基于超级电容器储能的公共电动自行车及其驱动装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于超级电容器储能的公共电动自行车及其驱动装置，该自行车包括充电控制器、超级电容器模组、放电控制器和公共电动自行车控制器。充电控制器连接于超级电容器模组的输入端，由充电信号控制将市电充入超级电容器模组。超级电容器模组储存充入的市电。放电控制器连接于超级电容器模组的输出端，由放电信号控制释放超级电容器模组的电能至公共电动自行车控制器。公共电动自行车控制器接收控制指令并由释放的电能驱动自行车运动。由于本实用新型用超级电容器模组代替蓄电池作为储能装置，该电容器模组与公共电动自行车需求的充电时间短、充放电循环次数多、短距离、寿命长的特征相适应。节能环保，实现低碳出行，缓解了交通压力。
【专利说明】基于超级电容器储能的公共电动自行车及其驱动装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及公共交通【技术领域】，尤其涉及基于超级电容器储能的公共电动自行车。
【背景技术】
[0002]目前我国已有众多城市将公共自行车纳入公共交通领域，意图让公共自行车交通与公共交通"无缝对接"，破解交通末端"最后一公里"难题，达到低碳出行，美化城市的目的。与自行车相比，电动自行车省时省力。对城市中工作和生活节奏快的人群来说省时非常重要；对一些年迈、体弱的人来说电动自行车省力是首选。因此，公共电动自行车作为公共自行车的一种补充手段，或取代公共自行车系统，都有可能。目前，国内包括武汉等城市已经开始试点公共电动自行车。
[0003]公共电动自行车与普通家用电动自行车相比，具有以下特点:1)、如果车辆利用率高的话，一直希望它处于行驶状态，每天可能需要上路行驶很长时间；2)、单次骑行距离不是很远，公共自行车的初衷就是解决交通末端"最后一公里〃难题。如果直接采用普通的家用电动自行车作为公共电动自行车，因为普通的家用电动自行车一般采用蓄电池储能，存在以下缺点:1)、充电时间过长，目前常规的充电方法，充满电的时间一般要数小时，过长的充电时间将会降低公共电动自行车的利用率；2)、频繁的对蓄电池进行充放电，将使其寿命大大缩短，一般的蓄电池充放电次数大概在500-1000次之间，意味着公共电动自行车的蓄电池寿命很短，几个月可能就需要更换。而更换蓄电池目前是一笔不小的开支。
【发明内容】
[0004]本实用新型解决的问题是现有公共电动自行车存在充电时间长、充放电循环次数少、寿命短的问题。
[0005]为解决上述问题，本实用新型提供一种基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置，该自行车包括充电控制器、超级电容器模组、放电控制器和公共电动自行车控制器，其中，所述充电控制器连接于超级电容器模组的输入端，由充电信号控制将市电充入所述超级电容器模组；所述超级电容器模组储存充入的市电；所述放电控制器连接于所述超级电容器模组的输出端，由放电信号控制释放所述超级电容器模组的电能至所述公共电动自行车控制器；所述公共电动自行车控制器接收控制指令并由释放的电能驱动自行车运动。
[0006]在进一步方案中，所述充电控制器包括整流电路、充电处理器、第一电流采样电路、第一驱动电路和第一 DC / DC变换器，其中，所述整流电路连接于市电和第一 DC / DC变换器的输入端；所述第一电流米样电路连接于第一 DC / DC变换器的输出端和充电处理器，米样第一 DC / DC变换器的输出电流；所述充电处理器对存于该处理器内的第一 DC /DC变换器的输出参考电流和第一电流采样电路采样的输出电流做减法运算而获得电流差值并对该电流差值进行PI控制而获得第一 PWM控制信号；所述第一驱动电路连接充电处理器和第一 DC / DC变换器，放大所述PWM控制信号；所述第一 DC / DC变换器接收所述PWM控制信号，由该PWM控制信号控制该第一 DC / DC变换器的导通时间。
[0007]在进一步方案中，所述驱动装置包括第一电压采样电路，该第一电压采样电路连接于整流电路的输出端和充电处理器，采样整流后的电压；所述充电处理器比较该电压与阈值电压，在该电压超出阈值电压时产生关闭信号，所述第一驱动电路放大该关闭信号，所述第一 DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭；和/或，所述驱动装置包括第二电压采样电路，该第二电压采样电路连接于第一DC / DC变换器的输出端和充电处理器，采样所述第一 DC / DC变换器的输出电压，所述充电处理器比较该电压与超级电容器模组的额定电压，在该电压大于额定电压时产生关闭信号，所述第一驱动电路放大该关闭信号，所述第一DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭。
