很多电量，此时控制单元控制直流变换器导通，按照电池组的充电电流和电压的要求进行充电，补充能量。反之，表明电容模块中存储的电量很少，控制单元控制直流变换器关断。
[0034]整流模块选择可控硅整流器件。用于将电机发出的三相交流电流转换成直流电流储存在电容模块中。
[0035]电容模块由多个特性相同的电容并联构成一个储能系统，用于接收来自整流模块输出的直流电，当电机处于发电状态时提供瞬间大电流满足电机瞬时功率的需要，在电机减速或突然停止时，用于储存电机发出的电能。
[0036]直流变换器采用单向DC-DC，用于当电容模块充满电时，向电池组进行充电，以及时补充电池组能量。由于电池组充电是一个化学过程，原则上对充电电流的大小有限制，因此通过直流变换器向电池组进行充电，根据电池的充电要求设定合适的充电电流，确保电池组的安全和可靠。因不同功率的电容模块中电容的容量、耐压电气参数不一定相同，组成电池组的单个电池充电电压、充电电流电气参数也不一定相同，因此，单向DC-DC的设计需要根据实际电容模块和电池组的电气参数来调整。该转换器与传统直流变换器在工作原理图上没有本质区别。
[0037]电机由一组三相电感线圈构成，与传统的电机没有本质区别。当电机加速时，充当负载消耗电能；当电机减速或突然停止时又作为发电机发出电能。
[0038]电机控制系统采用IGBT作为开关器件构成的整流桥和IGBT驱动电路。
[0039]图4为与本发明相关的电电混合装置相关的电路简图。图中M为电机；电机控制系统包括六个英飞凌公司生产的IGBT模块FS600R07A2E3，每个耐压达到650V，通电流能力达到600A (见图中虚线框部分)。整流模块包括六个TECCOR公司生产的可控硅整流二极管S6070W，每个二极管都具有600V反向耐压及70A的通电流能力(见图中虚线框部分)，图中可控硅的A，B，C，D，E，F六个控制点，分别连接到控制单元的六个控制管脚，由六个控制管脚控制可控硅的导通与关闭。显然整流模块的过电流能力要远低于电机控制系统中的IGBT的过电流能力。控制单元包括ADUC812处理器，该处理器带有两路12位的数模转换器DAC，8通道每个通道都是12位精度的模数转换器ADC，ADUC812的模数转换通道比较多，一方面转换采集系统的采集的电流转化的电压值，一方面也采集电容模块的电压。采集系统包括相连接的霍尔器件和电流采样电路，它将霍尔器件取样的电流转换为电压值，由ADUC812自带的模数转换部分进行转换。采集系统和ADUC812之间通过模数转换接口相连；直流变换器为小功率的单向Ikw以下的DC-DC，与传统直流变换器在工作原理图上没有本质区别，其输入端与分别与电容的正负极相连，输出端分别与电池的正负极相连。控制单元的一个控制管脚连接直流变换器的工作使能端，控制管脚为高使能直流变换器进入工作状态，为低高禁止直流变换器工作。值得说明的是，本图所示的电电混合能量回收装置仅仅是实际使用中的一个特例，因电机的运用场合不同比如电动汽车和电动摩托车，功率并不完全相同，其中器件、模块的参数需要根据实际情况进行选型，在不违反基本原理的情况下，相关的多个变换都视为本发明涉及的范围。
[0040]如图3所示，本发明的电电混合能量回收方法包括如下步骤:
[0041]步骤1:在电机负载减速或突然停止时，电机瞬间发出电能；控制单元向采集系统发出控制指令，采集系统中对电机控制系统和电池组之间的母线电流大小和流向进行采集，并将采集到的电流上报给控制单元；控制单元判断电流由电机控制系统流向电池组时，判断电机处于发电状态。
[0042]步骤2:控制单元控制整流模块导通，电机发出的交流电被整流模块转换为直流电存储在电容模块中；由于整流模块中开关器件的导通压降很小，和电机相连的母线的电位被拉低，使得电机控制系统无法给电池组进行大电流充电，从而避免了电池组受到电机瞬间产生的大电流冲击；而图1所示的传统节能系统的电池组无法回避大电流的冲击；
[0043]步骤3:在电容模块被充电的过程中，控制单元实时采样电容模块的电压，在电容模块的电压低于耐压值的情况下保持充电状态；如果电容模块的电压超过电容模块的耐压值，控制单元控制直流变换器开启，电容模块给电池组充电，在电容模块给电池组充电过程中，如果电容模块的电压低于电池组的最低电压(一般为2.5V)，则控制单元控制直流变换器关断；
[0044]步骤4:在电容模块给电池组充电的过程中，采集系统根据控制单元的控制指令采集电池组的电压，当电池组中单个电池的电压达到规定值(一般为4.2V)，则采集系统上报给控制单元，由控制单元控制直流变换器关闭，此时电池组能够给电机提供能量；否则，返回步骤3。
