CN110091719A - 一种纯电动汽车用电制动能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，包括整车控制器、BMS、动力电池、MCU、制动踏板模块、油门踏板模块、超级电容、接触器KM1和接触器KM2，所述BMS和MCU分别通过CAN线与所述整车控制器连接，BMS即为电池管理***，MCU即为电机控制器，所述动力电池与所述超级电容分别通过CAN线与所述BMS连接，所述制动踏板模块和所述油门踏板模块分别通过硬线与所述整车控制器连接。本发明的有益效果是：本发明保证了电制动一直在线，维护了车辆驾驶的一致性和平顺性，保证车辆制动状态不受动力电池状态干扰，提高了驾驶安全性。本发明保护动力电池免受过充过放风险，维护电池安全，延长了电池的使用寿命，对新能源车的推广使用大有裨益。

Description

一种纯电动汽车用电制动能量回收装置

技术领域

本发明涉及一种能量回收装置，具体为一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，属于电制动能量回收装置应用技术领域。

背景技术

纯电动汽车是一种采用动力电池作为储能动力源的汽车，它利用动力电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动汽车行驶。

电制动是指MCU收到整车控制器的指令，调低定子磁场旋转频率。转子由于惯性，依旧用原来的转速旋转。当电机的转子速度超过电机同步磁场的旋转速度时，转子切割磁力线的方向反转，转子绕组所产生的电磁转矩与转子的旋转方向相反，转子受力，减速，电机处于制动状态。同时转子反向切割磁力线的动作，使得电动机产生了反向电动势，电机端电压高于供电的动力电池组端电压，电机工作状态切换至发电机，具备给电池充电的条件。

由于电池技术难以突破，续航里程一直是纯电动汽车的短板，因此，纯电动汽车通过电制动来回收能量显得尤为重要。

可是当动力电池荷电状态大于等于95％，或动力电池处于不允许充电条件下时，为保护电池安全，电制动就不能使用，严重影响了驾驶员驾驶车辆的一致性和平顺性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决动力电池带给电制动使用场景的局限性，当动力电池荷电状态大于等于95％，或动力电池处于不允许充电条件下时，为保护电池安全，电制动就不能使用，严重影响了驾驶员驾驶车辆的一致性和平顺性的问题，而提出一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，本发明使得当电池荷电状态大于等于95％，或动力电池处于不允许充电条件下时，依旧可以使用电制动来制动车辆，并且制动产生的电能能够再次利用于驱动车辆，不会给动力电池带来过充过放的风险。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，包括整车控制器、BMS、动力电池、MCU、制动踏板模块、油门踏板模块、超级电容、接触器KM1和接触器KM2，所述BMS和MCU分别通过CAN线与所述整车控制器连接，BMS即为电池管理***，MCU即为电机控制器，所述动力电池与所述超级电容分别通过CAN线与所述BMS连接，所述制动踏板模块和所述油门踏板模块分别通过硬线与所述整车控制器连接；

所述动力电池与所述MCU的正极连接线缆上设置有所述接触器KM1，所述超级电容与所述接触器KM2串联，且所述超级电容与所述接触器KM2并联在MCU高压正负极两端；

所述整车控制器通过CAN线控制所述接触器KM1和所述接触器KM2的开闭；

所述整车控制器接收来自所述BMS、所述MCU、所述制动踏板和所述油门踏板发送的信息，并进行逻辑判断，控制所述接触器KM1和所述接触器KM2的开闭，有效回收电制动产生的能量。

本发明的进一步技术改进在于：所述超级电容和MCU分别通过CAN线与整车控制器连接。

本发明的进一步技术改进在于：所述整车控制器通过所述油门踏板模块和所述制动踏板模块判断整车当前行驶状态，根据制动优先原则，所述整车控制器检测到所述制动踏板被踩下，即认为整车进入制动状态，所述整车控制检测到油门踏板被踩下时，再检测所述制动踏板模块，若所述制动踏板未被踩下，即认为整车进入加速状态。

