CN103124095B - 健身发电车电气系统的供电方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有电能储存功能、充电电流及电压可控、防止过压、过流充电，可延长蓄电池使用寿命、具有市电补偿功能、可保证交流负载连续供电的健身发电车电气系统的供电方法，步骤为：健身者通过骑行健身车带动永磁发电机转动而发电；根据检测的充电电压和充电电流来控制进入储能蓄电池的充电电流和充电电压，将整流后的直流电能输入到储能蓄电池中；显示仪表通过工作电源开关获得工作电源；当储能蓄电池因长期放置产生馈电，通过骑行健身车带动永磁发电机转动而产生电能给储能蓄电池相对缓慢充电；电气系统可以启动后，充电电流进入储能蓄电池；当交流逆变器检测到储能蓄电池中的电能低于安全设定电量值时，将交流负载无间断切换至市电回路。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有电能储存功能的健身发电车电气系统的供电方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，越来越多的人也更加注重运动健身。健身车具有运动时尚、运动量大、锻炼效果好，不受使用场地限制的特点，越来越受到人们的喜爱。随着世界能源情况的日益紧张，清洁电能源的利用越来越被人们所重视。为此出现了健身发电车，其在实现在运动健身的同时，将运动所消耗的能量转化为清洁的电能源而加以利用。现有的健身发电车的供电系统是由永磁发电机整流桥和储能蓄电池组成，当健身者骑速过快时，充电电流过大，会缩短蓄电池的使用寿命。此外，其只能由健身发电车提供负载电源，如果蓄电池电量不足时，负载断电，即不能保证负载连续供电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有电能储存功能，充电电流及电压可控，防止过压、过流充电，可延长蓄电池使用寿命，具有市电补偿功能，可保证交流负载连续供电的健身发电车电气系统的供电方法。
本发明的技术方案是：
一种健身发电车电气系统，包括显示仪表1、永磁发电机2、储能蓄电池4，储能蓄电池4输出端通过工作电源开关8与显示仪表1相连，其特殊之处是：在永磁发电机2与储能蓄电池4之间接有控制器3，储能蓄电池4通过显示仪表1为控制器3提供工作电源；所述控制器3包括整流桥11、串联在整流桥11输出端和储能蓄电池4正极的发电电流传感器14、储能蓄电池充电控制开关12、充电电流传感器15，接在发电电流传感器14输出端的由放电控制开关13和限流电阻R1组成的放电回路，接在发电电流传感器14输出端的由旁路充电控制开关16和限流电阻R2组成的旁路充电回路，与发电电流传感器14、充电电流传感器15输出端相连的ECU23，与ECU23相连的电池电压采集模块25、发电电压采集模块26、与显示仪表1通讯的通讯模块27以及用来控制储能蓄电池充电控制开关12、放电控制开关13和旁路充电控制开关16动作的驱动模块24；在储能蓄电池4输出端接有交流逆变器5，交流逆变器5将储能蓄电池4中存储的电能或整流桥11输出的电能转化为工频交流电能供交流负载使用，交流逆变器5输出端接有用来实现市电供电和储能蓄电池供电转换的市电补偿转换器6。
所述显示仪表1是由显示仪表ECU17，用来进行信息显示的显示模块18，与控制器通讯的通讯模块19，心率采集模块20，用来运动模式选择、上电、运动记录存贮的操作模块21，与能上网的蓝牙设备进行通信的蓝牙模块22组成。
一种健身发电车电气系统的供电方法，其特殊之处是：
（1）、健身者根据设定的充电模式通过骑行健身车带动永磁发电机2转动而发电，永磁发电机2的电机三相线10通过控制器3内部的整流桥11转变成直流电能；