[0008]在进一步方案中，所述放电控制器包括第二 DC / DC变换器、第四电压采样电路、放电处理器和驱动电路，其中，所述第二 DC / DC变换器连接于所述超级电容器模组和公共电动自行车控制器；所述第四电压采样电路连接于第二 DC / DC变换器的输出端和放电处理器，采样第二 DC / DC变换器的输出电压；所述放电处理器对存于该处理器内的第二DC / DC变换器的输出参考电压与第四电压采样电路采样的输出电压做减法运算而获得电压差值并对该电压差值做PI运算而产生第二 PWM控制信号；所述第二驱动电路连接充电处理器和第二 DC / DC变换器，放大所述第二 PWM控制信号；所述第二 DC / DC变换器接收所述第二 PWM控制信号，由该PWM控制信号控制该第二 DC / DC变换器的导通时间。
[0009]在进一步方案中，所述驱动装置包括第二电流采样电路，该第二电流采样电路连接于所述超级电容器模组的输出端和放电处理器，采样超级电容器模组的输出电流，所述放电处理器在该电流小于阈值电流时产生关闭信号，所述第二驱动电路放大该关闭信号，所述第二DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭；和/或，所述驱动装置包括第三电压采样电路，该第三电压采样电路连接于所述超级电容器模组的输出端和放电处理器，采样超级电容器模组的输出电压，所述放电处理器在该电压小于阈值电压时产生关闭信号，所述第二驱动电路放大该关闭信号，所述第二 DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭。
[0010]本实用新型还公开一种自行车，该自行车包括前述任何一项所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0012]1、由于本实用新型包括超级电容器模组，该电容器模组代替蓄电池作为储能装置，与公共电动自行车需求的充电时间短、充放电循环次数多、短距离、寿命长的特征相适应。节能环保，实现低碳出行，缓解了交通压力。
[0013]2、由于本实用新型的所述充电控制器包括整流电路、第一电压采样电路、充电处理器、第一电流采样电路、第二电压采样电路、第一驱动电路和第一DC / DC变换器，且充电处理器通过对第一电流采样电路采样的输出电流和第一DC / DC变换器的电流参考值做减法运算而获得电流差值并对该电流差值进行PI控制而获得第一 PWM控制信号，通过该PWM控制信号控制所述第一 DC / DC变换器的导通时间，这种方式的控制精度高。
[0014]3、由于本实用新型的所述放电控制器包括第二电流采样电路、第三电压采样电路、第二DC / DC变换器、第四电压采样电路、放电处理器和驱动电路，所述放电处理器对第四电压采样电路采样的输出电压与第三电压采样电路采样的输出电压做减法运算而获得电压差值并对该电压差值做PI运算而产生第二 PWM控制信号，通过该PWM控制信号控制所述第一 DC / DC变换器的导通时间，这种方式的控制精度高，也使得第二 DC / DC变换器输出给公共电动自行车控制器的电压稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型基于超级电容器储能的公共电动自行车的原理框图；
[0016]图2是图1所示的公共电动自行车的充电控制器的原理框图；
[0017]图3是图1所示的公共电动自行车的放电控制器的原理框图。
【具体实施方式】
[0018]为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
[0019]请参阅图1至图3，本实用新型基于超级电容器储能的驱动装置包括充电控制器
1、超级电容器模组2、放电控制器3和公共电动自行车控制器4。
