一種基于超級電容的快速蓄能電動自行車電源控制裝置的制造方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于超級電容的快速蓄能電動自行車電源控制裝置，特別涉電源應用及電動自行車運動控制領域。
【背景技術】
[0002]汽車使用量劇增造成公共交通日益擁堵，電動自行車以其輕便快捷、節能環保、價格適中等優點，逐漸受到越來越多不同年齡結構的居民的親睞。2013年“中國電動自行車產業創新高峰論壇”數據顯示，截止2013年中國電動自行車保有量突破2億輛。預計今后很長一段時間，電動自行車將成為居民出行不可或缺的代步工具。然而，傳統的電動自行車的電源使用鉛酸蓄電池，它的缺點是電池壽命短、體積重量大、制造使用環保代價高。目前開始興起的電動自行車一般采用的是鋰電池，但其充電時間、可重復充電的次數依然受到限制。超級電容器與鉛酸蓄電池及鋰電池相比，具有超短充電時間、超寬工作溫度、超高比功率、無限使用壽命、節能環保等優點，隨著超級電容器比能量的不斷提高，基于超級電容的快速蓄能電動自行車應用前景廣闊。
【發明內容】
[0003]本實用新型目的是為了克服鉛酸蓄電池及鋰電池充電時間過長的不足，在實現電動自行車快速充電的前提下，提出一種基于超級電容的快速蓄能環保電動自行車電源及運動控制裝置。該裝置利用超級電容作為無刷電機供電電源，充電時間可縮短10倍以上；由于超級電容的極高的比功率，在本控制單元及控制方案的作用下，爬坡行駛更順暢；在本控制單元及控制方案的作用下，下坡時可將多余的能量回饋給超級電容。
[0004]本實用新型包括16個組成部分:整流蓄能電路、超級電容模塊、檢測保護電路、限流電阻、PWM逆變單元、無刷電機、熱傳感器、轉子位置傳感器1、轉子位置傳感器2、轉子位置傳感器3、PWM驅動電路、控制單元、右剎車觸發器、啟動調速手柄、電量車速LED和左剎車觸發器。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:充電電源采用超級電容模塊，輸出電壓為直流48V，經PWM逆變單元逆變成PWM電流波，為無刷電機供電。當啟動調速手柄在啟動位置時，控制單元發出控制命令給PWM驅動電路，產生MOSFET驅動信號，使PWM逆變單元投入運行，PWM逆變單元產生的PWM三相電流給無刷電機的定子繞組供電，無刷電機啟動。在行駛過程中，通過旋轉啟動調速手柄，使速度控制在騎行者適宜的位置上。速度調節上無極的，順時針旋轉遞增，逆時針旋轉遞減。控制單元采集手柄位置對應的速度值，根據這個速度值產生一個差值信號，使PWM驅動單元產生一組新的PWM驅動信號，控制PWM逆變單元中的MOSFET管的處于不同的通斷狀態，與轉子位置傳感器配合產生不同的速度增量，可正可負，在無刷電機工作下，騎行者便可在此速度上穩定行駛。限流電阻用于防止電流過大，損壞PWM逆變單元。行駛過程中，檢測保護電路實時監測超級電容模塊的電流、電壓及溫度，但出線過流、過熱、失壓嚴重情況，隨即切斷超級電容模塊供電回路，無刷電機開始自動減速，直至停止。行駛過程中，熱傳感器實時檢測無刷電機繞組溫度，當出現過熱情況，控制單元停止產生PWM驅動控制信號，PWM驅動電路及PWM逆變單元不工作，無刷電機開始自動減速，直至停止。行駛過程中，無刷電機將轉速信號、超級電容模塊將電量信息實時傳送給電量車速LED上顯示出來，方便騎行者觀察。當騎行者處于下坡行駛時，無刷電機處于發電機運行狀態，通過控制單元、PWM驅動電路、PWM逆變單元的作用，以及無刷電機的配合作用下，經PWM逆變單元中的反并聯二級管可將多余的重力勢能轉換為電能回饋給超級電容模塊。
[0006]本實用新型的有益效果