（2）、控制器3通过发电电压采集模块26检测整流桥11输出的直流电压、通过发电电流传感器14检测发电电流、通过电池电压采集模块检测储能蓄电池的充电电压、通过充电电流传感器15检测充电电流，根据检测的充电电压和充电电流来控制储能蓄电池充电控制开关12和放电控制开关13的开关频率，来控制进入储能蓄电池4的充电电流和充电电压，使蓄电池的充电电压和充电电流在额定范围内，将整流后的直流电能输入到储能蓄电池4中；
（3）储能蓄电池4作为电能存储设备，同时也是电气系统各部件的工作电源，显示仪表1通过仪表盘上的工作电源开关8获得由储能蓄电池4提供的工作电源，同时将此电源提供给控制器3；
（4）、当储能蓄电池4因长期放置产生馈电，造成电气系统无法启动时，此时的旁路充电控制开关16处于默认的闭合状态，通过健身者骑行健身车带动永磁发电机2转动而产生电能经由旁路充电控制开关16和旁路充电回路限流电阻R2给储能蓄电池4进行相对缓慢充电，直到电气系统可以启动为止；电气系统可以启动后，控制器3控制旁路充电控制开关16断开，充电电流经由储能蓄电池充电控制开关12进入储能蓄电池4。
（5）、当交流逆变器5检测到储能蓄电池4中的电能低于安全设定电量值时，交流逆变器5控制市电补偿器6将交流负载无间断切换至市电回路，并与交流逆变器5脱离；当交流逆变器5检测到储能蓄电池4中的电能恢复到可正常工作电量值后，再控制市电补偿器6将交流负载无间断切回交流逆变器5的输出端，可保证用电设备不间断的安全工作及相应节省市电能量的使用。
所述控制器3检测并通过通讯模块27上传健身、发电、充电及电池状态信息，然后由显示仪表1通过显示模块18实时显示相关信息，同时显示仪表1还可通过心率采集模块20对健身者的心率检测并通过显示模块18显示和通过蓝牙模块22与外部进行蓝牙通讯。
所述健身信息为骑行转速、骑行时间、骑行者燃脂，所述发电、充电及电池状态信息是指单次发电电量、累积发电电量、充电电流、储能蓄电池剩余电量。
所述电气系统可以启动是指显示仪表显示信息。
所述安全设定电量值大于等于额定电量值的83%且小于额定电量值的87%，所述可正常工作电量值大于等于额定电量值的87%。
所述蓄电池标准电压为12V时，安全设定电压为9.96-10.44V。
所述充电模式包括健身模式和快充模式，健身模式具有三种负载档位的调节，以适应不同健身群体的需求，快充模式不具有档位调节，可将永磁电机2发出的电量全部输出到蓄电池4。
本发明的有益效果是：
1、由于所述各电气部件均通过电信号相连构成一个紧密的整体而不独立运行，使整个系统的效率提升，并增加可靠性。
2、控制器将永磁发电机在转动过程中发出的交流电能进行整流并通过控制器对电池的充电电流及充电电压进行有效地管理，防止对储能蓄电池4过压、过流充电，实现安全、可靠充电，有效地保护了储能蓄电池并可延长其使用寿命。
3、当储能蓄电池馈电严重而使控制系统无法正常工作时，旁路充电回路可保证储能蓄电池的缓慢充电，免去了更换蓄电池的麻烦。
4、采用蓄电池储能的方式，可以将健身发电所产生的电能有效地储存并加以利用。
5、采用市电补偿器，可以实现交流逆变器输出的电能与市电交流电能的不间断切换，保护用户的用电设备不因突然断电而受到影响或损坏。
附图说明
图1是本发明的电气系统连接示意图；
图2是本发明的控制器内部原理示意图；
图3是本发明的显示仪表功能模块框图；
图4是本发明的控制器功能模块框图；
图中：显示仪表1、永磁发电机2、控制器3、储能蓄电池4、交流逆变器5、市电补偿器6、连接线束7、工作电源开关8、CAN通讯总线9、永磁发电机三相线10、整流桥11、储能蓄电池充电控制开关12、放电控制开关13、发电电流传感器14、充电电流传感器15、旁路充电控制开关16、显示仪表ECU17、显示模块18、通讯模块19、心率采集模块20、操作模块21、蓝牙模块22、控制器ECU23、驱动模块24、电池电压采集模块25、发电电压采集模块26。
具体实施方式
