基于超級電容器儲能的公共電動自行車及其驅動裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于超級電容器儲能的公共電動自行車及其驅動裝置，該自行車包括充電控制器、超級電容器模組、放電控制器和公共電動自行車控制器。充電控制器連接于超級電容器模組的輸入端，由充電信號控制將市電充入超級電容器模組。超級電容器模組儲存充入的市電。放電控制器連接于超級電容器模組的輸出端，由放電信號控制釋放超級電容器模組的電能至公共電動自行車控制器。公共電動自行車控制器接收控制指令并由釋放的電能驅動自行車運動。由于本實用新型用超級電容器模組代替蓄電池作為儲能裝置，該電容器模組與公共電動自行車需求的充電時間短、充放電循環次數多、短距離、壽命長的特征相適應。節能環保，實現低碳出行，緩解了交通壓力。
【專利說明】基于超級電容器儲能的公共電動自行車及其驅動裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及公共交通【技術領域】，尤其涉及基于超級電容器儲能的公共電動自行車。
【背景技術】
[0002]目前我國已有眾多城市將公共自行車納入公共交通領域，意圖讓公共自行車交通與公共交通"無縫對接"，破解交通末端"最后一公里"難題，達到低碳出行，美化城市的目的。與自行車相比，電動自行車省時省力。對城市中工作和生活節奏快的人群來說省時非常重要；對一些年邁、體弱的人來說電動自行車省力是首選。因此，公共電動自行車作為公共自行車的一種補充手段，或取代公共自行車系統，都有可能。目前，國內包括武漢等城市已經開始試點公共電動自行車。
[0003]公共電動自行車與普通家用電動自行車相比，具有以下特點:1)、如果車輛利用率高的話，一直希望它處于行駛狀態，每天可能需要上路行駛很長時間；2)、單次騎行距離不是很遠，公共自行車的初衷就是解決交通末端"最后一公里〃難題。如果直接采用普通的家用電動自行車作為公共電動自行車，因為普通的家用電動自行車一般采用蓄電池儲能，存在以下缺點:1)、充電時間過長，目前常規的充電方法，充滿電的時間一般要數小時，過長的充電時間將會降低公共電動自行車的利用率；2)、頻繁的對蓄電池進行充放電，將使其壽命大大縮短，一般的蓄電池充放電次數大概在500-1000次之間，意味著公共電動自行車的蓄電池壽命很短，幾個月可能就需要更換。而更換蓄電池目前是一筆不小的開支。
【發明內容】
[0004]本實用新型解決的問題是現有公共電動自行車存在充電時間長、充放電循環次數少、壽命短的問題。
[0005]為解決上述問題，本實用新型提供一種基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置，該自行車包括充電控制器、超級電容器模組、放電控制器和公共電動自行車控制器，其中，所述充電控制器連接于超級電容器模組的輸入端，由充電信號控制將市電充入所述超級電容器模組；所述超級電容器模組儲存充入的市電；所述放電控制器連接于所述超級電容器模組的輸出端，由放電信號控制釋放所述超級電容器模組的電能至所述公共電動自行車控制器；所述公共電動自行車控制器接收控制指令并由釋放的電能驅動自行車運動。
[0006]在進一步方案中，所述充電控制器包括整流電路、充電處理器、第一電流采樣電路、第一驅動電路和第一 DC / DC變換器，其中，所述整流電路連接于市電和第一 DC / DC變換器的輸入端；所述第一電流米樣電路連接于第一 DC / DC變換器的輸出端和充電處理器，米樣第一 DC / DC變換器的輸出電流；所述充電處理器對存于該處理器內的第一 DC /DC變換器的輸出參考電流和第一電流采樣電路采樣的輸出電流做減法運算而獲得電流差值并對該電流差值進行PI控制而獲得第一 PWM控制信號；所述第一驅動電路連接充電處理器和第一 DC / DC變換器，放大所述PWM控制信號；所述第一 DC / DC變換器接收所述PWM控制信號，由該PWM控制信號控制該第一 DC / DC變換器的導通時間。
[0007]在進一步方案中，所述驅動裝置包括第一電壓采樣電路，該第一電壓采樣電路連接于整流電路的輸出端和充電處理器，采樣整流后的電壓；所述充電處理器比較該電壓與閾值電壓，在該電壓超出閾值電壓時產生關閉信號，所述第一驅動電路放大該關閉信號，所述第一 DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉；和/或，所述驅動裝置包括第二電壓采樣電路，該第二電壓采樣電路連接于第一DC / DC變換器的輸出端和充電處理器，采樣所述第一 DC / DC變換器的輸出電壓，所述充電處理器比較該電壓與超級電容器模組的額定電壓，在該電壓大于額定電壓時產生關閉信號，所述第一驅動電路放大該關閉信號，所述第一DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉。
