CN2843915Y - 电动车能量再生回收装置 - Google Patents

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本电动车能量再生回收装置，各蓄电池单体连接继电器，使蓄电池制动时转换为并联，成倍减少充电电压闸值及蓄电池的内阻和能量消耗。蓄电池串联时驱动车辆行驶。车辆停泊或充电时，并联的各蓄电池相互间自动均衡充电，养护蓄电池，延长蓄电池寿命。制动手柄的制动连杆上安装有永磁体，动作时，永磁体与霍尔元件相对运动产生电压信号接入脉宽调制器，控制功率开关管的通断，无级调节速度。较低速制动时，再生电动势低于并联蓄电池电压，辅助蓄电池与电机串联后并联于蓄电池组为之充电，高速制动时，电机同时向辅助蓄电池和蓄电池组充电。辅助蓄电池的电压可提升后向并联的蓄电池组充电，使本车得以续程。本装置适用于各种电动行驶工具。

Description

电动车能量再生回收装置
(一)技术领域
本实用新型涉及电动车能量驱动控制技术领域，适用于电动自行车、电动三轮车、电动汽车或电动船，具体为涉及一种电动车能量再生回收装置。
(二)技术背景
目前电动自行车、电动三轮车、电动汽车或电动船等电驱动的行驶工具所用电源为多个蓄电池组。蓄电池多使用免维护的铅酸蓄电池或镍氢电池等。随着车辆的行驶，消耗蓄电池能量，当蓄电池电压下降到一定程度时，就需要给蓄电池充电。一般的铅酸蓄电池，一次充电后行驶里程大多在60公里左右，少则只有20或30公里。频繁的充电使电动车的巡回距离有限，同时串联形式下的多次充放电，因各蓄电池单体的性能不同，常出现各单体充放电的不均衡现象，影响蓄电池的充电率和放电率，造成蓄电池容量下降、使用寿命降低。
为提高蓄电池的使用寿命，已有多种电动车辆的能量再生回收用于蓄电池充电的装置，如中国实用新型专利“一种具有能量再生能力的电动车”将车下坡及刹车时，损耗于刹车***上的能量通过能量再生***转换、回收、贮存到电动车蓄电池中，或通过人蹬助力让电动机发电将机械能转化为电能贮存到蓄电池中，提高一次性充电后的行程和有效作功能力。再如发明专利“电动自行车能量再生充电***”，在车辆刹车和下坡时，驱动控制器使电机工作于发电再生制动状态，其产生的电能回馈储存于蓄电池中。对于这些设计，都存在一个要提高制动时发电装置的电动势，使之高于串联的蓄电池组的剩余电动势才可能向蓄电池充电。车辆的速度，即其电机的转速与产生的充电电动势成正比，因此只有在车辆速度较高情况下制动，电机产生的反电动势才能提升到大于串联的蓄电池组的端电压，才能用于充电。这样车辆制动能量再生的回收，只能局限于车辆下坡或高速行驶时制动的能量再生，且电动势提升过程中要损耗一部分能量。现实生活中，电动车辆往往是在交通拥挤、路况较差的低速行驶情况下，频繁制动，将车辆低速行驶时制动产生的能量回收更有实际意义。
中国发明专利“电动自行车能量再生辅助电源”，设置的辅助电源用于向灯、传感器等车辆辅助设备供电，辅助设备工作电压低于驱动电机工作电压，故辅助电源的蓄电池电压也低于主蓄电池电压，此专利的设计将电机再生制动回收的电能对辅助蓄电池充电，无需对电机产生的电动势再提升。主蓄电池无需消耗于辅助设备的供电，使电动车的一次充电行程增加，但主蓄电池并未得到回收的能量。
(三)实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种电动车能量再生回收装置，正常行驶时多个蓄电池单体串联驱动电动车，在非正常行驶时，即制动时、或推行时、或充电时，多个蓄电池单体转换为并联，降低蓄电池组的端电压，也即降低蓄电池充电所需的最低电压闸值、内阻值，便于再生的电能对蓄电池的充电，降低能耗。