如图1所示，该健身发电车电气系统，包括显示仪表1、永磁发电机2、控制器3、储能蓄电池4、交流逆变器5、市电补偿器6、连接线束7、工作电源开关8、CAN通讯总线9和永磁发电机三相线10。显示仪表1通过表盘上的工作电源开关8获得工作电源，该电源同时提供给控制器3作为其工作电源。CAN通讯总线9接在显示仪表1和控制器3之间，控制器3通过CAN通讯总线9向显示仪表1实时上传健身、发电、充电及电池状态等信息并由显示仪表1实时显示。永磁发电机2通过其永磁发电机三相线10接入控制器3，交流逆变器5连接在储能蓄电池4的输出端，并通过市电补偿器6引出负载端，所述市电补偿器6输入端使用时接市电。
如图2和图4所示，所述控制器3包括整流桥11、串联在整流桥11输出端和储能蓄电池4正极的发电电流传感器14、储能蓄电池充电控制开关12、充电电流传感器15，接在发电电流传感器14输出端的由放电控制开关13和限流电阻R1组成的放电回路，接在发电电流传感器14输出端的由旁路充电控制开关16和限流电阻R2组成的旁路充电回路，与发电电流传感器14、充电电流传感器15输出端相连的控制器ECU23，与控制器ECU23相连的电池电压采集模块25、发电电压采集模块26、与显示仪表1通讯的通讯模块19以及用来控制储能蓄电池充电控制开关12、放电控制开关13和旁路充电控制开关16动作的驱动模块24。
如图3所示，所述显示仪表1是由显示仪表ECU17，用来进行信息显示的显示模块18，与控制器ECU23通讯的通讯模块19，心率采集模块20，用来运动模式选择、上电、运动记录存贮的操作模块21，与能上网的蓝牙设备进行通信的蓝牙模块22组成。
该健身发电车电气系统的供电方法，具体步骤如下：
（1）、健身者根据设定的充电模式通过骑行健身车带动永磁发电机2转动而发电，永磁发电机2的电机三相线10通过控制器3内部的整流桥11转变成直流电能；所述充电模式包括健身模式和快充模式，健身模式具有三种负载档位的调节，以适应不同健身群体的需求，快充模式不具有档位调节，可将永磁电机2发出的电量全部输出到蓄电池4。
（2）、控制器3通过发电电压采集模块26检测整流桥11输出的直流电压、通过发电电流传感器14检测发电电流、通过电池电压采集模块检测储能蓄电池的充电电压、通过充电电流传感器15检测充电电流，根据检测的充电电压和充电电流来控制储能蓄电池充电控制开关12和放电控制开关13的开关频率，来控制进入储能蓄电池4的充电电流和充电电压，使蓄电池的充电电压和充电电流在额定范围内，将整流后的直流电能输入到储能蓄电池4中；所述控制器3检测并通过通讯模块27上传健身、发电、充电及电池状态信息，然后由显示仪表1通过显示模块18实时显示相关信息，同时显示仪表1还可通过心率采集模块20对健身者的心率检测并通过显示模块18显示和通过蓝牙模块22与外部进行蓝牙通讯。
（3）储能蓄电池4作为电能存储设备，同时也是电气系统各部件的工作电源，显示仪表1通过仪表盘上的工作电源开关8获得由储能蓄电池4提供的工作电源，同时将此电源提供给控制器3；所述健身信息为骑行转速、骑行时间、骑行者燃脂，所述发电、充电及电池状态信息是指单次发电电量、累积发电电量、充电电流、储能蓄电池剩余电量。
（4）、当储能蓄电池4因长期放置产生馈电，造成电气系统无法启动时，此时的旁路充电控制开关16处于默认的闭合状态，通过健身者骑行健身车带动永磁发电机2转动而产生电能经由旁路充电控制开关16和旁路充电回路限流电阻R2给储能蓄电池4进行相对缓慢充电，直到电气系统可以启动为止；电气系统可以启动后，控制器3控制旁路充电控制开关16断开，充电电流经由储能蓄电池充电控制开关12进入储能蓄电池4。所述电气系统无法启动是指显示仪表不显示信息，所述电气系统可以启动是指显示仪表显示信息。
（5）、当交流逆变器5检测到储能蓄电池4中的电能低于安全设定电量值时，交流逆变器5控制市电补偿器6将交流负载无间断切换至市电回路，并与交流逆变器5脱离；当交流逆变器5检测到储能蓄电池4中的电能恢复到可正常工作电量值后，再控制市电补偿器6将交流负载无间断切回交流逆变器5的输出端，可保证用电设备不间断的安全工作及相应节省市电能量的使用。所述安全设定电量值大于等于额定电量值的83%且小于额定电量值的87%，所述蓄电池标准电压为12V时，安全设定电压为9.96-10.44V。
