Устройство управления электроприводом электромобиля Советский патент 1983 года по МПК B60L11/04 

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

1

Изобретение относится к системам управления транспортным средством с электротягой и предназначено для управления электроприводом электромобиля.

Известно устройство управления электроприводом электромобиля, содержащее аккумуляторную батарею, к выводам которой подключены регулятор тока якоря электродвигателя и один из входов регулятора тока обмотки независимого возбуждения, блок управления указанным регулятором тока возбуждения, переключатель и размыкающий блок-контакт педали тормоза 1.

Недостатком устройства.является то, что электродвигатель практически во всех режимах движения работает с ослабленным потоком возбуждения, а это приводит к повыщенному значению тока якоря и, следовательно, к дополнительным потерям энергии как в самом электродвигателе, так и в аккумуляторной батарее.

Цель изобретения - снижение потерь в аккумуляторной батарее.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком реверсирования тока возбуждения, два входа которого подключены к контактам переключателя, третий

вход соединен с размыкающими блок-контактом педали тормоза, а четвертый - с выходом блока управления регулятором тока обмотки возбуждения, а выходы подключены к другим входам регулятора тока об5 мотки возбуждения.

Кроме того, аккумуляторная батарея выполнена секционированной, а устройство снабжено дополнительными конактами с замыкающими и размыкающими контактами

,„ и блоками их управления; формирователем управляющего сигнала, датчиком тока возбуждения, соединенным выходом с одним из входов формирователя управляющего сигнала, другой вход которого соединен с размыкающим блок-контактом педали тор

15 моза, а выход - с входами соответствующих блоков управления дополнительными контакторами, при этом размыкающие контакты обоих контакторов подключены к дополнительным входам блока реверсирования, а замыкающие контакты одного из

io контакторов соединяют однополярные выводы секций аккумуляторной батареи, между разнополярными выводами секций которой включен замыкающий контакт другого контактора.

Формирователь управляющего сигнала выполнен на инверторах, элементе задержки, элементах И-НЕ и пороговом элементе, вход которого является одним из входов формирователя управляющего сигнала, а выход соединен с входом первого инвертора и с одним из входов первого элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом второго инвертора, вход которого является другим входом формирователя, а выход соединен с входом элемента задержки, соединенного выходом с одним из входов второго элемента И-НЕ, другой вход которого подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, а выход - к входу третьего инвертора, соединенного с одним из входов третьего элемента И-НЕ, являющегося одним из выходов формирователя, другой выход которого подключен к выходу третьего инвертора, при этом другой вход третьего элемента И-НЕ подключен к выходу первого инвертора.

На фиг. 1 показана электрическая схема устройства управления электроприводом электромобиля; на фиг. 2 - то же, в случае применения в устройстве , аккумуляторной батареи, состоящей из двух секций.

Устройство содержит электродвигатель 1 с независимой обмоткой 2 возбуждения, аккумуляторную батарею 3, к выводам которой подключены регулятор 4 тока якоря и один из входов регулятора 5 тока обмотки .независимого возбуждения, другие входы которого соединены с выходом блока 6 реверсирования тока возбуждения, два входа которого подключены к неподвижным контактам переключателя 7, подвижный контакт которого соединен с общей точкой. Верхнему положению переключателя 7 соответствует режим движения электромобиля «Вперед а нижнему положению - режим движения «Назад. Третий вход блока 6 реверсирования тока возбуждения соединен с общей точкой через размыкающий блок-контакт 8 ледали тормоза, а четвертый вход подключен к выходу блока 9 управления регулятором тока обмотки возбуждения, который содержит, например, задатчик 10 тока возбуждения, выход которого подключен на один вход нуль-органа 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 12 пилообразного напряжения.

Устройство содержит формирователь 13 управляющего сигнала, один из входов которого соединен с датчиком 14 тока возбуждения, другой вход которого соединен с размыкающим блок-контактом 8 педали тормоза, а выход - с входами соответствующих блоков 15 и 16 управления дополнительными контакторами, при этом блок 15 представляет собой катущку с размыкающими контактами 15.1 и 15.2, которые подключены к входам блока 6 реверсирования и замыкающими контактами 15.3 и 15.4, соединяющими разнополярные выводы секЩ1Й аккумуляторной батареи 3, а блок 16 управления содержит катущку 17, размыкающий контакт 17.1 которой включен в цепь аккумуляторной батареи 3, диод 18 транзистор 19 с формирователем 20 его сигнала. Формирователь 13 управляющего сигнала выполнен на инверторе 21 - элементе 22 задержки, элементах И-НЕ 23-25 и пороговом элементе 26.

Устройство работает следующим образом.