[0020]请继续参阅图1，所述充电控制器I连接于超级电容器模组2的输入端，由充电信号控制将市电充入所述超级电容器模组2。在本实施方式中，所述充电控制器I包括整流电路11、第一电压采样电路12、充电处理器13、第一电流采样电路14、第二电压采样电路15、第一驱动电路16和第一 DC / DC变换器17，其中，所述整流电路11连接于市电和第一DC / DC变换器17的输入端。所述第一电压采样电路12连接于整流电路11的输出端和充电处理13器，采样整流后的电压。所述第一电流采样电路14连接于第一 DC / DC变换器17的输出端和充电处理器13,米样第一 DC / DC变换器的输出电流。所述第二电压米样电路15连接于第一 DC / DC变换器17的输出端和充电处理器13，采样所述第一 DC / DC变换器17的输出电压。所述充电处理器13对存于该处理器内的第一 DC / DC变换器17的输出参考电流和第一电流采样电路14采样的输出电流做减法运算而获得电流差值并对该电流差值进行PI控制而获得第一 PWM控制信号。所述第一驱动电路16连接充电处理器13和第一 DC / DC变换器17，放大所述PWM控制信号。所述第一 DC / DC变换器17接收所述第一 PWM控制信号，由该PWM控制信号控制该第一 DC / DC变换器17的导通时间。在本实施方式中，还对所述第一 PWM控制信号进行限幅处理以使得PWM信号在O到I之间。
[0021]请继续参阅图1和图2，所述充电处理器13比较第一采样电路11采样的电压与阈值电压，在该电压超出阈值电压时产生关闭信号，所述第一驱动电路16放大该关闭信号，所述第一 DC / DC变换器17由该关闭信号控制而关闭，采用这种方式，可以在整流后的电压出现异常时停止充电，保护超级电容器模组2。或者，所述充电处理器13比较第二电压采样电路15采样的电压与超级电容器模组2的额定电压，在该电压大于额定电压时产生关闭信号，所述第一驱动电路16放大该关闭信号,所述第一 DC / DC变换器17由该关闭信号控制而关闭，采用这种方式，当超级电容器模组2的电压达到额定电压后停止充电。
[0022]请参阅图1和图3，所述超级电容器模组2储存充入的市电。所述放电控制器3连接于所述超级电容器模组2的输出端，由放电信号控制释放所述超级电容器模组2的电能至所述公共电动自行车控制器4。所述公共电动自行车控制器4接收控制指令并由释放的电能驱动自行车运动。在本实用新型中，所述放电控制器包括第二电流采样电路31、第三电压采样电路32、放电处理器33、第四电压采样电路34、驱动电路35和第二 DC / DC变换器，其中，所述第二电流采样电路31连接于所述超级电容器模组2的输出端和放电处理器33，采样超级电容器模组2的输出电流。所述第三电压采样电路32连接于所述超级电容器模组2的输出端和放电处理器33，采样超级电容器模组2的输出电压。所述第四电压采样电路34连接于第二 DC / DC变换器36的输出端和放电处理器33，采样第二 DC / DC变换器36的输出电压。所述第二 DC / DC变换器36连接于所述超级电容器模组2和公共电动自行车控制器4。所述放电处理器33对存于该处理器内的第二 DC / DC变换器36的输出参考电压与第四电压采样电路34采样的输出电压做减法运算而获得电压差值并对该电压差值做PI运算而产生第二 PWM控制信号。所述第二驱动电路35连接充电处理器33和第二DC / DC变换器36，放大所述第二 PWM控制信号。所述第二 DC / DC变换器36接收所述第二 PWM控制信号，由该PWM控制信号控制该第二 DC / DC变换器的导通时间，通过这样的控制，可以达到充电的目的。
[0023]请继续参阅图1和图3并结合图2，所述放电处理器33在第二电流采样电路31采样的电流小于阈值电流时产生关闭信号，所述第二驱动电路35放大该关闭信号，所述第二DC / DC变换器36由该关闭信号控制而关闭，采用这种方式，监控超级电容器模组2的输出电流，出现异常时停止放电。所述放电处理器33在第三电压采样电路32采样的电压小于阈值电压时产生关闭信号，所述第二驱动电路35放大该关闭信号，所述第二 DC / DC变换器36由该关闭信号控制而关闭，采用这种方式监控超级电容器模组2的输出电压，出现异常时停止放电。
[0024]本实用新型还公开一种自行车，该自行车包括前述任何一项所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置。至于如何将前述驱动装置安装于自行车可以采用现有技术，在此不再赘述。
[0025]综上所述，本实用新型通过超级电容器模组代替蓄电池作为储能装置，与公共电动自行车需求的充电时间短、充放电循环次数多、短距离、寿命长的特征相适应。节能环保，实现低碳出行，缓解了交通压力。
【权利要求】
