基于超级电容的无人驾驶电动汽车电源系统技术方案

一种无人驾驶车辆技术领域的基于超级电容的无人驾驶电动汽车电源系统，包括：超级电容器组、智能充电机、超级电容管理系统、第一直流转换电源模块、第二直流转换电源模块、车载计算机控制系统、ＤＳＰ控制系统，超级电容器组分别与超级电容管理系统、第一直流转换电源模块相连、第二直流转换电源模块、汽车中的驱动电机和转向电机以及智能充电机相连，第一直流转换电源模块与车载计算控制系统相连，车载计算控制系统与ＤＳＰ控制系统通过ＣＡＮ通信相连，第二直流转换电源模块分别与汽车的车载传感器、ＤＳＰ控制系统、车载辅助装置相连，ＤＳＰ控制系统的输出端与汽车的驱动系统相连，ＤＳＰ控制系统通过ＣＡＮ通信与超级电容管理系统相连。本发明专利技术体积较小，结构简单，并实现了车辆的零污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车辆
的系统，具体是一种基于超级电容的无人驾驶 电动汽车电源系统。技术背景无人驾驶电动汽车的控制系统比较复杂，车上载有控制计算机、激光雷达、 自动导航设备和多种传感器。它们对电源功率要求比较大，且电压种类也比较多。 如果采用蓄电池供电，当车辆启动或加速时，车上的驱动电机会对蓄电池的电压 造成较大的波动，使无人驾驶电动汽车的控制系统造成很大的干扰，严重时会使 车辆不能正常工作。目前已有的无人驾驶电动汽车通常采用蓄电池供电，主要是 铅酸电池和镍氢电池。铅酸电池缺点是比能量较低，导致一次充电的行驶里程短， 并且质量和体积较大，从而增加了汽车的自重和自身功率消耗。另外，铅酸电池 的使用寿命短，使用成本较高，而镍氢蓄电池初始成本太高，而且还有记忆效应 和充电发热等问题，充电发热会引发安全问题。另外，车辆频繁制动时会使蓄电 池频繁地充放电，对电池造成一定的损失，影响电池的寿命。超级电容(Supercapacitor)是20世纪60年代随着材料科学的突破而出现 的新型功率型电子元器件，超级电容的蓄能和放电是物理过程，没有化学反应(一 般蓄电池为化学变化)，是一种区别于化学电池的物理电池，因而它可以短周 期(几分钟完成)用大电流充电和放电(数百安培)，而且从理论上说，其寿命可 无限长。超级电容的超大容量、物理快速充放电过程、无记忆充放电、充放电循 环次数高(可大于105次)、无二次污染、使用温限范围宽等优异特性，在许多场 合正取代以化学反应过程为基础的各种蓄电池。随着对超级电容器各种材料及工 艺方面研究的不断深入，超级电容器的价格将进一步降低，其性能将进一步提高， 在电动车领域将会有更广阔的应用前景。经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号03134523. 9，专利名称为 电动车超级电容辅助电源系统，该专利中采用在电动车原有主电源(蓄电池)的基础上增加一个辅助电源(超级电容)，用于存储电动车再生制动回馈能量，以及 车辆加速或爬坡时协助主电源向电机供电。此方案虽然有利于提高主电源的寿命， 改善电动车的加速性能，但增加了成本，也使电源系统体积加大，且需要调压器 等复杂的外围电路，不适合作为设备空间十分紧张的无人驾驶电动车电源系统。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的不足，提供了一种基于超级电容的无人驾 驶电动汽车电源系统，使其采用单一电源一超级电容器组作为无人驾驶电动汽车 的电源系统，结构简单，便于实现计算机控制，使其在体积、结构变化不大的情 况下，保证无人驾驶车辆安全、高效的运行，并实现零污染。