本实用新型设计的电动车能量再生回收装置，包括可作为电动机运行也可作为发电机运行的永磁电机、多个蓄电池单体及驱动控制器。驱动控制器与电机相接，并控制车辆行驶速度。各蓄电池单体的正负极连接电池继电器，电池继电器吸合时，各蓄电池单体正负极顺序相接为串联，串联后的正负端接入驱动控制器，为电机运行提供电能。电池继电器断电释放时，各蓄电池单体正极、负极分别相接为并联。电机的正负极分别与电机继电器连接，电机继电器吸合时，电机通过电机继电器与驱动控制器连接，在驱动控制器的控制下，电机由蓄电池组带动工作于电动机模式，车辆正常行驶。继电器断电释放时，电机的正负极通过电机继电器与并联的蓄电池正负极连接，为蓄电池充电。各电池继电器的线圈一端经隔离电阻接地，电池继电器的另一端经启动二极管与车锁开关和刹车开关连接。电机继电器线圈的一端接地，另一端与驱动控制器电机输出端连接。驱动控制器的一个输入端接地，另一输入端与车锁开关和刹车开关连接。车锁开关另一端连接蓄电池的正极。刹车开关的另一端连接蓄电池的正极。刹车开关与制动手柄或制动踏板连动。
当接通车锁开关时，各电池继电器线圈得到正向电压，各电池继电器吸合，各蓄电池单体串联。接通车锁开关时驱动控制器也得电，电机继电器线圈得到正向电压吸合，电机按电动机模式运行，并由驱动控制器控制车辆行驶速度。当制动手柄或制动踏板动作时，刹车开关闭合，各电池继电器线圈又得到反偏电压，抵消了车锁开关提供的电压，各电池继电器线圈失电释放，各蓄电池单体转换为并联，电机在车辆行驶中动能的驱动下按发电机模式运行，其所发的电充入并联的蓄电池中。
本装置的蓄电池充电时处于并联状态，并联的蓄电池组与专用充电器接口相接，使用专用的充电器从电网充电，各蓄电池单体在相等的充电电压下，可获得最大限度的电能密度，以利于延长蓄电池寿命。
在车辆的车锁开关断开时，各电池继电器处于释放状态，各蓄电池并联。即车辆停泊或充电时，并联的各蓄电池单体相互间进行自动均衡充电，各蓄电池单体的品质，始终保持良好状态养护蓄电池。
为使车辆能实现无级调节制动速度，制动手柄或制动踏板连接的制动连杆上安装有永磁体，与之相对的车架上安装有霍尔元件，当制动手柄或制动踏板动作时，其连杆上的永磁体与霍尔元件之间作相对直线运动，在霍尔元件中产生制动电压信号，该信号的大小与制动手柄或制动踏板动作的幅度与速度成正比。霍尔元件的输出接入脉宽调制器，脉宽调制器根据信号的大小产生不同的脉宽，脉宽调制器的输出接入调节功率开关管的基极，控制功率开关管的通断时间。电机经过调节功率开关管与并联的蓄电池组相接。即调节功率开关管的通断控制电机在发电机模式工作的进行和停止，也就控制了电机在发电机模式运行时的消耗的动能多少，即制动力的大小，达到无级调节速度的目的。
若车辆是在较低速状态下制动，电机的制动再生电动势将低于并联蓄电池组的端电压，以致无法充电。为此本实用新型增加了辅助蓄电池，辅助蓄电池、位于辅助蓄电池前后的两个支路继电器、支路二极管及调节功率开关管连接成为再生电动势调节电路。此电路与并联的蓄电池组并联。电机正极经电压检测电阻接入脉宽调制器的电压比较器。车辆高速行驶状态下制动，电压比较器比较电机再生电动势是否高于并联的蓄电池电压，若前者高于后者，脉宽调制器使功率开关管关断，电机的正极经支路二极管接入调节功率开关管的发射极，并经电感线圈、续流二极管与并联的蓄电池组正极相接。再生电动势同时向并联的辅助蓄电池和蓄电池组充电。当车辆在低速行驶状态下制动，电压比较器比较电机再生电动势低于并联的蓄电池电压时，脉宽调制器控制调节功率开关管导通，辅助蓄电池与电机串联后并联于蓄电池组，电机的正极经前支路继电器常开触点、辅助蓄电池、后支路继电器常开触点接入调节功率开关管的集电极，调节功率开关管的发射极经电感线圈、续流二极管与并联的蓄电池组正极相接。因与电机串联的辅助蓄电池提升了并入蓄电池组的电压，再生电动势可向并联的蓄电池组充电。
特殊情况下，当主蓄电池组的电压下降到无法行驶时，本装置设计的续程充电电路，可将辅助蓄电池的电能充入并联的蓄电池组中。续程充电开关与后支路继电器线圈连接，接通续程充电开关，后支路继电器吸合，辅助蓄电池的正极经后支路继电器的常开触点与调节功率开关管的集电极连接，辅助蓄电池负极则经前支路继电器接地。升压功率开关管的集电极与电感线圈输出端连接，其发射极接地。电感线圈经续流二极管、滤波电容与并联的蓄电池组正极相接。辅助蓄电池的电压经后支路继电器、调节功率开关管输出至电感线圈、经升压功率开关管，续流二极管，滤波电容滤波后电压提升。升压功率开关管的基极与充电脉宽调制器相接。电压检测电阻与并联的主蓄电池组正极相接。辅助蓄电池的电压提升后向并联的蓄电池组充电，蓄电池组得到辅助蓄电池的能量补充，可使车辆延续驶一段路程。
