一种轻型交通工具的集成电力驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种种轻型交通工具的集成电力驱动系统。包括集成控制系统与电力驱动系统相连接；电力驱动系统：蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，功率变换器接集成控制系统。集成控制系统：速度与位置检测单元接信号处理单元，信号处理单元分别接电池工作状态检测、控制面板接口、功率变换器状态检测单元、电机驱动、充电器驱动，驱动电机接至驱动变换器，充电器驱动接至充电器。本发明专利技术的电力驱动系统由集成控制系统决定何时驱动；集成控制系统收集电力驱动系统的工况，并结合操纵指令，形成对电力驱动系统的控制信号。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种轻型交通工具的集成电力驱动系统。
技术介绍
自行车是大众的主要短途交通工具，目前趋于向电动助动车方向发展(主要区别在于动力、重量速度等方面的有所增加，在下面叙述中不再区别对待)；而摩托车(包括轻骑)则在农村和中小城市个人交通中十分流行。本专利技术涉及一种集成电力驱动系统，面向轻型交通工具的电力驱动，主要用于助动车与摩托车的清洁动力系统。该集成电力驱动系统也可用于三轮车、小型游览车、叉车等物流搬运平台以及其他需要反复起动的低速小型车辆等轻型交通工具和小型机械的清洁动力源。为说明问题方便，这里将助动车与摩托车作为例子对本专利技术的系统加以描述。随着城市空间的扩大、流动性增加与生活水平的提高，使动力型的轻便交通工具需求日益迫切。电动型助动车因其噪音低、无气体污染等特点而被大众所接受，目前正在迅速推广中。至于电池可能产生的污染则可以通过专业工厂的处理来控制。电动助动车(包括电动摩托车)的最大缺点是电池性能不理想。铅酸电池比容量低，例如目前电动助动车上配的36V/12Ah的铅酸电池达12公斤左右，而行驶距离往往在50公里左右，考虑到实际道路平整度与遇到红绿灯频繁刹车、启动情况，城市中实际有效行驶距离仅仅在30公里左右。后随着电池的衰退，行驶距离进一步缩短。电池的寿命又普遍比较短，通常在一年以内。采用镍镉电池放电内阻低，但固有的充放电记忆特性和严重的潜在污染使得其不适合于作为助动车的能源。镍氢电池克服了镍镉电池的污染缺点，且比能有所提高，但其价格高，自放电严重，能量密度依然不够高，性能价格比不具有优势。锂电池比能高，与其他电池比较性能优异，但目前作为动力电池其性能还不够稳定；高昂的价格，也使其不可能被大规模推广。总之，用电池作为动力，存在着行驶里程短、使用寿命短、价格高、自重比例高等系列问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能改善电力驱动性能和延长电池使用寿命的一种轻型交通工具的集成电力驱动系统。为了达到上述目的，本专利技术采用技术方案如下本专利技术公开一种轻型交通工具的集成电力驱动系统，包括电力驱动系统与集成控制系统两部分；其中1)电力驱动系统包括驱动电机、蓄电池、功率变换器；其中功率变换器又包括驱动变换器、充电器、辅助电源，驱动变换器与充电器均为开关功率变换器，蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，功率变换器接集成控制系统；本专利技术中的充电器是专门为能量回馈所设置的，蓄电池通过市电充电需要另外的充电器。2)集成控制系统速度与位置检测、发动机启动、电池工作状态检测、信号处理、电机驱动、控制面板接口、功率变换器状态检测、充电器驱动单元；速度与位置检测单元接信号处理单元，信号处理单元分别接电池工作状态检测、控制面板接口、功率变换器状态检测单元、电机驱动、充电器驱动，驱动电机接至驱动变换器，充电器驱动接至充电器。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是电力驱动系统由集成控制系统决定何时驱动；集成控制系统收集电力驱动系统的工况，并结合操纵指令，形成对电力驱动系统的控制信号。本专利技术能使电动机和电子功率变换器有机结合，在城市道路上红绿灯频繁的状况下，在启动过程能在不提高电池输出电流的条件下使驱动电机够获得大扭矩的输出，通过精心研制的控制器，对电池进行全程充放电管理，其续驶里程和工作寿命可大大延长，提高启动性能和延长电池寿命。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1电力驱动系统图；图2升压与降压变换器典型电路拓扑图；图3充电用升压变换器限流限压控制方案图；图4驱动用降压变换器限流限压控制方案图；图5功率变换器的典型主电路图；图6带逆变器的驱动变换器及充电器图；图7是带逆变器的驱动变换器的典型主回路图；图8是双向驱动变换器图；图9是双向变换器典型电路拓扑图；图10是集成控制系统图； 图11是集成控制系统中的驱动变换器控制程序例图；图12是电力驱动系统实施例图。具体实施例方式分析上述两种车型的特点，本专利技术提出的集成电力驱动系统，避免在起动与低速下的电池电能利用率低的缺点，与城市道路上红绿灯频繁的状况相适应。其启动力矩加大，而续驶里程和工作寿命得到延长。以下是集成混合动力系统的各个部分说明。1)电力驱动系统电力驱动系统如图1所示，包括驱动电机、蓄电池、功率变换器；其中功率变换器又包括驱动变换器、充电器、辅助电源，驱动变换器与充电器均为开关功率变换器，蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，功率变换器接集成控制系统。