CN103434411B - 一种在线充电式电动车制动能量的回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线充电电动车制动能量的回收系统，包括：电机控制器1，所述电机控制器1用于控制电机M，所述电机控制器1至少还包含一个功率开关Va；防反二极管D1，用以阻断电流反向流向线网电源正极；制动电阻R2；电池BT；所述制动电阻R2、所述电池BT串联后与所述功率开关Va一起串联连接到所述电机控制器（1）的正极母线M+与负极母线M－之间，且所述电池BT的正极与所述正极母线M+相连。本方案原理简单，可靠性强，在没有增加能源转换装置的情况下，利用电池直接将线网模式运行时的电机制动能量进行回收，充分节约能源，降低运营成本。

Description

一种在线充电式电动车制动能量的回收系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车制动能量回收装置，特别是一种在线充电式电动车制动能量的回收系统。

背景技术

在线充电式电动车是在传统的无轨电车上增加了电池作为辅助电源。由线网直接向电机提供电源或电池直接向电机提供电源，单独采用电池供电行车时，简称辅源模式；单独采用线网供电行车时，简称线网模式。当有线网的路段采用线网模式，无线网或脱线时采用辅源模式，由电池供电继续运行，两种模式交替运行。车辆在线网模式行驶中，线网除了直接向电机提供电源外，还通过高压车载充电机给电池在线充电，此模式下电池不与电机运行电路接通。

电动汽车在行驶中可以通过电机进行辅助制动，以降低机械制动的能量损耗。在辅源模式下，电机制动的能量可以回馈到电池组中，通过电池组回收；在线网模式下，电机制动的能量不允许回馈到线网中，所以通常在线网主回路中增加防反二极管，防止电流反向流动对线网造成干扰，车辆制动时，电机控制器的直流母线电压高于输入电压，由于线网主回路中防反二极管的作用，电流不能反向流动，随着制动能量累加，电机控制器的直流母线电压不断升高，当电压达到设定电压阀值时，电机控制器与制动电阻回路中开始斩波，制动能量通过与电机控制器串联的制动电阻释放，以保证电机控制器直流侧电压不会过压，保证电机制动有效地进行。

然而线网模式通过制动电阻释放制动能量至少有二个不足之处：一是制动能量完全浪费，得不到回收利用；二是通过制动电阻释放制动能量时，制动电阻会产生巨大的热量，需要对制动电阻做专门防护处理，且容易损坏，使用寿命较短。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出一种在线充电式电动车制动能量的回收系统，包括：电机控制器1，所述电机控制器1用于控制电机M，所述电机控制器1的正极母线或负极母线一端至少还包含一个功率开关Va；防反二极管D1，所述防反二极管D1的阳极连接到线网电源的正极，所述防反二极管D1的阴极连接到所述电机控制器1的正极母线，用以阻断电流反向流向线网电源正极；制动电阻R2；电池BT，所述制动电阻R2、所述电池BT串联后与所述功率开关Va一起串联连接到所述电机控制器1的正极母线M+与负极母线M－之间，且所述电池BT的正极与所述正极母线M+相连。

将电池BT与制动电阻R2串联后，电机制动时，制动电阻R2上的压降等于电机控制器1斩波电压与电池组当前电压的压差，制动电阻R2的压降相对较小，因此制动电阻R2消耗的能量也较小，另一方面电池处于充电状态，可以吸收大部分制动能量。与现有技术中的制动回路相比，不单独用制动电阻来消耗制动能量，而是利用电池将制动能量吸收加以利用，一方面节约了能源，另一方面减小了制动电阻R2的发热量。本方案原理简单，可靠性强，在没有增加能源转换装置的情况下，利用电池直接将线网模式下电机制动能量回收，使在线充电式电动车在线网条件运行时，节约了能源，降低了运营成本。

进一步地，所述电池BT正极与所述电机控制器1之间还设置有防反二极管D2，所述防反二极管D2的阳极连接到所述电机控制器1，所述防反二极管D2的阴极连接到所述电池BT正极。

进一步地，还包括与防反二极管D2并联的预充电电阻R3，还包括电容C1，所述电容C1一端连接到所述防反二极管D2的阳极，另一端连接到所述电池的负极。

进一步地，在电池BT正极与防反二极管D2、预充电电阻R3之间设置有开关K3。

进一步地，所述电池BT两端分别设置有开关K1、K2，所述电池BT的正极通过开关K1连接在防反二极管D1的阴极，所述电池BT的负极通过开关K2连接到电机控制器1的负极母线；当电动车在线网模式下运行时，开关K1、K2断开，线网可以通过外部充电机向电池充电；当电动车脱离线网运行时，开关K1、K2闭合，电池为电机供电。

进一步地，所述功率开关Va可以设置在所述电机控制器1的正极，也可以设置在所述电机控制器1的负极，还可以在正极、负极分别设置功率开关Va。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明另一实施例示意图；

其中，1、电机控制器；RW1、避雷器；L、电抗器；QF、断路器；BT、电池；D1、防反二极管；D2、防反二极管；F1、线网熔断器；F2、电池熔断器；K1、电池正极开关；K2、电池负极开关；K3、电池充电开关；K4、电机控制器主接触器；K5、电机控制器预充接触器；R1、电机控制器的预充电电阻；R2、制动电阻；R3、电池充电滤波电容C1的预充电电阻；C1、滤波电容；C2、滤波电容；Va、功率开关；M、电机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合附图1描述根据本发明实施例的一种在线充电式电动车制动能量的回收系统，包括：