1.基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置，其特征是:该自行车包括充电控制器、超级电容器模组、放电控制器和公共电动自行车控制器，其中， 所述充电控制器连接于超级电容器模组的输入端，由充电信号控制将市电充入所述超级电容器模组； 所述超级电容器模组储存充入的市电； 所述放电控制器连接于所述超级电容器模组的输出端，由放电信号控制释放所述超级电容器模组的电能至所述公共电动自行车控制器； 所述公共电动自行车控制器接收控制指令并由释放的电能驱动自行车运动。
2.如权利要求1所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置，其特征是:所述充电控制器包括整流电路、充电处理器、第一电流采样电路、第一驱动电路和第一DC / DC变换器，其中， 所述整流电路连接于市电和第一 DC / DC变换器的输入端； 所述第一电流米样电路连接于第一 DC / DC变换器的输出端和充电处理器,米样第一DC / DC变换器的输出电流； 所述充电处理器对存于该处理器内的第一 DC / DC变换器的输出参考电流和第一电流采样电路采样的输出电流做减法运算而获得电流差值并对该电流差值进行PI控制而获得第一 PWM控制信号； 所述第一驱动电路连接充电处理器和第一 DC / DC变换器，放大所述PWM控制信号； 所述第一 DC / DC变换器接收所述PWM控制信号，由该PWM控制信号控制该第一 DC /DC变换器的导通时间。
3.如权利要求2所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置，其特征是:所述驱动装置包括第一电压采样电路，该第一电压采样电路连接于整流电路的输出端和充电处理器，采样整流后的电压；所述充电处理器比较该电压与阈值电压，在该电压超出阈值电压时产生关闭信号，所述第一驱动电路放大该关闭信号，所述第一DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭； 和/或，所述驱动装置包括第二电压采样电路，该第二电压采样电路连接于第一 DC /DC变换器的输出端和充电处理器，采样所述第一DC / DC变换器的输出电压，所述充电处理器比较该电压与超级电容器模组的额定电压，在该电压大于额定电压时产生关闭信号，所述第一驱动电路放大该关闭信号，所述第一 DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭。
4.如权利要求1所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置，其特征是:所述放电控制器包括第二 DC / DC变换器、第四电压采样电路、放电处理器和驱动电路，其中， 所述第二 DC / DC变换器连接于所述超级电容器模组和公共电动自行车控制器； 所述第四电压采样电路连接于第二 DC / DC变换器的输出端和放电处理器，采样第二DC / DC变换器的输出电压； 所述放电处理器对存于该处理器内的第二DC / DC变换器的输出参考电压与第四电压采样电路采样的输出电压做减法运算而获得电压差值并对该电压差值做PI运算而产生第二PWM控制信号； 所述第二驱动电路连接充电处理器和第二 DC / DC变换器，放大所述第二 PWM控制信号; 所述第二 DC / DC变换器接收所述第二 PWM控制信号，由该PWM控制信号控制该第二DC / DC变换器的导通时间。
5.如权利要求4所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置，其特征是:所述驱动装置包括第二电流采样电路，该第二电流采样电路连接于所述超级电容器模组的输出端和放电处理器，采样超级电容器模组的输出电流，所述放电处理器在该电流小于阈值电流时产生关闭信号，所述第二驱动电路放大该关闭信号，所述第二DC / DC变换器由该关闭信号控制而关闭； 和/或，所述驱动装置包括第三电压采样电路，该第三电压采样电路连接于所述超级电容器模组的输出端和放电处理器，采样超级电容器模组的输出电压，所述放电处理器在该电压小于阈值电压时产生关闭信号，所述第二驱动电路放大该关闭信号，所述第二 DC /DC变换器由该关闭信号控制而关闭。
6.自行车，其特征是:包括权利要求1至5中任何一项所述的基于超级电容器储能的公共电动自行车驱动装置。
【文档编号】H02J7/00GK204046198SQ201420093255
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】赵博文, 熊远生, 刘青松, 钱浩 申请人:嘉兴学院