本实用新型的优点为：1、蓄电池充电时可由串联转换为并联，成倍减少所需的充电电压闸值及蓄电池的内阻和能量消耗；2、在车辆低速行驶制动时，甚至低速推行时，车辆动能产生的弱电能，也能得到回收再生，蓄电池一次充电的行驶距离可增加50％；3、车辆停止行驶时，蓄电池单体之间自动进行均衡充放电，始终保持良好状态养护蓄电池，延长蓄电池寿命；4、保持传统的制动手柄或制动踏板的制动方式，并可对车辆制动速度无级调节；5、本装置适用于电动自行车、电动三轮车、电动汽车及电动船舶等电动行驶工具，装置构成简单，原驱动电路稍加改动即可，成本低，节能效果明显。
(四)附图说明
图1为本电动车能量再生回收装置蓄电池串联时的电路示意图；
图2为本电动车能量再生回收装置蓄电池并联时的电路示意图。
(五)具体实施方式
本实用新型的电动车能量再生回收装置如图1和2所示，包括可作为电动机运行也可作为发电机运行的永磁电机4、多个蓄电池单体BA1～BAn及驱动控制器3。驱动控制器3与电机4相接。各蓄电池单体BA1～BAn的正负极连接电池继电器JA1～JAn-1，电池继电器JA1～JAn-1吸合时，各蓄电池单体BA1～BAn为串联，串联后的正负端接入驱动控制器3，如图1所示。电池继电器JA1～JAn-1断电释放时，各蓄电池单体BA1～BAn为并联，如图2所示。电机4的正负极分别与电机继电器J1连接，电机继电器J1吸合时，电机4通过电机继电器J1与驱动控制器3输出端连接，如图1所示。电机继电器J1断电释放时，电机4的正负极通过电机继电器J1与前支路继电器J2接，如图2所示。各电池继电器JA1～JAn-1的线圈一端和电机继电器J1线圈的一端经隔离电阻R2接地，电池继电器JA1～JAn-1的另一端以及电机继电器J1线圈的另一端与启动二极管D3和刹车开关K2一端连接。驱动控制器3的一个输入端接地，另一输入端与车锁开关K1和刹车开关K2连接。车锁开关K1另一端连接蓄电池BA的正极。刹车开关K2的另一端连接蓄电池BA的正极。刹车开关K2与制动手柄或制动踏板1连动。
本装置并联的蓄电池组BA与充电器接口2相接。
制动手柄或制动踏板1连接的制动连杆上安装有永磁体5，与之相对的车架上安装有霍尔元件6，霍尔元件6的输出接入脉宽调制器IC1，脉宽调制器IC1的输出接入调节功率开关管Q1的基极。电机4经过调节功率开关管Q1与并联的蓄电池组BA相接。
本实用新型的辅助蓄电池BC、位于辅助蓄电池BC前的前支路继电器J2和位于其后的后支路继电器J3、支路二极管D1及调节功率开关管Q1连接成为再生电动势调节电路。此电路与并联的蓄电池组BA并联。电机4正极经电压检测电阻R3接入脉宽调制器IC1的电压比较器。车辆高速行驶状态下制动，电压比较器检测到电机再生电动势高于并联的蓄电池电压时，脉宽调制器IC1控制调节功率开关管Q1导通，电机4的正极经支路二极管D1接入调节功率开关管Q1的发射极，并经电感线圈L1、续流二极管D2与并联的蓄电池组BA正极相接。当车辆在低速行驶状态下制动，电压比较器检测到电机再生电动势低于并联的蓄电池电压时，脉宽调制器IC1控制调节功率开关管Q1导通，辅助蓄电池BC与电机4串联后并联于蓄电池组BA，电机4的正极经前支路继电器J2常开触点、辅助蓄电池BC、后支路继电器J3常开触点接入调节功率开关管Q1的集电极，调节功率开关管Q1的发射极经电感线圈L1、续流二极管D2与并联的蓄电池组BA正极相接。
本装置设计的续程充电电路中，续程充电开关K3与后支路继电器J3线圈连接，接通续程充电开关K3，后支路继电器J3吸合，辅助蓄电池BC的正极经后支路继电器J3的常开触点与调节功率开关管Q1的集电极连接，辅助蓄电池BC负极则经前支路继电器J2接地。升压功率开关管Q2的集电极与电感线圈L1输出端连接，其发射极接地，电感线圈L1经续流二极管D2、滤波电容与并联的蓄电池组BA正极相接。辅助蓄电池BC的电压经后支路继电器J3、调节功率开关管Q1输出至电感线圈L1和升压功率开关管Q2，电压提升。升压功率开关管Q2的基极与充电脉宽调制器IC2相接、电压检测电阻R1与并联的蓄电池组BA正极相接。

