一种基于超级电容的快速蓄能电动自行车电源控制装置的制造方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于超级电容的快速蓄能电动自行车电源控制装置，特别涉电源应用及电动自行车运动控制领域。
【背景技术】
[0002]汽车使用量剧增造成公共交通日益拥堵，电动自行车以其轻便快捷、节能环保、价格适中等优点，逐渐受到越来越多不同年龄结构的居民的亲睐。2013年“中国电动自行车产业创新高峰论坛”数据显示，截止2013年中国电动自行车保有量突破2亿辆。预计今后很长一段时间，电动自行车将成为居民出行不可或缺的代步工具。然而，传统的电动自行车的电源使用铅酸蓄电池，它的缺点是电池寿命短、体积重量大、制造使用环保代价高。目前开始兴起的电动自行车一般采用的是锂电池，但其充电时间、可重复充电的次数依然受到限制。超级电容器与铅酸蓄电池及锂电池相比，具有超短充电时间、超宽工作温度、超高比功率、无限使用寿命、节能环保等优点，随着超级电容器比能量的不断提高，基于超级电容的快速蓄能电动自行车应用前景广阔。
【发明内容】
[0003]本实用新型目的是为了克服铅酸蓄电池及锂电池充电时间过长的不足，在实现电动自行车快速充电的前提下，提出一种基于超级电容的快速蓄能环保电动自行车电源及运动控制装置。该装置利用超级电容作为无刷电机供电电源，充电时间可缩短10倍以上；由于超级电容的极高的比功率，在本控制单元及控制方案的作用下，爬坡行驶更顺畅；在本控制单元及控制方案的作用下，下坡时可将多余的能量回馈给超级电容。
[0004]本实用新型包括16个组成部分:整流蓄能电路、超级电容模块、检测保护电路、限流电阻、PWM逆变单元、无刷电机、热传感器、转子位置传感器1、转子位置传感器2、转子位置传感器3、PWM驱动电路、控制单元、右刹车触发器、启动调速手柄、电量车速LED和左刹车触发器。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:充电电源采用超级电容模块，输出电压为直流48V，经PWM逆变单元逆变成PWM电流波，为无刷电机供电。当启动调速手柄在启动位置时，控制单元发出控制命令给PWM驱动电路，产生MOSFET驱动信号，使PWM逆变单元投入运行，PWM逆变单元产生的PWM三相电流给无刷电机的定子绕组供电，无刷电机启动。在行驶过程中，通过旋转启动调速手柄，使速度控制在骑行者适宜的位置上。速度调节上无极的，顺时针旋转递增，逆时针旋转递减。控制单元采集手柄位置对应的速度值，根据这个速度值产生一个差值信号，使PWM驱动单元产生一组新的PWM驱动信号，控制PWM逆变单元中的MOSFET管的处于不同的通断状态，与转子位置传感器配合产生不同的速度增量，可正可负，在无刷电机工作下，骑行者便可在此速度上稳定行驶。限流电阻用于防止电流过大，损坏PWM逆变单元。行驶过程中，检测保护电路实时监测超级电容模块的电流、电压及温度，但出线过流、过热、失压严重情况，随即切断超级电容模块供电回路，无刷电机开始自动减速，直至停止。行驶过程中，热传感器实时检测无刷电机绕组温度，当出现过热情况，控制单元停止产生PWM驱动控制信号，PWM驱动电路及PWM逆变单元不工作，无刷电机开始自动减速，直至停止。行驶过程中，无刷电机将转速信号、超级电容模块将电量信息实时传送给电量车速LED上显示出来，方便骑行者观察。当骑行者处于下坡行驶时，无刷电机处于发电机运行状态，通过控制单元、PWM驱动电路、PWM逆变单元的作用，以及无刷电机的配合作用下，经PWM逆变单元中的反并联二级管可将多余的重力势能转换为电能回馈给超级电容模块。
[0006]本实用新型的有益效果