[0045]本发明提出的电电混合能量回收装置和方法，通过在电机和电机控制系统之间添加电容模块来回收电机发出的电能，与传统设计方式在电池组和电机控制系统之间添加电容模块回收电能相比，本发明中当电机处于放电状态时，因整流模块工作时，拉低了电机控制系统和电机之间连线的电位，使得电机处于发电状态时，电机无法通过电机控制系统对电池组进行充电，使得电池组免受电机发出的瞬间大电流冲击，保护了电池组，实现了传统电电混合系统不能实现的功能；同时整流模块也可采用导通压降小、成本更低的类似可控硅的开关器件来实现，而给电池充电的DC-DC也是单向小功率的，为保证电池的安全和可靠性，其充电电流很小，这些设计都降低了整机方案的设计成本和体积。同时，通过内部充电的方式来补充电池能量在一定程度上能够减少通过外部充电方式来给电池补充能量的次数，延长了电池的续航时间。本发明在实现回收电能的同时，也能给电池提供一条充电路径。
【主权项】
1.一种电电混合能量回收装置，包括电池组、电机、电机控制系统和电容模块，所述电池组、电机均通过母线连接电机控制系统；其特征在于，还包括采集系统、控制单元、直流变换器、整流模块和电容模块；在所述电机控制系统与电池组之间的连线上安装有采集系统；所述控制单元分别连接所述采集系统、整流模块、直流变换器和电容模块；所述电机和整流模块之间通过母线相连接；所述整流模块的输出端连接电容模块的输入端，所述电容模块的输出端连接直流变换器和控制单元；所述直流变换器的输出端连接电池组。2.如权利要求1所述的电电混合能量回收装置，其特征在于，所述电池组的第一节电池的正极和最后一节电池的负极分别与母线的正极性线和负极性线分别相连。3.如权利要求1所述的电电混合能量回收装置，其特征在于，所述采集系统包括由霍尔器件构成的电流采样电路，霍尔器件安装在电机控制系统与电池组之间的母线上。4.如权利要求1所述的电电混合能量回收装置，其特征在于，所述整流模块选择可控硅整流器件。5.如权利要求1所述的电电混合能量回收装置，其特征在于，所述电容模块由多个特性相同的电容并联构成。6.如权利要求1所述的电电混合能量回收装置，其特征在于，所述直流变换器采用单向 DC-DCo7.一种电电混合能量回收方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:在电机负载减速或突然停止时，电机瞬间发出电能；控制单元向采集系统发出控制指令，采集系统中对电机控制系统和电池组之间的母线电流大小和流向进行采集，并将采集到的电流上报给控制单元；控制单元判断电流由电机控制系统流向电池组时，判断电机处于发电状态； 步骤2:控制单元控制整流模块导通，电机发出的交流电被整流模块转换为直流电存储在电容模块中；由于整流模块中开关器件的导通压降很小，和电机相连的母线的电位被拉低，使得电机控制系统无法给电池组进行大电流充电，从而避免了电池组受到电机瞬间产生的大电流冲击； 步骤3:在电容模块被充电的过程中，控制单元实时采样电容模块的电压，在电容模块的电压低于耐压值的情况下保持充电状态；如果电容模块的电压超过电容模块的耐压值，控制单元控制直流变换器开启，电容模块给电池组充电，在电容模块给电池组充电过程中，如果电容模块的电压低于电池组的最低电压，则控制单元控制直流变换器关断； 步骤4:在电容模块给电池组充电的过程中，采集系统根据控制单元的控制指令采集电池组的电压，当电池组中单个电池的电压达到规定值，则采集系统上报给控制单元，由控制单元控制直流变换器关闭，此时电池组能够给电机提供能量；否则，返回步骤3。8.如权利要求7所述的电电混合能量回收方法，其特征在于，所述步骤3中所述的电池组的最低电压为2.5V。9.如权利要求7所述的电电混合能量回收方法，其特征在于，所述步骤4中所述单个电池的电压的规定值为4.2V。
【专利摘要】本发明公开了一种电电混合能量回收装置和方法，装置包括电池组、电机、电机控制系统和电容模块，电池组、电机均通过母线连接电机控制系统；还包括采集系统、控制单元、直流变换器、整流模块和电容模块；在电机控制系统与电池组之间的连线上安装采集系统；控制单元分别连接所述采集系统、整流模块、直流变换器和电容模块；所述整流模块连接电容模块，电容模块连接直流变换器和控制单元；直流变换器连接电池组。本发明避免了电磁组承受瞬间大电流，使得电池组免受电机发出的瞬间大电流冲击。同时，延长电池组的续航时间。降低了成本，缩小了体积。
【IPC分类】B60L11/18, B60L15/20, B60L11/00
【公开号】CN105235537
【申请号】CN201510627490
【发明人】郑伟伟, 蔡晓, 毛建华, 常亚婷
【申请人】西安迅湃快速充电技术有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月28日