防反二极管D1、制动电阻R2、电池BT、电机控制器主接触器K4、电机控制器1、电机M，所述电机控制器1的正极母线一端包含一个功率开关Va；

所述电机控制器1用于控制电机M，所述防反二极管D1的阳极连接到线网电源的正极，所述防反二极管D1的阴极连接到所述电机控制器1的正极母线，用以阻断电流反向流向线网电源正极；所述制动电阻R2、所述电池BT串联连接到所述功率开关Va与电机控制器1的负极母线M－之间。

电机控制器两侧母线M+、M－间电压为UM，电机在制动状态下，电机直流侧电压由于被防反二极管D1截止，UM迅速升高，当电压达到设定斩波电压（电动车一般取线网电压波动上限720V）时，功率开关Va导通，电流依次经过M+、Va、电池组、R2、M－形成回路对电池BT进行充电，UM的大小等于电阻电压UR与电池电压UB之和。当电压低于设定斩波电压，Va迅速关闭。由于电池组与制动电阻R2串联，电池组与制动电阻R2消耗的功率与它们的电压成正比，合适地配置电池电压，就可以使本发明中电池电压UB接近斩波电压，最大限度地回收制动能量。

如图2所示是本发明的又一实施例，在上一实施例的基础上，所述电机控制器1的正极、负极母线处均设置有一个功率开关Va，在所述电池BT正极与所述电机控制器1正极母线M+之间还设置有防反二极管D2，所述防反二极管D2的阳极连接到所述电机控制器1正极母线M+处的功率开关Va，所述防反二极管D2的阴极连接到所述电池BT正极。在电池BT一侧还设置有由电容C1、预充电电阻R3组成的滤波电路，预充电电阻R3与防反二极管D2并联，电容C1一端连接到所述防反二极管D2的阳极，另一端连接到所述电池的负极；在电池BT正极与预充电电阻R3、防反二极管D2之间还设置有开关K3，以备在电动车没有工作时截断电路。当K3闭合时，在电动车启动瞬间，电池BT通过预充电电阻R3给电容C1充电。由于电池BT两侧并联了滤波电容C1，线网模式运行时，开关K3闭合，通过预充电电阻R3给电容C1充电，使电容C1两端电压与电池组电压基本相等，在电机制动时对斩波电流进行滤波，使斩波电流较为平稳地向电池BT充电。

在另一实施例中，在上述又一实施例的基础上，所述电池BT两端还分别设置有开关K1、K2，所述电池BT的正极通过开关K1连接在防反二极管D1的阴极，所述电池BT的负极通过开关K2连接到电机控制器1负极母线M－；当电动车在线网模式下运行时，断开K1、K2，线网对电机控制器供电；当电动车脱离线网运行时，开关K1、K2闭合，电池为电机控制器供电，制动电流直接通过K4、QF、K1、K2给电池充电，电阻制动斩波回路不工作。在所述电机控制器1内部还设置有由电容C2组成的滤波电路，所述电容C2并联在所述电机控制器1的正负母线之间，对电机控制器制动时直流侧电压进行滤波。还设置有由电机控制器预充接触器K5、电机控制器预充电电阻R1组成的预充电电路。

另外，本发明还可在线网正负极之间还设置有避雷器RW1，在线网进入电路处还设置有熔断器F1，在电池正极前设置有熔断器F2，在电机控制器正极母线前设置有断路器QF，充分保证电路运行安全。在防反二极管D1前面的电路上还设置有电抗器L。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种在线充电式电动车制动能量的回收系统，包括：电机控制器（1），所述电机控制器（1）用于控制电机M，所述电机控制器（1）的正极母线或负极母线一端至少还包含一个功率开关Va；防反二极管D1，所述防反二极管D1的阳极连接到线网电源的正极，所述防反二极管D1的阴极连接到所述电机控制器（1）的正极母线，用以阻断电流反向流向线网电源正极；制动电阻R2；其特征在于：还包括电池BT，所述制动电阻R2、所述电池BT串联后与所述功率开关Va一起串联连接到所述电机控制器（1）的正极母线M+与负极母线M－之间，且所述电池BT的正极与所述正极母线M+相连。

2.根据权利要求1所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：所述电池BT正极与所述电机控制器（1）之间还设置有防反二极管D2，所述防反二极管D2的阳极连接到所述电机控制器（1），所述防反二极管D2的阴极连接到所述电池BT正极。

3.根据权利要求2所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：还包括与防反二极管D2并联的预充电电阻R3，还包括电容C1，所述电容C1一端连接到所述防反二极管D2的阳极，另一端连接到所述电池的负极。

4.根据权利要求3所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：在电池BT正极与防反二极管D2、预充电电阻R3之间设置有开关K3。

5.根据权利要求1至4任一项所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：所述电池BT两端分别设置有开关K1、K2，所述电池BT的正极通过开关K1连接在防反二极管D1的阴极，所述电池BT的负极通过开关K2连接到电机控制器1的负极母线；当电动车在线网模式下运行时，开关K1、K2断开，线网可以通过外部充电机向电池充电；当电动车脱离线网运行时，开关K1、K2闭合，电池为电机供电。

6.根据权利要求1所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：所述功率开关Va设置在所述电机控制器（1）的正极。

7.根据权利要求1所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：所述功率开关Va设置在所述电机控制器（1）的负极。

8.根据权利要求1所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：所述电机控制器（1）的正极、负极分别设置有功率开关Va。

9.根据权利要求1至3任一所述的在线充电式电动车制动能量的回收系统，其特征在于：所述电机控制器（1）内部还设置有电容C2，所述电容C2并联在所述电机控制器（1）的正负母线之间。