到微处理器单元MCU(1)；转速转矩传感器(7)采集电机(8)的转速、转矩信号，并将采集到的转速、转矩信号传递到微处理器单元MCU(1)；微处理器单元MCU(1)将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至触摸显示器(15)进行显示；微处理器单元MCU(1)将采集到的电压、电流、温度、转速、转矩信号传送至外部存储设备(14)进行存储；当微处理器单元MCU(1)采集到的电压、电流、温度信号超出正常范围后，声光报警电路(19)发出报警音和报警灯光进行报警；
该发明的控制流程为：制动踏板模块(18)输出电压V1至微处理器单元MCU(1)，微处理器单元MCU(1)根据V1的值控制电机控制器(9)；电机控制器(9)根据微处理器单元MCU(1)的输出控制电机(8)停转所需的时间；V1与电机停转所需的时间存在正比关系；加速踏板模块(17)输出电压V2至微处理器单元MCU(1)，微处理器单元MCU(1)根据V2输出PWM的控制信号，该控制信号控制电机控制器(9)；电机控制器(9)的输出电压V3控制电机(8)转速；其中V3、V2存在线性关系，电机(8)的转速与V2存在线性关系。
2.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，其特征在于：设置了输出V1电压的制动踏板模块(18)，制动踏板模块(18)的开度与其输出电压成反比。
3.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，其特征在于：设置了输出V2电压的加速踏板模块(17)，加速踏板模块(17)的开度与其输出电压成正比。
4.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，其特征在于：设置了模拟地面阻力的磁粉制动器(10)，对于模拟不同的地面阻力，只需要改变微处理器单元MCU(1)给张力控制器(11)的控制值即可；微处理器单元MCU(1)通过PWM的方式输出电压为V4的控制信号到张力控制器，张力控制器(11)根据输入信号V4控制磁粉制动器(10)的输出力矩，磁粉制动器(10)的输出力矩与张力控制器(11)的输入电压V4成线性关系。
5.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，其特征在于：设置的蓄电池组(2)和超级电容组(3)并联接入电机控制器(9)，电机控制器(9)与电机(8)连接，当电机(8)加速时，由蓄电池组(2)、超级电容组(3)共同提供动力；当电机作匀速转动时，由蓄电池组(2)供电。
6.根据权利要求1所述的电动车辆再生制动及能源***综合实验装置监控***，其特征在于：设置了贴片式温度传感器(6)。
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