[0007]1、该装置摒弃了传统的铅酸蓄电池及近些年兴起的锂离子电池，直接采用采用超级电容模块作为供电电源，实现了电动自行车超快蓄能这一个重要突破。
[0008]2、该装置控制结构简单，考虑骑行者的传统骑行习惯，在其控制单元及控制方案的作用下，启动、刹车、增减速更加方便；行驶速度、电量显示直观。
[0009]3、该装置在控制单元及控制方案的作用下，爬坡行驶更顺畅上坡时更加顺畅，下坡时可将多余的能量回馈给超级电容。
[0010]同时超级电容模块具有超长使用寿命、宽温度条件、超高比功率、节能环保等优点，随着超级电容器比能量的不断提高，基于超级电容的快速蓄能电动自行车应用前景广阔。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0012]图1为本实用新型的结构组成示意图，图中:1整流蓄能电路、2超级电容模块、3检测保护电路、4限流电阻、5PWM逆变单元、6无刷电机、7热传感器、8转子位置传感器1、9转子位置传感器2、10转子位置传感器3、IlPWM驱动电路、12控制单元、13右刹车触发器、14启动调速手柄、15电量车速LED和16左刹车触发器组成。
【具体实施方式】
[0013]在图1中，整流蓄能电路⑴的输出端与超级电容模块⑵的左侧输入端相连，超级电容模块⑵的右侧输入端与检测保护电路⑶的左侧输出端相连，超级电容模块(2)的右侧输出端与检测保护电路⑶的左侧输入端相连，超级电容模块⑵的S引脚与检测保护电路(3) S引脚相连，超级电容模块⑵的GND引脚与检测保护电路(3) GND引脚相连，限流电阻⑷的输入端与检测保护电路⑶的S端相连，限流电阻(4)的输出端与PWM逆变单元(5)高压输入端相连，PWM逆变单元(5)低压输入端与检测保护电路(3)的GND引脚相连，PWM逆变单元(5)的输出端与无刷电机(6)的输入端相连，热传感器(7)的输入端与无刷电机出)的定子绕组端相连，热传感器(7)的输出端与控制单元(12)的7号引脚相连，转子位置传感器1、转子位置传感器2和转子位置传感器3的输入端与无刷电机(6)的转子彼此相隔120°机械角度相连，转子位置传感器I的输出端与控制单元(12)的5号引脚相连，转子位置传感器2的输出端与控制单元(12)的6号引脚相连，转子位置传感器3的输出端与控制单元(12)的7号引脚相连，控制单元(12)的8号引脚与PWM驱动电路(11)的输入端相连，PWM驱动电路(11)的六个输出端与PWM逆变单元(5)的六个MOSFET驱动端对应相连，右刹车触发器(13)与控制单元(12)的I号引脚相连，启动调速手柄(14)与控制单元(12)的2号引脚相连，无刷电机(6)的输出端与电量车速LED(15)的2号引脚端相连，超级电容模块⑵的C引脚与电量车速LED (15)的I号引脚相连，左刹车触发器(16)与控制单元(12)的左刹车3号引脚相连。
[0014]当启动调速手柄在启动位置时，控制单元发出控制命令给PWM驱动电路，产生MOSFET驱动信号，使PWM逆变单元投入运行，PWM逆变单元产生的PWM三相电流给无刷电机的定子绕组供电，无刷电机启动。在行驶过程中，通过旋转启动调速手柄，使速度控制在骑行者适宜的位置上。速度调节上无极的，顺时针旋转递增，逆时针旋转递减。控制单元采集手柄位置对应的速度值，根据这个速度值产生一个差值信号，使PWM驱动单元产生一组新的PWM驱动信号，控制PWM逆变单元中的MOSFET管的处于不同的通断状态，与转子位置传感器配合产生不同的速度增量，可正可负，在无刷电机工作下，骑行者便可在此速度上稳定行驶。限流电阻用于防止电流过大，损坏PWM逆变单元。行驶过程中，检测保护电路实时监测超级电容模块的电流、电压及温度，但出线过流、过热、失压严重情况，随即切断超级电容模块电回路，无刷电机开始自动减速，直至停止。行驶过程中，热传感器实时检测无刷电机绕组温度，当出现过热情况，控制单元停止产生PWM驱动控制信号，PWM驱动电路及PWM逆变单元不工作，无刷电机开始自动减速，直至停止。行驶过程中，无刷电机将转速信号、超级电容模块将电量信息实时传送给电量车速LED上显示出来，方便骑行者观察。