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括超级电容器组、智能充电 机、超级电容管理系统、第一直流转换电源模块、第二直流转换电源模块、车载 计算机控制系统、DSP (数字信号处理)控制系统，其中超级电容器组分别与超 级电容管理系统、第一直流转换电源模块相连、第二直流转换电源模块、汽车中 的驱动电机和转向电机以及智能充电机相连，第一直流转换电源模块与车载计算 机控制系统相连，车载计算机控制系统与DSP控制系统通过CAN (控制器局域网) 通信相连，第二直流转换电源模块分别与汽车的车载传感器、DSP控制系统、车载 辅助装置相连，DSP控制系统的输出端与汽车的驱动系统相连，DSP控制系统通过 CAN通信与超级电容管理系统相连。所述第一直流转换电源模块将超级电容器组提供的电压进行转换，并将转换 后的电压输出给车载计算机控制系统。所述第二直流转换电源模块将超级电容器组提供的电压进行转换，并将转换 后的电压输出给车载传感器、DSP控制系统、车载辅助装置提供工作电源。所述超级电容管理系统负责监测超级电容器组的单体电压和总体输出电压、 驱动电流、超级电容器组的环境温度，以及统计超级电容器组的充电次数，并通 过发光二极管实时显示电压、电流、温度和充电次数，同时将所检测到的数据传 至车载计算机控制系统。所述车载计算机控制系统通过DSP控制系统接收来自超级电容管理系统的电 压、电流、温度及充电次数信息，经过数据滤波和数据转换处理后，以界面形式 显示出来，同时车载计算机控制系统接收来自车载传感器的信息，形成控制命令，并将命令传至给DSP控制系统。所述DSP控制系统根据车载计算机控制系统所输的命令，调节自身输出电压 的大小和方向，并将电压传输给汽车的驱动系统，驱动系统通过控制驱动电机和 转向电机，保证车辆正常行驶。所述超级电容管理系统，包括电压检测模块、电流监测模块、温度监测模块、 记数器模块、LED (发光二极管)显示模块，其中电压检测模块负责检测超级电 容器组的输出电压和组内每个单体的电压，并将检测的电压数值传输给LED显示 模块，如果电压检测模块检测出每个单体电压相差较大，将影响超级电容器组的 整体性能；如果电压检测模块检测出超级电容器组的输出电压低于38V，车载计算 机控制系统则不能正常工作，也就不能保证车辆的正常行驶；电流检测模块负责 检测车辆在启动、加速、爬坡时超级电容器组的驱动电流，并将检测的驱动电流 数值传输给LED显示模块，以便于电源系统设计的优化；电流检测模块负责检测 超级电容器组工作时的环境温度，并将环境温度传输给LED显示模块，以防止过 高的温度使车辆的控制系统工作异常；记数器模块负责记载超级电容器组的充电 次数，并将充电次数传输给LED显示模块；LED显示模块负责实时显示电压检测模 块、电流监测模块、充电计数模块，以及温度检测模块的检测数值。所述智能充电机负责给超级电容器组充电，包括20A、 30A、 50A三种充电电 流，充电电流和充电完成时间有关，操作人员可根据实际需要选择充电电流。本专利技术工作时，无人驾驶电动汽车在使用前，工作人员根据需要选择智能充 电机的充电电流，然后给超级电容器组充电，达到超级电容器组额定电压后，智 能充电机自动停止工作。启动车载计算机控制系统和超级电容管理系统，超级电 容管理系统开始工作，首先计数器模块记录充电次数，并将该数值通过CAN通讯 传递给车载计算机控制系统，然后电压检测模块检测电容器组的输出电压和组内 每个单体的电压情况，充电次数和电压值通过LED显示模块实时显示，并通过CAN通讯传递给车载计算机控制系统。如电压正常，则超级电容器组可直接给驱动电 机和转向电机提供工作电压，同时超级电容器组通过第一直流转换电源模块和第 一直流转换电源模块给车载计算机控制系统、DSP控制系统、车载传感器，以及 车载辅助装置提供工作电压；如果超级电容器组的输出电压不在正常范围内，或 者组内单体电压不均衡，车载计算机控制系统便会先报警，然后中止DSP控制系统对驱动系统的输出，车载计算机控制系统通过串行通讯接收来自车载传感器信 息，经过数据处理后，将相关信息通过CAN通讯传递给DSP控制系统，DSP控制 系统经过运算处理后发命令给驱动系统，在驱动系统作用下，驱动电机和转向电 机工作，控制车辆的行驶。