内阻，Λ,是超级电容器2的内阻；K为常闭继电器4 ;L为电感，串接 在超级电容器2的右侧，S1、S2、A为IGBT管，A、U 2、Us分别是与IGBT管為、S2和Ss 反向并联的二极管，由电感U IGBT管馬、IGBT管S2、IGBT管晃、二极管珥、二极管U2和 二极管巧一起构成图1中的双向DC/DC变换器3。1681'管晃与二极管取反向并联后置于 电感L的右侧且与超级电容器2和电感L呈并联结构；IGBT管5 2与二极管U2反向并联后 置于电感L的右侧且与永磁有刷直流电机5串接。IGBT管S1与二极管/)5反向并联后置于 电感L的左侧且与超级电容器2呈并联结构。蓄电池1、超级电容器2和双向DC/DC变换器 3组成车载复合电源模块。
[0020] 目前常用的非隔离型半桥结构的双向DC/DC变换器一般只由、1\和D2 构成，电感L处于输入侧，与超级电容器串接；久反向并联后置于电感L右侧，且与超 级电容和电感呈并联结构；冕与1?3反向并联后置于电感L右侧，与电机负载串接，导通方 向由超级电容端指向负载端；常用的这种结构由于缺少功率管IGBT管&和与之反向并联 的二极管i>5，因此只能实现超级电容器升压放电和降压充电，制动过程中永磁有刷直流电 机反电势低于超级电容器端电压时的制动能量无法回收。本发明中的双向DC/DC变换器3 在原有非隔离型半桥结构的基础上增加了一个功率管，新增加的IGBT管S 3放置在电感L 左侧，与超级电容器2并联，功能上相当于buck和boost变换器的组合，能够实现对超级电 容器3升压放电和升、降压充电的功能。当汽车正向行驶过程中，与目前常用的双向DC/DC 变换器结构控制方法相比，单片机9需要同时控制IGBT管晃和馬关断，令IGBT管為以一 定占空比工作，爲为续流二极管。当IGBT管馬处于导通状态时电路处于储能的过程，此时 超级电容器2端电压加到电感L上，电感L的电流线性增长；IGBT管S 1处于关断状态时，电 路处于释能的过程，此时超级电容器2和电感L通过续流二极管1?2同时向电机负载释放能 量。汽车制动的过程可以分为永磁有刷直流电机5反电势高于超级电容器2端电压阶段和 永磁有刷直流电机5反电势低于超级电容器2端电压两个阶段。具体是： 当永磁有刷直流电机5反电势高于超级电容器2端电压时双向DC/DC变换器3工作原 理如图3所示。该阶段制动能量的回馈控制与目前常用的非隔离型半桥结构双向DC/DC变 换器相似，但与【背景技术】中所提到的四功率管结构的双向DC/DC变换器相比更为简单。单 片机9输出PWM信号控制IGBT管^和馬处于关断状态，控制IGBT管52以一定的占空比工 作，此时电路处于降压工作模式。当IGBT管S2处于导通状态时，电机反电势通过^加到电 感L和超级电容器2两端，此时二极管A和U 5承受反向截止电压；当IGBT管S2处于关断 状态时，电感L的电流通过二极管A继续流通且不断减小，此时二极管巧仍处于反向截止 状态。
[0021] 永磁有刷直流电机5反电势低于超级电容器2端电压时，双向DC/DC变换器3工作 原理如图4所示。单片机9输出PWM信号控制IGBT管S 1处于关断状态，IGBT管矣处于始 终导通状态，控制IGBT管53以一定的占空比工作，此时电路处于升压工作模式。当IGBT管 A处于导通状态时电路处于储能的过程，此时永磁有刷直流电机5反电势加到电感L上， 电感L电流线性增长，二极管A处于反向截止状态；IGBT管S s处于关断状态时，电路处于 释能的过程，此时电机反电势和电感L同时向负载释放能量。目前常用的双向DC/DC变换 器由于缺少反向升压功率器件A，因此不能实现该阶段制动能量的回收。
[0022] 本发明的车载复合电源再生制动能量回收系统将超级电容器2与双向DC/DC变换 器3串联作为车辆的辅助供能系统，将蓄电池1与常闭型电磁继电器4串联结构作为车辆 的主要供能系统。双向DC/DC变换器3在目前常用的非隔离半桥拓扑结构的电感左侧增加 一功率管，元器件数量少，造价低廉，能够充分回收电机反电势低于超级电容电压时的制动 能量。蓄电池1与常闭型电磁继电器4串联的结构实现了制动时永磁有刷直流电机在反电 势低于蓄电池1端电压下的情况下依旧能向超级电容器2回馈制动能量，且控制简单，功耗 极低，提高制动能量回收率。