[0008]在進一步方案中，所述放電控制器包括第二 DC / DC變換器、第四電壓采樣電路、放電處理器和驅動電路，其中，所述第二 DC / DC變換器連接于所述超級電容器模組和公共電動自行車控制器；所述第四電壓采樣電路連接于第二 DC / DC變換器的輸出端和放電處理器，采樣第二 DC / DC變換器的輸出電壓；所述放電處理器對存于該處理器內的第二DC / DC變換器的輸出參考電壓與第四電壓采樣電路采樣的輸出電壓做減法運算而獲得電壓差值并對該電壓差值做PI運算而產生第二 PWM控制信號；所述第二驅動電路連接充電處理器和第二 DC / DC變換器，放大所述第二 PWM控制信號；所述第二 DC / DC變換器接收所述第二 PWM控制信號，由該PWM控制信號控制該第二 DC / DC變換器的導通時間。
[0009]在進一步方案中，所述驅動裝置包括第二電流采樣電路，該第二電流采樣電路連接于所述超級電容器模組的輸出端和放電處理器，采樣超級電容器模組的輸出電流，所述放電處理器在該電流小于閾值電流時產生關閉信號，所述第二驅動電路放大該關閉信號，所述第二DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉；和/或，所述驅動裝置包括第三電壓采樣電路，該第三電壓采樣電路連接于所述超級電容器模組的輸出端和放電處理器，采樣超級電容器模組的輸出電壓，所述放電處理器在該電壓小于閾值電壓時產生關閉信號，所述第二驅動電路放大該關閉信號，所述第二 DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉。
[0010]本實用新型還公開一種自行車，該自行車包括前述任何一項所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0012]1、由于本實用新型包括超級電容器模組，該電容器模組代替蓄電池作為儲能裝置，與公共電動自行車需求的充電時間短、充放電循環次數多、短距離、壽命長的特征相適應。節能環保，實現低碳出行，緩解了交通壓力。
[0013]2、由于本實用新型的所述充電控制器包括整流電路、第一電壓采樣電路、充電處理器、第一電流采樣電路、第二電壓采樣電路、第一驅動電路和第一DC / DC變換器，且充電處理器通過對第一電流采樣電路采樣的輸出電流和第一DC / DC變換器的電流參考值做減法運算而獲得電流差值并對該電流差值進行PI控制而獲得第一 PWM控制信號，通過該PWM控制信號控制所述第一 DC / DC變換器的導通時間，這種方式的控制精度高。
[0014]3、由于本實用新型的所述放電控制器包括第二電流采樣電路、第三電壓采樣電路、第二DC / DC變換器、第四電壓采樣電路、放電處理器和驅動電路，所述放電處理器對第四電壓采樣電路采樣的輸出電壓與第三電壓采樣電路采樣的輸出電壓做減法運算而獲得電壓差值并對該電壓差值做PI運算而產生第二 PWM控制信號，通過該PWM控制信號控制所述第一 DC / DC變換器的導通時間，這種方式的控制精度高，也使得第二 DC / DC變換器輸出給公共電動自行車控制器的電壓穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型基于超級電容器儲能的公共電動自行車的原理框圖；
[0016]圖2是圖1所示的公共電動自行車的充電控制器的原理框圖；
[0017]圖3是圖1所示的公共電動自行車的放電控制器的原理框圖。
【具體實施方式】
[0018]為詳細說明本實用新型的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合附圖予以詳細說明。
[0019]請參閱圖1至圖3，本實用新型基于超級電容器儲能的驅動裝置包括充電控制器
1、超級電容器模組2、放電控制器3和公共電動自行車控制器4。