通过超级电容管理系统中的电流检测模块，检测车辆 在启动、加速、爬坡时的输出电流。同时超级电容管理系统中的温度检测模块开 始工作，电流值和温度值通过LED显示模块实时显示，并通过CAN通讯传递给车 载计算机控制系统。如果温度偏高，车载计算机控制系统便会报警。与现有技术相比，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超级电容的无人驾驶电动汽车电源系统，包括：超级电容器组、智能充电机，其特征在于，还包括：超级电容管理系统、第一直流转换电源模块、第二直流转换电源模块、车载计算机控制系统、数字信号处理控制系统，其中：超级电容器组分别与超级电容管理系统、第一直流转换电源模块、第二直流转换电源模块、汽车的驱动电机和转向电机以及智能充电机相连，第一直流转换电源模块与车载计算机控制系统相连，车载计算机控制系统与数字信号处理控制系统通过控制器局域网通信相连，第二直流转换电源模块分别与汽车的车载传感器、数字信号处理控制系统、车载辅助装置相连，数字信号处理控制系统的输出端与汽车的驱动系统相连，数字信号处理控制系统通过控制器局域网通信与超级电容管理系统相连；所述超级电容管理系统负责监测超级电容器组的单体电压和总体输出电压、驱动电流、超级电容器组的环境温度，以及统计超级电容器组的充电次数，并通过发光二极管实时显示电压、电流、温度和充电次数，同时将所检测到的数据传至车载计算机控制系统；所述车载计算机控制系统通过数字信号处理控制系统接收超级电容管理系统的电压、电流、温度及充电次数信息，经过数据滤波和数据转换处理后，以界面形式显示出来，同时车载计算机控制系统接收来自车载传感器的信息，形成控制命令，并将命令传至给数字信号处理控制系统；所述数字信号处理控制系统根据车载计算机控制系统所传来的命令，调节自身输出电压的大小和方向，并将电压传输给驱动系统。...

【技术特征摘要】
1、一种基于超级电容的无人驾驶电动汽车电源系统，包括超级电容器组、智能充电机，其特征在于，还包括超级电容管理系统、第一直流转换电源模块、第二直流转换电源模块、车载计算机控制系统、数字信号处理控制系统，其中超级电容器组分别与超级电容管理系统、第一直流转换电源模块、第二直流转换电源模块、汽车的驱动电机和转向电机以及智能充电机相连，第一直流转换电源模块与车载计算机控制系统相连，车载计算机控制系统与数字信号处理控制系统通过控制器局域网通信相连，第二直流转换电源模块分别与汽车的车载传感器、数字信号处理控制系统、车载辅助装置相连，数字信号处理控制系统的输出端与汽车的驱动系统相连，数字信号处理控制系统通过控制器局域网通信与超级电容管理系统相连；所述超级电容管理系统负责监测超级电容器组的单体电压和总体输出电压、驱动电流、超级电容器组的环境温度，以及统计超级电容器组的充电次数，并通过发光二极管实时显示电压、电流、温度和充电次数，同时将所检测到的数据传至车载计算机控制系统；所述车载计算机控制系统通过数字信号处理控制系统接收超级电容管理系统的电压、电流、温度及充电次数信息，经过数据滤波和数据转换处理后，以界面形式显示出来，同时车载计算机控制系统接收来自车载传感器的信息，形成控制命令，并将命令传至给数字信号处理控制系统；所述数字信号处理控制系统根据车载计算机控制系统所传来的命令，调节自身输出电压的大小和方向，并将电压传输给驱动系统。2、 根据权利要求l所述的基于超级电容的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春香，杨明，徐文兵，杨汝清，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]