本发明的进一步技术改进在于：所述整车控制器根据所述制动踏板模块所发出的制动行程，判断进入何种制动模式，当所述制动踏板模块的制动踏板行程小于等于40％时，整车由电机回馈制动提供制动力，当所述制动踏板模块的踏板行程大于40％时，整车气制动开始介入，此时整车制动力由电机回馈制动和气制动共同提供，所述整车控制器接收到所述制动踏板模块所发出的制动行程为0时，退出制动模式。

本发明的进一步技术改进在于：所述MCU在收到所述整车控制器发出的电机回馈制动指令后，进入制动模式，此时由负载拖动电机旋转，电机进入发电模式，所述MCU接收到所述整车控制器发出的加速指令后，电机驱动负载工作。

本发明的进一步技术改进在于：所述BMS为电池管理***，BMS接收所述动力电池与所述超级电容的状态信息，计算所述动力电池和所述超级电容的荷电状态，并将这些状态信息上传给所述整车控制器。

本发明的进一步技术改进在于：所述整车控制器根据所述BMS上传的所述动力电池和所述超级电容的荷电状态，决定电机回馈制动时的电量回收路径，当电机进入发电模式时，所述整车控制器接收所述BMS信息，判断所述动力电池荷电状态，当所述动力电池荷电状态小于等于95％时，由所述动力电池接收电机回馈制动产生的电能，当所述动力电池荷电状态大于95％时，由超级电容接收电机回馈制动产生的电能，当所述电机驱动负载工作时，所述整车控制器判断所述超级电容荷电状态，优先使用所述超级电容为驱动电机提供电能，当超级电容电量不足时，切换成动力电池为驱动电机提供电能。

该装置的控制方法具体包括以下步骤：

步骤一：车辆行驶过程中，所述整车控制器接收各个模块发送的信息，接触器KM1和接触器KM2均为默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开；

步骤二：制动踏板踩下，整车进入制动模式，整车控制器根据制动踏板行程大小判断电机回馈制动时产生制动力的大小，当制动踏板幅度大于等于40％时，电机回馈制动以最大制动力工作，同时气制动开始介入工作；

步骤三：整车控制器判断动力电池荷电状态，当电池荷电状态≤95％时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池接收电机回馈制动产生的能量，当电池荷电状态＞95％时，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，超级电容接收电机回馈制动产生的能量；

步骤四：制动踏板行程为0，整车退出制动模式，接触器恢复默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开；

步骤五：制动踏板行程为0，油门踏板被踩下，整车进入加速模式，整车控制器判断超级电容当前荷电状态，判断超级电容荷电状态＞45％时，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，超级电容作为整车能量来源，判断超级电容荷电状态＜10％时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，此时动力电池作为整车能量来源；

步骤六：制动踏板行程为0，油门踏板行程为0，整车退出加速模式，接触器恢复默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明由于能够切换动力电池或超级电容作为电制动回收能量的存储装置，避免了由于动力电池荷电状态过高而不能使用电制动的情况发生，保证了电制动一直在线，维护了车辆驾驶的一致性和平顺性，保证车辆制动状态不受动力电池状态干扰，提高了驾驶安全性。

2、本发明中动力电池不作为唯一的动力来源和储能装置，结合超级电容充放电循环寿命长的优点和强大的放电能力，保护动力电池免受过充过放风险，维护电池安全，延长了电池的使用寿命，对新能源车的推广使用大有裨益。本发明具有良好的社会效益，适合推广使用。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体结构连接示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，包括整车控制器、BMS、动力电池、MCU、制动踏板模块、油门踏板模块、超级电容、接触器KM1和接触器KM2，所述BMS和MCU分别通过CAN线与所述整车控制器连接，BMS即为电池管理***，MCU即为电机控制器，所述动力电池与所述超级电容分别通过CAN线与所述BMS连接，所述制动踏板模块和所述油门踏板模块分别通过硬线与所述整车控制器连接；