[0020]請繼續參閱圖1，所述充電控制器I連接于超級電容器模組2的輸入端，由充電信號控制將市電充入所述超級電容器模組2。在本實施方式中，所述充電控制器I包括整流電路11、第一電壓采樣電路12、充電處理器13、第一電流采樣電路14、第二電壓采樣電路15、第一驅動電路16和第一 DC / DC變換器17，其中，所述整流電路11連接于市電和第一DC / DC變換器17的輸入端。所述第一電壓采樣電路12連接于整流電路11的輸出端和充電處理13器，采樣整流后的電壓。所述第一電流采樣電路14連接于第一 DC / DC變換器17的輸出端和充電處理器13,米樣第一 DC / DC變換器的輸出電流。所述第二電壓米樣電路15連接于第一 DC / DC變換器17的輸出端和充電處理器13，采樣所述第一 DC / DC變換器17的輸出電壓。所述充電處理器13對存于該處理器內的第一 DC / DC變換器17的輸出參考電流和第一電流采樣電路14采樣的輸出電流做減法運算而獲得電流差值并對該電流差值進行PI控制而獲得第一 PWM控制信號。所述第一驅動電路16連接充電處理器13和第一 DC / DC變換器17，放大所述PWM控制信號。所述第一 DC / DC變換器17接收所述第一 PWM控制信號，由該PWM控制信號控制該第一 DC / DC變換器17的導通時間。在本實施方式中，還對所述第一 PWM控制信號進行限幅處理以使得PWM信號在O到I之間。
[0021]請繼續參閱圖1和圖2，所述充電處理器13比較第一采樣電路11采樣的電壓與閾值電壓，在該電壓超出閾值電壓時產生關閉信號，所述第一驅動電路16放大該關閉信號，所述第一 DC / DC變換器17由該關閉信號控制而關閉，采用這種方式，可以在整流后的電壓出現異常時停止充電，保護超級電容器模組2。或者，所述充電處理器13比較第二電壓采樣電路15采樣的電壓與超級電容器模組2的額定電壓，在該電壓大于額定電壓時產生關閉信號，所述第一驅動電路16放大該關閉信號,所述第一 DC / DC變換器17由該關閉信號控制而關閉，采用這種方式，當超級電容器模組2的電壓達到額定電壓后停止充電。
[0022]請參閱圖1和圖3，所述超級電容器模組2儲存充入的市電。所述放電控制器3連接于所述超級電容器模組2的輸出端，由放電信號控制釋放所述超級電容器模組2的電能至所述公共電動自行車控制器4。所述公共電動自行車控制器4接收控制指令并由釋放的電能驅動自行車運動。在本實用新型中，所述放電控制器包括第二電流采樣電路31、第三電壓采樣電路32、放電處理器33、第四電壓采樣電路34、驅動電路35和第二 DC / DC變換器，其中，所述第二電流采樣電路31連接于所述超級電容器模組2的輸出端和放電處理器33，采樣超級電容器模組2的輸出電流。所述第三電壓采樣電路32連接于所述超級電容器模組2的輸出端和放電處理器33，采樣超級電容器模組2的輸出電壓。所述第四電壓采樣電路34連接于第二 DC / DC變換器36的輸出端和放電處理器33，采樣第二 DC / DC變換器36的輸出電壓。所述第二 DC / DC變換器36連接于所述超級電容器模組2和公共電動自行車控制器4。所述放電處理器33對存于該處理器內的第二 DC / DC變換器36的輸出參考電壓與第四電壓采樣電路34采樣的輸出電壓做減法運算而獲得電壓差值并對該電壓差值做PI運算而產生第二 PWM控制信號。所述第二驅動電路35連接充電處理器33和第二DC / DC變換器36，放大所述第二 PWM控制信號。所述第二 DC / DC變換器36接收所述第二 PWM控制信號，由該PWM控制信號控制該第二 DC / DC變換器的導通時間，通過這樣的控制，可以達到充電的目的。
[0023]請繼續參閱圖1和圖3并結合圖2，所述放電處理器33在第二電流采樣電路31采樣的電流小于閾值電流時產生關閉信號，所述第二驅動電路35放大該關閉信號，所述第二DC / DC變換器36由該關閉信號控制而關閉，采用這種方式，監控超級電容器模組2的輸出電流，出現異常時停止放電。所述放電處理器33在第三電壓采樣電路32采樣的電壓小于閾值電壓時產生關閉信號，所述第二驅動電路35放大該關閉信號，所述第二 DC / DC變換器36由該關閉信號控制而關閉，采用這種方式監控超級電容器模組2的輸出電壓，出現異常時停止放電。
[0024]本實用新型還公開一種自行車，該自行車包括前述任何一項所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置。至于如何將前述驅動裝置安裝于自行車可以采用現有技術，在此不再贅述。
[0025]綜上所述，本實用新型通過超級電容器模組代替蓄電池作為儲能裝置，與公共電動自行車需求的充電時間短、充放電循環次數多、短距離、壽命長的特征相適應。節能環保，實現低碳出行，緩解了交通壓力。
【權利要求】