Пусть подвижный контакт переключателя 7 установлен в верхнее положение. Если при этом педаль тормоза не нажата, то блокконтакт 8, находящийся под педалью тормоза, замкнут. В этом случае в блоке 6 реверсирования тока возбуждения вырабатывается сигнал, разрещающий прохождение импульсов с выхода нуль-органа 11 блока 9 управления регулятором тока обмотки возбуждения на первый выход блока 6 реверсирования тока возбуждения и, соответственно, на первый вход регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. По первому входу этого регулятора осуществляется управление током возбуждения таким образом, что ток в обмотке 2 возбуждения протекает в направлении, указанном на фиг. 1, и соответствует режиму движения электромобиля «Вперед. По команде от педали акселератора вступает в работу также регулятор 4 тока якоря, которьтй- обеспечивает плавное регулирование частоты вращения электродвигателя 1. Необходимая величина тока возбуждения устанавливается с помощью задатчика 10, сигнал которого сравнивается с напряжением генератора 12 пилообразного напряжения на входе нульоргана 11, на выходе которого устанавливается скважность импульсов управления, соответствующая заданной величине тока возбуждения.

При нажатии педали тормоза блок-контакт 8 размыкается. В этом случае в блок 6 реверсирования тока возбуждения вырабатывается сигнал, разрещающий прохождение импульсов с выхода блока 9 управления регулятором тока в обмотке возбуждения на второй выход блока 6 реверсирования тока возбуждения и соответственно на второй вход регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. По второму входу регулятора 5 осуществляется управление током возбуждения таким образом, что ток в обмотке 2 возбуждения протекает в направлении, противоположном показанному на фиг. 1. При нажатой педали тормоза поступает также команда к регулятору 4 тока якоря, который обеспечивает протекание тока заданной величины от электродвигателя 1 в аккумуляторную батарею 3. В результате этого происходит рекуперативное торможение электродвигателя.

Если подвижный контакт переключателя 7 устанавливается в нижнее положение.

что соответствует команде движения «Назад, а педаль тормоза не нажата и, соответственно, блок-контакт 8 замкнут, то в блоке 6 реверсирования тока возбуждения вырабатывается сигнал, разрешающий прохождение импульсов управления с выхода блока 9 управления регулятором тока обмотки возбуждения через блок б реверсирования тока возбуждения на второй вход регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. При этом направление тока возбуждения противоположное указанному на фиг. 1. При поступлении команды от педали акселератора на работу регулятора 4 тока якоря jOK протекает от аккумуляторной батареи 3 к якорю электродвигателя 1. В результате электродвигатель вращается в направлении, соответствующем движению «Назад. При нажатии в этом режиме педали тормоза размыкается ее блок-контакт 8, и в блоке 6 реверсирования тока возбуждения вырабатывается сигнал, разрешающий прохождение импульсов от блока 9 управления регулятором тока в обмотке возбуждения на первый вход регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. Ток в обмотке возбуждения 2 изменяет направление. При этом регулятор 4 тока якоря обеспечивает протекание тока от электродвигателя 1 в аккумуляторную батарею 3. В результате происходит рекуперативное торможение электродвигателя.

Таким образом, в результате того, что плавное регулирование частоты вращения электродвигателя осуществляется регулятором тока якоря, а регулятор тока обмотки изависимого возбуждения совместно с блоком реверсирования создают во всех режимах движения и рекуперативного торможения электромобиля максимальный поток возбуждения в электродвигателе и, соответственно, минимально возможный ток якоря, достигается снижение потерь энергии в аккумуляторной батарее. Введение блока реверсирования тока возбуждения позволяет переводить электродвигатель в режим рекуперативного торможения как из режима движения «Вперед, так и из режима движения «Назад.

При использовании в устройстве секционированной аккумуляторной батареи (фиг. 2) устройство работает следующим образом.

В процессе подготовки схемы к работе, когда ток возбуждения равен нулю, что соответствует логической «1 на выходе порогового элемента 25, на входе блока 15 управления устанавливается сигнал логической «1, разрешающий включение первого контактора. Надежную установку этого режима обеспечивает элемент 21 задержки за счет удержания логического «О на одном входе элемента И-НЕ 23 в течение времени переходного процесса при подключении аккумуляторной батареи 3 к схеме. На вход блока 16 управления при этом поступает сигнал логического «О, запрещающий включение второго контактора. В результате включения первого контактора замыкаются контакты 17.1, и на регулятор 4 тока якоря и регулятор 5 тока обмотки независимого возбуждения подается напряжение. При включении контакта 17.1 контакт 16.1 размыкается и на пятом входе блока 6 реверсирования тока возбуждения- формируется логическая «1. На щестой вход блока 6 реверсирования поступает логический «О, так как контакт 16.2 замкнут. При положении подвижного контакта переключателя 7 в верхнем положении, что соответствует команде движения «Вперед, и при ненажатой педали тормоза в блоке 6 реверсирования тока возбуждения вырабатывается сигнал, разрещающий прохождение импульсов с выхода блока 9 управления регулятором тока обмотки возбуждения на первый вход регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. Это обеспечивает протекание тока в обмотке 2 возбуждения в направлеНИИ, показанном стрелкой на фиг. 2. После нарастания тока возбуждения до заданной величины сигнал на выходе датчика 14 тока возбуждения переводит выход порогового элемента 26 в состояние логического

«0. При этом выход элемента И-НЕ 23 переходит в состояние логической «1, а элемента И-НЕ 25 - логического «О. Выходное состояние элемента И-НЕ 24 не изменяется, так как на одном из его входов сохраняется логический «О, а элемент 22

задержки обеспечивает удержание сигнала логического «О на входе элемента И-НЕ 24 на время, пока на его втором входе не установится логический «О. При этом первый контактор с катущкой 16 остается во включенном состоянии.