【主权项】
1.一种基于超级电容的快速蓄能电动自行车电源控制装置，其特征在于，整流蓄能电路(I)的输出端与超级电容模块(2)的左侧输入端相连，超级电容模块(2)的右侧输入端与检测保护电路(3)的左侧输出端相连，超级电容模块(2)的右侧输出端与检测保护电路(3)的左侧输入端相连，超级电容模块(2)的S引脚与检测保护电路(3) S引脚相连，超级电容模块⑵的GND引脚与检测保护电路(3)GND引脚相连，限流电阻(4)的输入端与检测保护电路⑶的S端相连，限流电阻(4)的输出端与PWM逆变单元(5)高压输入端相连，PWM逆变单元(5)低压输入端与检测保护电路(3)的GND引脚相连，PWM逆变单元(5)的输出端与无刷电机(6)的输入端相连，热传感器(7)的输入端与无刷电机(6)的定子绕组端相连，热传感器(7)的输出端与控制单元(12)的7号引脚相连，转子位置传感器I (8)、转子位置传感器2(9)和转子位置传感器3(10)的输入端与无刷电机￠)的转子彼此相隔120°机械角度相连，转子位置传感器I (8)的输出端与控制单元(12)的5号引脚相连，转子位置传感器2 (9)的输出端与控制单元(12)的6号引脚相连，转子位置传感器3(10)的输出端与控制单元(12)的7号引脚相连，控制单元(12)的8号引脚与PWM驱动电路(11)的输入端相连，PWM驱动电路(11)的六个输出端与PWM逆变单元(5)的六个MOSFET驱动端对应相连，右刹车触发器(13)与控制单元(12)的I号引脚相连，启动调速手柄(14)与控制单元(12)的2号引脚相连，无刷电机(6)的输出端与电量车速LED(15)的2号引脚端相连，超级电容模块⑵的C引脚与电量车速LED(15)的I号引脚相连，左刹车触发器(16)与控制单元(12)的左刹车3号引脚相连。2.按照权利要求1所述的一种基于超级电容的快速蓄能电动自行车电源控制装置，其特征在于，当下坡运行时，通过控制单元(12)、PWM驱动电路(11)、PWM逆变单元(5)以及无刷电机(6)的配合工作，可将多余的重力势能转换为电能回馈给超级电容模块(2)。3.按照权利要求1所述的一种基于超级电容的快速蓄能电动自行车电源控制装置，其特征在于，启动和调速均采用右侧车把手柄进行控制，采用骑行者习惯模式借助手柄旋转，控制单元(12)、PWM驱动电路(11)、PWM逆变单元(5)以及无刷电机(6)的配合工作，通过实现无级调速。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于超级电容的快速蓄能电动自行车电源控制装置，特别涉电源应用及电动自行车领域，解决的技术问题是实现电动自行车的快速蓄能和稳定实用的运动控制。本实用新型由整流蓄能电路、超级电容模块、检测保护电路、限流电阻、PWM逆变单元、无刷电机、热传感器、转子位置传感器1、转子位置传感器2、转子位置传感器3、PWM驱动电路、控制单元、右刹车触发器、启动调速手柄、电量车速LED和左刹车触发器等16个组成部分。
【IPC分类】B60L11/00, B60L15/00
【公开号】CN204623180
【申请号】CN201520277654
【发明人】樊爱龙, 刘滨, 何学俊, 赵双元, 费如存
【申请人】辽宁科技学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月4日