[0007]1、該裝置摒棄了傳統的鉛酸蓄電池及近些年興起的鋰離子電池，直接采用采用超級電容模塊作為供電電源，實現了電動自行車超快蓄能這一個重要突破。
[0008]2、該裝置控制結構簡單，考慮騎行者的傳統騎行習慣，在其控制單元及控制方案的作用下，啟動、剎車、增減速更加方便；行駛速度、電量顯示直觀。
[0009]3、該裝置在控制單元及控制方案的作用下，爬坡行駛更順暢上坡時更加順暢，下坡時可將多余的能量回饋給超級電容。
[0010]同時超級電容模塊具有超長使用壽命、寬溫度條件、超高比功率、節能環保等優點，隨著超級電容器比能量的不斷提高，基于超級電容的快速蓄能電動自行車應用前景廣闊。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0012]圖1為本實用新型的結構組成示意圖，圖中:1整流蓄能電路、2超級電容模塊、3檢測保護電路、4限流電阻、5PWM逆變單元、6無刷電機、7熱傳感器、8轉子位置傳感器1、9轉子位置傳感器2、10轉子位置傳感器3、IlPWM驅動電路、12控制單元、13右剎車觸發器、14啟動調速手柄、15電量車速LED和16左剎車觸發器組成。
【具體實施方式】
[0013]在圖1中，整流蓄能電路⑴的輸出端與超級電容模塊⑵的左側輸入端相連，超級電容模塊⑵的右側輸入端與檢測保護電路⑶的左側輸出端相連，超級電容模塊(2)的右側輸出端與檢測保護電路⑶的左側輸入端相連，超級電容模塊⑵的S引腳與檢測保護電路(3) S引腳相連，超級電容模塊⑵的GND引腳與檢測保護電路(3) GND引腳相連，限流電阻⑷的輸入端與檢測保護電路⑶的S端相連，限流電阻(4)的輸出端與PWM逆變單元(5)高壓輸入端相連，PWM逆變單元(5)低壓輸入端與檢測保護電路(3)的GND引腳相連，PWM逆變單元(5)的輸出端與無刷電機(6)的輸入端相連，熱傳感器(7)的輸入端與無刷電機出)的定子繞組端相連，熱傳感器(7)的輸出端與控制單元(12)的7號引腳相連，轉子位置傳感器1、轉子位置傳感器2和轉子位置傳感器3的輸入端與無刷電機(6)的轉子彼此相隔120°機械角度相連，轉子位置傳感器I的輸出端與控制單元(12)的5號引腳相連，轉子位置傳感器2的輸出端與控制單元(12)的6號引腳相連，轉子位置傳感器3的輸出端與控制單元(12)的7號引腳相連，控制單元(12)的8號引腳與PWM驅動電路(11)的輸入端相連，PWM驅動電路(11)的六個輸出端與PWM逆變單元(5)的六個MOSFET驅動端對應相連，右剎車觸發器(13)與控制單元(12)的I號引腳相連，啟動調速手柄(14)與控制單元(12)的2號引腳相連，無刷電機(6)的輸出端與電量車速LED(15)的2號引腳端相連，超級電容模塊⑵的C引腳與電量車速LED (15)的I號引腳相連，左剎車觸發器(16)與控制單元(12)的左剎車3號引腳相連。
[0014]當啟動調速手柄在啟動位置時，控制單元發出控制命令給PWM驅動電路，產生MOSFET驅動信號，使PWM逆變單元投入運行，PWM逆變單元產生的PWM三相電流給無刷電機的定子繞組供電，無刷電機啟動。在行駛過程中，通過旋轉啟動調速手柄，使速度控制在騎行者適宜的位置上。速度調節上無極的，順時針旋轉遞增，逆時針旋轉遞減。控制單元采集手柄位置對應的速度值，根據這個速度值產生一個差值信號，使PWM驅動單元產生一組新的PWM驅動信號，控制PWM逆變單元中的MOSFET管的處于不同的通斷狀態，與轉子位置傳感器配合產生不同的速度增量，可正可負，在無刷電機工作下，騎行者便可在此速度上穩定行駛。限流電阻用于防止電流過大，損壞PWM逆變單元。行駛過程中，檢測保護電路實時監測超級電容模塊的電流、電壓及溫度，但出線過流、過熱、失壓嚴重情況，隨即切斷超級電容模塊電回路，無刷電機開始自動減速，直至停止。行駛過程中，熱傳感器實時檢測無刷電機繞組溫度，當出現過熱情況，控制單元停止產生PWM驅動控制信號，PWM驅動電路及PWM逆變單元不工作，無刷電機開始自動減速，直至停止。行駛過程中，無刷電機將轉速信號、超級電容模塊將電量信息實時傳送給電量車速LED上顯示出來，方便騎行者觀察。