При поступлении команды от педали акселератора на работу регулятора 4 тока якоря в результате протекания тока от аккумуляторной батареи 3 через якорь электродвигателя 1 осуществляется вращение

электродвигателя в направлении, соответствующем движению электромобиля «Вперед..

При нажатии педали тормоза блок-контакт 8 размыкается и в блоке 6 реверсирования тока возбуждения вырабатывает- .

ся сигнал, запрещающий прохождение импульсов от блока 9 управления регулятором тока обмотки возбуждения на первый и второй входы регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. Ток возбуждения при этом уменьшается и при его значении, близком к нулю, пороговый элемент 26 изменяет выходное состояние с логического «О на логическую «1. При этом изменяются на обратные состояния элементов И-НЕ 25 и 24. В результате того, что разрещающий сигнал теперь приходит на блок 16 управления, а запрещающий - на блок 15 управления, происходит переключение контакторов и соответственно секций аккумуляторной батареи 3 с последовательного соединения на параллельное. Одновременно размыкается контакт 16.2 и замыкается контакт 16.1. В результате того, что на пятом входе блока 6 реверсирования тока возбуждения устанавливается логический «О, а на шестом - логическая «1, в блоке 6 вырабатывается сигнал, разрешающий прохождение импульсов от блока 9 управления регулятором тока обмотки возлбуждения на второй вход регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения. При этом ток возбуждения меняет направление. При нажатой педали тормоза поступает также команда в регулятор 4 тока якоря, по которой обеспечивается протекание тока от электродвигателя 1 в аккумуляторную батарею 3. Происходит рекуперативное торможение. При отпускании педали тормоза на третьем входе блока 6 реверсирования тока возбуждения устанавливается логический «О, а в блоке 6 реверсирования вырабатывается сигнал, запреш,ающий прохождение импульсов управления на первый и второй его выходы. Ток возбуждения уменьшается, и при его значении, близком к нулю, на выходе порогового элемента 26 устанавливается логическая «1. На выходе элемента И-НЕ 23 появляется логический «О, на выходе элемента И-НЕ 24 - логическая «1, на выходе инвертора 21 - логический «О. Происходит переключение секций аккумуляторной батареи с параллельного соединения на последоватеьное. Далее процессы в схеме протекают так же, как и при подготовке к работе, аналогично описанному. .

При переключении подвижного контакта переключателя 7 в нижнее положение и при ненажатой педали тормоза по команде блоке 6 реверсирования ток возбуждения изменяет направление на обратное. При включении в работу регулятора 4 тока якоря электродвигатель враш,ается в направлении, соответствующем движению электромобиля «Назад. После нажатия педали тормоза в этом режиме сначала появляется запрет на двух входах регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения, а затем при токе возбуждения, близком к нулю, происходит переключение контакторов и, соответственно, секций аккумуляторной батареи. После этого появляется разрешение на первом входе регулятора 5 тока обмотки независимого возбуждения и происходит рекуперативное торможение. Логика работы формирователя управляющего сигнала при этом аналогична описанной.

Таким образом, устройство позволяет обеспечить реверс тока возбуждения с одновременным переключением секций аккумуляторной батареи при торможении как из режима движения электромобиля «Вперед, так и из режима движения «Назад. Причем логика переключения позволяет производить переключение секций аккумуляторной батареи в момент времени, когда ток возбуждения близок к нулю. Это обеспечивает быстрый спад тока возбуждения благодаря возврату запасенной в обмотке энергии в аккумуляторную батарею.

Во всем диапазоне рекуперативного торможения из-за параллельного соединения секций аккумуляторной батареи уменьшается внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи, благодаря чему снижаются в ней

потери энергии.

Формула изобретения

которого подключены к контактам переключателя, третий вход соединен с размыкающим блок-контактом педали тормоза, а четвертый - с выходом блока управления регулятором тока обмотки возбуждения,а выходы подключены к другим входам регу0 лятора тока обмотки возбуждения.

5 входов формирователя управляющего сигнала, а выход соединен с входом первого инвертора и с одним из входов первого элемента И-НЕ, другой .вход которого соединен с выходом второго инвертора, вход которого является другим ьходом формирователя, а выход соединен с входом элемента задержки, соединенного выходом с одним из входов второго элемента И-НЕ, другой вход которого подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, а выход - к входу третьего инвертора, соединенного с одним из входов третьего элемента И-НЕ, являющегося одним из выходов формирователя, другой выход 1 65 которого подключен к выходу третьего инвертора, при этом другой вход третьего элемента И-НЕ подключен к выходу первого инвертора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 4052647,кл. 318/319, 1974.