1.基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置，其特征是:該自行車包括充電控制器、超級電容器模組、放電控制器和公共電動自行車控制器，其中， 所述充電控制器連接于超級電容器模組的輸入端，由充電信號控制將市電充入所述超級電容器模組； 所述超級電容器模組儲存充入的市電； 所述放電控制器連接于所述超級電容器模組的輸出端，由放電信號控制釋放所述超級電容器模組的電能至所述公共電動自行車控制器； 所述公共電動自行車控制器接收控制指令并由釋放的電能驅動自行車運動。
2.如權利要求1所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置，其特征是:所述充電控制器包括整流電路、充電處理器、第一電流采樣電路、第一驅動電路和第一DC / DC變換器，其中， 所述整流電路連接于市電和第一 DC / DC變換器的輸入端； 所述第一電流米樣電路連接于第一 DC / DC變換器的輸出端和充電處理器,米樣第一DC / DC變換器的輸出電流； 所述充電處理器對存于該處理器內的第一 DC / DC變換器的輸出參考電流和第一電流采樣電路采樣的輸出電流做減法運算而獲得電流差值并對該電流差值進行PI控制而獲得第一 PWM控制信號； 所述第一驅動電路連接充電處理器和第一 DC / DC變換器，放大所述PWM控制信號； 所述第一 DC / DC變換器接收所述PWM控制信號，由該PWM控制信號控制該第一 DC /DC變換器的導通時間。
3.如權利要求2所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置，其特征是:所述驅動裝置包括第一電壓采樣電路，該第一電壓采樣電路連接于整流電路的輸出端和充電處理器，采樣整流后的電壓；所述充電處理器比較該電壓與閾值電壓，在該電壓超出閾值電壓時產生關閉信號，所述第一驅動電路放大該關閉信號，所述第一DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉； 和/或，所述驅動裝置包括第二電壓采樣電路，該第二電壓采樣電路連接于第一 DC /DC變換器的輸出端和充電處理器，采樣所述第一DC / DC變換器的輸出電壓，所述充電處理器比較該電壓與超級電容器模組的額定電壓，在該電壓大于額定電壓時產生關閉信號，所述第一驅動電路放大該關閉信號，所述第一 DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉。
4.如權利要求1所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置，其特征是:所述放電控制器包括第二 DC / DC變換器、第四電壓采樣電路、放電處理器和驅動電路，其中， 所述第二 DC / DC變換器連接于所述超級電容器模組和公共電動自行車控制器； 所述第四電壓采樣電路連接于第二 DC / DC變換器的輸出端和放電處理器，采樣第二DC / DC變換器的輸出電壓； 所述放電處理器對存于該處理器內的第二DC / DC變換器的輸出參考電壓與第四電壓采樣電路采樣的輸出電壓做減法運算而獲得電壓差值并對該電壓差值做PI運算而產生第二PWM控制信號； 所述第二驅動電路連接充電處理器和第二 DC / DC變換器，放大所述第二 PWM控制信號; 所述第二 DC / DC變換器接收所述第二 PWM控制信號，由該PWM控制信號控制該第二DC / DC變換器的導通時間。
5.如權利要求4所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置，其特征是:所述驅動裝置包括第二電流采樣電路，該第二電流采樣電路連接于所述超級電容器模組的輸出端和放電處理器，采樣超級電容器模組的輸出電流，所述放電處理器在該電流小于閾值電流時產生關閉信號，所述第二驅動電路放大該關閉信號，所述第二DC / DC變換器由該關閉信號控制而關閉； 和/或，所述驅動裝置包括第三電壓采樣電路，該第三電壓采樣電路連接于所述超級電容器模組的輸出端和放電處理器，采樣超級電容器模組的輸出電壓，所述放電處理器在該電壓小于閾值電壓時產生關閉信號，所述第二驅動電路放大該關閉信號，所述第二 DC /DC變換器由該關閉信號控制而關閉。
6.自行車，其特征是:包括權利要求1至5中任何一項所述的基于超級電容器儲能的公共電動自行車驅動裝置。
【文檔編號】H02J7/00GK204046198SQ201420093255
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】趙博文, 熊遠生, 劉青松, 錢浩 申請人:嘉興學院