所述可正常工作电量值大于等于额定电量值的87%。
Claims (7)
1.一种健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：
（1）、健身者根据设定的充电模式通过骑行健身车带动永磁发电机转动而发电，永磁发电机的电机三相线通过控制器内部的整流桥转变成直流电能；
（2）、控制器通过发电电压采集模块检测整流桥输出的直流电压、通过发电电流传感器检测发电电流、通过电池电压采集模块检测储能蓄电池的充电电压、通过充电电流传感器检测充电电流，根据检测的充电电压和充电电流来控制储能蓄电池充电控制开关和放电控制开关的开关频率，来控制进入储能蓄电池的充电电流和充电电压，使储能蓄电池的充电电压和充电电流在额定范围内，将整流后的直流电能输入到储能蓄电池中；
（3）储能蓄电池作为电能存储设备，同时也是电气系统各部件的工作电源，显示仪表通过仪表盘上的工作电源开关获得由储能蓄电池提供的工作电源，同时将此电源提供给控制器；
（4）、当储能蓄电池因长期放置产生馈电，造成电气系统无法启动时，此时的旁路充电控制开关处于默认的闭合状态，通过健身者骑行健身车带动永磁发电机转动而产生电能经由旁路充电控制开关和旁路充电回路限流电阻R2给储能蓄电池进行相对缓慢充电，直到电气系统可以启动为止；电气系统可以启动后，控制器控制旁路充电控制开关断开，充电电流经由储能蓄电池充电控制开关进入储能蓄电池；
（5）、当交流逆变器检测到储能蓄电池中的电能低于安全设定电量值时，交流逆变器控制市电补偿器将交流负载无间断切换至市电回路，并与交流逆变器脱离；当交流逆变器检测到储能蓄电池中的电能恢复到可正常工作电量值后，再控制市电补偿器将交流负载无间断切回交流逆变器的输出端，可保证用电设备不间断的安全工作及相应节省市电能量的使用。
2.根据权利要求1所述的健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：所述控制器检测并通过通讯模块上传健身、发电、充电及电池状态信息，然后由显示仪表通过显示模块实时显示相关信息，同时显示仪表还可通过心率采集模块对健身者的心率检测并通过显示模块显示和通过蓝牙模块与外部进行蓝牙通讯。
3.根据权利要求2所述的健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：所述健身信息为骑行转速、骑行时间、骑行者燃脂，所述发电、充电及电池状态信息是指单次发电电量、累积发电电量、充电电流、储能蓄电池剩余电量。
4. 根据权利要求1所述的健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：所述电气系统无法启动是指显示仪表不显示信息，所述电气系统可以启动是指显示仪表显示信息。
5.根据权利要求1所述的健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：所述安全设定电量值大于等于储能蓄电池额定电量值的83%且小于额定电量值的87%，所述可正常工作电量值大于等于储能蓄电池额定电量值的87%。
6.根据权利要求1所述的健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：所述储能蓄电池标准电压为12V时，安全设定电压为9.96V-10.44V。
7.根据权利要求1所述的健身发电车电气系统的供电方法，其特征是：所述充电模式包括健身模式和快充模式，健身模式具有三种负载档位的调节，以适应不同健身群体的需求，快充模式不具有档位调节，可将永磁电机发出的电量全部输出到储能蓄电池。
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