所述动力电池与所述MCU的正极连接线缆上设置有所述接触器KM1，所述超级电容与所述接触器KM2串联，且所述超级电容与所述接触器KM2并联在MCU高压正负极两端；

所述整车控制器通过CAN线控制所述接触器KM1和所述接触器KM2的开闭；

所述整车控制器接收来自所述BMS、所述MCU、所述制动踏板和所述油门踏板发送的信息，并进行逻辑判断，控制所述接触器KM1和所述接触器KM2的开闭，有效回收电制动产生的能量。

作为本发明的一种技术优化方案，所述超级电容和MCU分别通过CAN线与整车控制器连接。

作为本发明的一种技术优化方案，所述整车控制器通过所述油门踏板模块和所述制动踏板模块判断整车当前行驶状态，根据制动优先原则，所述整车控制器检测到所述制动踏板被踩下，即认为整车进入制动状态，所述整车控制检测到油门踏板被踩下时，再检测所述制动踏板模块，若所述制动踏板未被踩下，即认为整车进入加速状态。

作为本发明的一种技术优化方案，所述整车控制器根据所述制动踏板模块所发出的制动行程，判断进入何种制动模式，当所述制动踏板模块的制动踏板行程小于等于40％时，整车由电机回馈制动提供制动力，当所述制动踏板模块的踏板行程大于40％时，整车气制动开始介入，此时整车制动力由电机回馈制动和气制动共同提供，所述整车控制器接收到所述制动踏板模块所发出的制动行程为0时，退出制动模式。

作为本发明的一种技术优化方案，所述MCU在收到所述整车控制器发出的电机回馈制动指令后，进入制动模式，此时由负载拖动电机旋转，电机进入发电模式，所述MCU接收到所述整车控制器发出的加速指令后，电机驱动负载工作。

作为本发明的一种技术优化方案，所述BMS为电池管理***，BMS接收所述动力电池与所述超级电容的状态信息，计算所述动力电池和所述超级电容的荷电状态，并将这些状态信息上传给所述整车控制器。

作为本发明的一种技术优化方案，所述整车控制器根据所述BMS上传的所述动力电池和所述超级电容的荷电状态，决定电机回馈制动时的电量回收路径，当电机进入发电模式时，所述整车控制器接收所述BMS信息，判断所述动力电池荷电状态，当所述动力电池荷电状态小于等于95％时，由所述动力电池接收电机回馈制动产生的电能，当所述动力电池荷电状态大于95％时，由超级电容接收电机回馈制动产生的电能，当所述电机驱动负载工作时，所述整车控制器判断所述超级电容荷电状态，优先使用所述超级电容为驱动电机提供电能，当超级电容电量不足时，切换成动力电池为驱动电机提供电能。

该装置的控制方法具体包括以下步骤：

步骤一：车辆行驶过程中，所述整车控制器接收各个模块发送的信息，接触器KM1和接触器KM2均为默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开；

步骤二：制动踏板踩下，整车进入制动模式，整车控制器根据制动踏板行程大小判断电机回馈制动时产生制动力的大小，当制动踏板幅度大于等于40％时，电机回馈制动以最大制动力工作，同时气制动开始介入工作；

步骤三：整车控制器判断动力电池荷电状态，当电池荷电状态≤95％时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池接收电机回馈制动产生的能量，当电池荷电状态＞95％时，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，超级电容接收电机回馈制动产生的能量；

步骤四：制动踏板行程为0，整车退出制动模式，接触器恢复默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开；

步骤五：制动踏板行程为0，油门踏板被踩下，整车进入加速模式，整车控制器判断超级电容当前荷电状态，判断超级电容荷电状态＞45％时，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，超级电容作为整车能量来源，判断超级电容荷电状态＜10％时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，此时动力电池作为整车能量来源；

步骤六：制动踏板行程为0，油门踏板行程为0，整车退出加速模式，接触器恢复默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于：包括整车控制器、BMS、动力电池、MCU、制动踏板模块、油门踏板模块、超级电容、接触器KM1和接触器KM2，所述BMS和MCU分别通过CAN线与所述整车控制器连接，所述动力电池与所述超级电容分别通过CAN线与所述BMS连接，所述制动踏板模块和所述油门踏板模块分别通过硬线与所述整车控制器连接；