【主權項】
1.一種基于超級電容的快速蓄能電動自行車電源控制裝置，其特征在于，整流蓄能電路(I)的輸出端與超級電容模塊(2)的左側輸入端相連，超級電容模塊(2)的右側輸入端與檢測保護電路(3)的左側輸出端相連，超級電容模塊(2)的右側輸出端與檢測保護電路(3)的左側輸入端相連，超級電容模塊(2)的S引腳與檢測保護電路(3) S引腳相連，超級電容模塊⑵的GND引腳與檢測保護電路(3)GND引腳相連，限流電阻(4)的輸入端與檢測保護電路⑶的S端相連，限流電阻(4)的輸出端與PWM逆變單元(5)高壓輸入端相連，PWM逆變單元(5)低壓輸入端與檢測保護電路(3)的GND引腳相連，PWM逆變單元(5)的輸出端與無刷電機(6)的輸入端相連，熱傳感器(7)的輸入端與無刷電機(6)的定子繞組端相連，熱傳感器(7)的輸出端與控制單元(12)的7號引腳相連，轉子位置傳感器I (8)、轉子位置傳感器2(9)和轉子位置傳感器3(10)的輸入端與無刷電機￠)的轉子彼此相隔120°機械角度相連，轉子位置傳感器I (8)的輸出端與控制單元(12)的5號引腳相連，轉子位置傳感器2 (9)的輸出端與控制單元(12)的6號引腳相連，轉子位置傳感器3(10)的輸出端與控制單元(12)的7號引腳相連，控制單元(12)的8號引腳與PWM驅動電路(11)的輸入端相連，PWM驅動電路(11)的六個輸出端與PWM逆變單元(5)的六個MOSFET驅動端對應相連，右剎車觸發器(13)與控制單元(12)的I號引腳相連，啟動調速手柄(14)與控制單元(12)的2號引腳相連，無刷電機(6)的輸出端與電量車速LED(15)的2號引腳端相連，超級電容模塊⑵的C引腳與電量車速LED(15)的I號引腳相連，左剎車觸發器(16)與控制單元(12)的左剎車3號引腳相連。2.按照權利要求1所述的一種基于超級電容的快速蓄能電動自行車電源控制裝置，其特征在于，當下坡運行時，通過控制單元(12)、PWM驅動電路(11)、PWM逆變單元(5)以及無刷電機(6)的配合工作，可將多余的重力勢能轉換為電能回饋給超級電容模塊(2)。3.按照權利要求1所述的一種基于超級電容的快速蓄能電動自行車電源控制裝置，其特征在于，啟動和調速均采用右側車把手柄進行控制，采用騎行者習慣模式借助手柄旋轉，控制單元(12)、PWM驅動電路(11)、PWM逆變單元(5)以及無刷電機(6)的配合工作，通過實現無級調速。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于超級電容的快速蓄能電動自行車電源控制裝置，特別涉電源應用及電動自行車領域，解決的技術問題是實現電動自行車的快速蓄能和穩定實用的運動控制。本實用新型由整流蓄能電路、超級電容模塊、檢測保護電路、限流電阻、PWM逆變單元、無刷電機、熱傳感器、轉子位置傳感器1、轉子位置傳感器2、轉子位置傳感器3、PWM驅動電路、控制單元、右剎車觸發器、啟動調速手柄、電量車速LED和左剎車觸發器等16個組成部分。
【IPC分類】B60L11/00, B60L15/00
【公開號】CN204623180
【申請號】CN201520277654
【發明人】樊愛龍, 劉濱, 何學俊, 趙雙元, 費如存
【申請人】遼寧科技學院
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月4日