驱动电机由蓄电池通过驱动变换器供电，处于电动机状态；当需要减速或所在的车子处于下坡限速时，驱动电机通过传动系统可工作在发电机状态，充电器则将驱动电机的端电压变换成蓄电池所需的充电电压，辅助电源对本专利技术的整个集成混合动力系统中各个部分提供辅助电源。驱动变换器与充电器均为具有限流、限压功能的DC-DC开关变换器。针对蓄电池电压通常高于驱动电机工作电压的情况，以驱动变换器是降压型DC-DC开关变换器，充电器是升压型DC-DC开关变换器为好。驱动变换器的输入端分别接蓄电池与充电器的输出端，驱动变换器的输出端分别接驱动电机与充电器的输入端，见附图5；其中的降压型功率变换器主电路由半导体开关S、二极管D、电感L、电容器C组成，半导体开关的一端接蓄电池，半导体开关的另一端分别接二极管的一端及电感的一端，电感的另一端接电容的一端及驱动电机，二极管的另一端及电容均接公共端；其中的升压型功率变换器主电路由半导体开关S、二极管D1、电感L及电容器C组成，电感的一端接蓄电池，电感的另一端接半导体开关及接二极管的一端，二极管的另一端接电容的一端及输出端驱动电机，半导体开关的另一端及电容均接公共端。图2所示的是升压与降压电路的典型电路拓扑。驱动变换器与充电器均具有限流、限压功能，图3所示的是充电用升压变换器限流限压的一种控制方案例，图4所示的是驱动用降压变换器限流限压的一种控制方案，图5所示的是功率变换器的典型主电路。辅助电源通常为降压型DC-DC开关变换器。驱动电机可以采用常规的交、直流电机，但又以采用永磁轮毂电机比较有利。当驱动电机为永磁直流无刷轮毂电机时，功率变换器还包括永磁直流无刷电机的逆变器；其中的驱动变换器输入端接蓄电池，驱动变换器的另一端接逆变器输入端，逆变器的输出端接驱动电机，即永磁直流无刷轮毂电机，见附图6(a)；充电器的输入端接在驱动变换器中DC-DC变换器与逆变器之间或通过内部整流器与驱动电机相接，见附图6(b)、6(c)；充电器的输出端接蓄电池。逆变器通常采用常规的三相六开关逆变器，见附图7。驱动电机可以采用常规的交、直流电机，但又以采用永磁轮毂电机比较有利。当需要能量回馈时，永磁电机可以直接作为发电机给蓄电池充电。作为永磁电机有永磁交流同步、永磁直流无刷和永磁直流有刷等类别，其中的永磁直流无刷电机与永磁交流同步相比具有制造与控制相对简单，与永磁直流有刷相比则具有维护简单、噪音低、寿命长等特点。因此永磁直流无刷电机更适合于本系统，尤其是采用永磁轮毂电机更具有动力输出结构简单的优点。如同常规电动助动车，对于永磁直流无刷电机，驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻型交通工具的集成电力驱动系统其特征在于包括：电力驱动系统和集成控制系统；集成控制系统与电力驱动系统相连接；其中：　　　　１）电力驱动系统：包括驱动电机、蓄电池、功率变换器；其中功率变换器又包括驱动变换器、充电器、辅助电源，驱动变换器与充电器均为开关功率变换器，蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，功率变换器接集成控制系统；　　　　２）集成控制系统：包括速度与位置检测、发动机启动、电池工作状态检测、信号处理、电机驱动、控制面板接口、功率变换器状态检测、充电器驱动单元；速度与位置检测单元接信号处理单元，信号处理单元分别接电池工作状态检测、控制面板接口、功率变换器状态检测单元、电机驱动、充电器驱动，驱动电机接至驱动变换器，充电器驱动接至充电器。

【技术特征摘要】
1.一种轻型交通工具的集成电力驱动系统其特征在于包括电力驱动系统和集成控制系统；集成控制系统与电力驱动系统相连接；其中1)电力驱动系统包括驱动电机、蓄电池、功率变换器；其中功率变换器又包括驱动变换器、充电器、辅助电源，驱动变换器与充电器均为开关功率变换器，蓄电池分别接驱动变换器的输入端、充电器的输出端和辅助电源的输入端，驱动电机的功率输入接点分别接驱动变换器的输出端和充电器的输入端，功率变换器接集成控制系统；2)集成控制系统包括速度与位置检测、发动机启动、电池工作状态检测、信号处理、电机驱动、控制面板接口、功率变换器状态检测、充电器驱动单元；速度与位置检测单元接信号处理单元，信号处理单元分别接电池工作状态检测、控制面板接口、功率变换器状态检测单元、电机驱动、充电器驱动，驱动电机接至驱动变换器，充电器驱动接至充电器。2.根据权利要求1所述的一种轻型交通工具的集成电力驱动系统，其特征在于集成控制系统包括以下部分1)速度与位置检测单元为驱动电机内置的霍尔传感器，与信号处理单元连接；2)电池工作状态检测单元包括电池电压检测单元、电池输出电流与充电检测单元、电池温度检测单元；电池电压检测单元与电池并联，电池电流检测单元与电池串联，电池温度检测单元紧贴在电池表面，上述这些单元均与信号处理单元连接；3)功率变换器状态检测单元由功率变换器中的驱动变换器、充电器中的输入电压与电流信号、输出电压与电流信号、温度传感器组成；温度传感器紧贴变换器的散热器，其余均置于这些电路相应处，这些信号的输出端与信号处理单元连接；4)控制面板接口包括动力给定、速度显示、蓄电池电量显示等控制面板的信息通讯接口，该接口与信号处理单元连接；5)电机驱动单元与充电器驱动单元由电平转换与信号隔离电路构成，与信号处理单元连接；6)信...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕征宇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]