所述动力电池与所述MCU的正极连接线缆上设置有所述接触器KM1，所述超级电容与所述接触器KM2串联，且所述超级电容与所述接触器KM2并联在MCU高压正负极两端；

所述整车控制器通过CAN线控制所述接触器KM1和所述接触器KM2的开闭；

所述整车控制器接收来自所述BMS、所述MCU、所述制动踏板和所述油门踏板发送的信息，并进行逻辑判断，控制所述接触器KM1和所述接触器KM2的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，所述超级电容和MCU分别通过CAN线与整车控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，所述整车控制器通过所述油门踏板模块和所述制动踏板模块判断整车当前行驶状态，所述整车控制器检测到所述制动踏板被踩下，即认为整车进入制动状态，所述整车控制检测到油门踏板被踩下时，再检测所述制动踏板模块，若所述制动踏板未被踩下，即认为整车进入加速状态。

4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，所述整车控制器根据所述制动踏板模块所发出的制动行程，判断进入何种制动模式，当所述制动踏板模块的制动踏板行程小于等于40％时，整车由电机回馈制动提供制动力，当所述制动踏板模块的踏板行程大于40％时，整车气制动开始介入，此时整车制动力由电机回馈制动和气制动共同提供，所述整车控制器接收到所述制动踏板模块所发出的制动行程为0时，退出制动模式。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，所述MCU在收到所述整车控制器发出的电机回馈制动指令后，进入制动模式，此时由负载拖动电机旋转，电机进入发电模式，所述MCU接收到所述整车控制器发出的加速指令后，电机驱动负载工作。

6.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，所述BMS为电池管理***，BMS接收所述动力电池与所述超级电容的状态信息，计算所述动力电池和所述超级电容的荷电状态，并将这些状态信息上传给所述整车控制器。

7.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，所述整车控制器根据所述BMS上传的所述动力电池和所述超级电容的荷电状态，决定电机回馈制动时的电量回收路径，当电机进入发电模式时，所述整车控制器接收所述BMS信息，判断所述动力电池荷电状态，当所述动力电池荷电状态小于等于95％时，由所述动力电池接收电机回馈制动产生的电能，当所述动力电池荷电状态大于95％时，由超级电容接收电机回馈制动产生的电能，当所述电机驱动负载工作时，所述整车控制器判断所述超级电容荷电状态，使用所述超级电容为驱动电机提供电能，当超级电容电量不足时，切换成动力电池为驱动电机提供电能。

8.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车用电制动能量回收装置，其特征在于，该装置的控制方法具体包括以下步骤：

步骤一：车辆行驶过程中，所述整车控制器接收各个模块发送的信息，接触器KM1和接触器KM2均为默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开；

步骤二：制动踏板踩下，整车进入制动模式，整车控制器根据制动踏板行程大小判断电机回馈制动时产生制动力的大小，当制动踏板幅度大于等于40％时，电机回馈制动以最大制动力工作，同时气制动开始介入工作；

步骤三：整车控制器判断动力电池荷电状态，当电池荷电状态≤95％时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，动力电池接收电机回馈制动产生的能量，当电池荷电状态＞95％时，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，超级电容接收电机回馈制动产生的能量；

步骤四：制动踏板行程为0，整车退出制动模式，接触器恢复默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开；

步骤五：制动踏板行程为0，油门踏板被踩下，整车进入加速模式，整车控制器判断超级电容当前荷电状态，判断超级电容荷电状态＞45％时，接触器KM1断开，接触器KM2闭合，超级电容作为整车能量来源，判断超级电容荷电状态＜10％时，接触器KM1闭合，接触器KM2断开，此时动力电池作为整车能量来源；

步骤六：制动踏板行程为0，油门踏板行程为0，整车退出加速模式，接触器恢复默认状态，接触器KM1闭合，接触器KM2断开。