Claims (5)

1一种电动车能量再生回收装置，包括可作为电动机运行也可作为发电机运行的永磁电机(4)、多个蓄电池单体(BA1～BAn)及驱动控制器(3)；驱动控制器(3)与电机(4)相接，其特征为：
各蓄电池单体(BA1～BAn)的正负极连接电池继电器(JA1～JAn-1)，电池继电器(JA1～JAn-1)吸合时，各蓄电池单体(BA1～BAn)为串联，串联后的正负端接入驱动控制器(3)；电池继电器(JA1～JAn-1)断电释放时，各蓄电池单体(BA1～BAn)为并联；电机(4)的正负极分别与电机继电器(J1)连接，电机继电器(J1)吸合时，电机(4)通过电机继电器(J1)与驱动控制器(3)连接，电机继电器(J1)断电释放时，电机(4)的正负极通过电机继电器(J1)与并联的蓄电池(BA1～BAn)正负极连接；电池继电器(JA1～JAn-1)的线圈一端和电机继电器(J1)的线圈一端经隔离电阻(R2)接地，电池继电器(JA1～JAn-1)线圈的另一端和电机继电器(J1)线圈的一端与启动二极管(D3)和刹车开关(K2)一端连接，驱动控制器(3)的一个输入端接地，另一输入端与车锁开关(K1)和刹车开关(K2)一端连接；车锁开关(K1)另一端连接蓄电池(BA)的正极，刹车开关(K2)的另一端连接蓄电池(BA)的正极，刹车开关(K2)与制动手柄或制动踏板(1)连动。
2根据权利要求1所述的电动车能量再生回收装置，其特征为：
所述装置并联的蓄电池组(BA)与充电器接口(2)相接。
3根据权利要求1所述的电动车能量再生回收装置，其特征为：
制动手柄或制动踏板(1)连接的制动连杆上安装有永磁体(5)，与之相对的车架上安装有霍尔元件(6)，霍尔元件(6)的输出接入脉宽调制器(IC1)，脉宽调制器(IC1)的输出接入调节功率开关管(Q1)的基极，电机(4)经过调节功率开关管(Q1)与并联的蓄电池组(BA)相接。
4根据权利要求1所述的电动车能量再生回收装置，其特征为：
还有辅助蓄电池(BC)、位于辅助蓄电池(BC)前的前支路继电器(J2)和位于其后的后支路继电器(J3)、支路二极管(D1)及调节功率开关管(Q1)连接的再生电动势调节电路，此电路与并联的蓄电池组(BA)并联，电机(4)正极经电压检测电阻(R3)接入脉宽调制器(IC1)的电压比较器；电压比较器比较电机再生电动势高于并联的蓄电池电压时，脉宽调制器(IC1)控制调节功率开关管(Q1)关断，电机(4)的正极经支路二极管(D1)接入调节功率开关管(Q1)的发射极，并经电感线圈(L1)、续流二极管(D2)与并联的蓄电池组(BA)正极相接；电压比较器比较电机再生电动势低于并联的蓄电池电压时，脉宽调制器(IC1)控制调节功率开关管(Q1)导通，辅助蓄电池(BC)与电机(4)串联后并联于蓄电池组(BA)，电机(4)的正极经前支路继电器(J2)常开触点、辅助蓄电池(BC)、后支路继电器(J3)接入调节功率开关管(Q1)的集电极，调节功率开关管(Q1)的发射极经电感线圈(L1)、续流二极管(D2)与并联的蓄电池组(BA)正极相接。
5根据权利要求1所述的电动车能量再生回收装置，其特征为：
还有续程充电电路，其续程充电开关(K3)与后支路继电器(J3)线圈连接，接通续程充电开关(K3)，后支路继电器(J3)吸合，辅助蓄电池(BC)的正极经后支路继电器(J3)的常开触点与调节功率开关管(Q1)的集电极连接，辅助蓄电池(BC)负极经前支路继电器(J2)常闭点接地，升压功率开关管(Q2)的集电极与电感线圈(L1)输出端连接，其发射极接地，电感线圈(L1)经续流二极管(D2)、滤波电容与并联的蓄电池组(BA)正极相接。辅助蓄电池(BC)的电压经后支路继电器(J3)、调节功率开关管(Q1)输出至电感线圈(L1)和升压功率开关管(Q2)，电压提升。升压功率开关管(Q2)的基极与充电脉宽调制器(IC2)相接、电压检测电阻(R1)与并联的蓄电池组(BA)正极相接。
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