[0023] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的范围，凡在本发明的 精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种车载复合电源再生制动能量回收系统，包括蓄电池（1)、超级电容器（2)以 及单片机（9)，其特征是：超级电容器（2)与双向DC/DC变换器（3)串联构成辅助能量 源，蓄电池（1)与常闭继电器（4)串联构成主要能量源，主要能量源和辅助能量源并 联在永磁有刷直流电机（5)的输出端，用于检测制动过程中超级电容器（2)的充电电 流大小的电流传感器（7)的输出端连接单片机（9)的一个输入端，单片机（9)的另一 个输入端连接用于检测制动踏板（6)所产生的位移量的位移传感器（8)，单片机（9) 的输出端连接双向DC/DC变换器（3);所述双向DC/DC变换器（3)由电感L、IGBT管 、S2、Ss、二极管从、馬、瑪构成，所述电感L串接在超级电容器（2 )的右侧，IGBT管S1 与二极管珥反向并联后置于电感L的右侧且与超级电容器（2)和电感L并联；IGBT管晃 与二极管U2反向并联后置于电感L的右侧且与永磁有刷直流电机（5)串接，IGBT管瑪与 二极管巧反向并联后置于电感L的左侧且与超级电容器（2)并联。
2. 根据权利要求1所述车载复合电源再生制动能量回收系统，其特征是：蓄电池（1) 为铅酸电池或镍氢电池或锂离子电池，超级电容器（2)为双电层电容器。
3. -种如权利要求1所述车载复合电源再生制动能量回收系统的再生制动能量回收 方法，其特征是：车辆正常行驶过程中继电器（4)处于常闭状态，制动踏板（6)动作后，常闭 继电器（4)断开，切断蓄电池（1)与永磁有刷直流电机（5)的连接，永磁有刷直流电机（5) 的反电势低于超级电容器（2 )端电压，永磁有刷直流电机（5 )通过双向DC/DC变换器（3 )向 超级电容器（2)回馈再生制动能量。
4. 根据权利要求3所述的再生制动能量回收方法，其特征是：永磁有刷直流电机（5)通 过双向DC/DC变换器（3)向超级电容器（2)回馈再生制动能量时，单片机（9)输出信号控制 IGBT管馬处于关断状态、1681'管52处于始终导通状态、IGBT管S5以一定的占空比工作；当 IGBT管馬处于导通状态时处于储能过程，永磁有刷直流电机（5)反电势加到电感L上，电 感L电流线性增长，二极管A处于反向截止状态；当IGBT管晃处于关断状态时处于释能过 程，电机反电势和电感L同时向负载释放能量。
5. 根据权利要求3所述的再生制动能量回收方法，其特征是：当超级电容器（2)的SOC 达到90%时，继电器（4)恢复闭合状态，永磁电机（5)向蓄电池（1)回馈能量。
6. 根据权利要求3所述的再生制动能量回收方法，其特征是：当车辆正向行驶时，单片 机（9)控制IGBT管52、5 3关断，IGBT管&以一定占空比工作；当IGBT管S1处于导通状态 时处于储能过程，超级电容器（2)端电压加到电感L上，电感L的电流线性增长；当IGBT管 民处于关断状态时处于释能过程，超级电容器（2)和电感L通过二极管ZJ 3同时向电机负载 释放能量。
【专利摘要】本发明公开一种车载复合电源再生制动能量回收系统及方法，超级电容器与双向DC/DC变换器串联构成辅助能量源，蓄电池与常闭继电器串联构成主要能量源，主要能量源和辅助能量源并联在永磁有刷直流电机的输出端，单片机的输出端连接双向DC/DC变换器；双向DC/DC变换器由电感L、IGBT管 、、、二极管、、构成，车辆正常行驶过程中继电器处于常闭状态，制动踏板动作后，常闭继电器断开，切断蓄电池与永磁有刷直流电机的连接，永磁有刷直流电机通过双向DC/DC变换器向超级电容器回馈再生制动能量，能够充分利用制动过程中永磁有刷直流电机反电势低于超级电容端电压时的制动能量，有效提高再生制动能量回收效率。
【IPC分类】B60L7-18
【公开号】CN104648166
【申请号】CN201410760105
【发明人】孙涛, 孙玉坤, 王琪
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月12日