CN112519949A - 一种助步车电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种助步车电源系统，包括太阳能电池板、轮毂发电机、可充电电池、稳压电路、升压电路、降压电路、USB接口、倾角开关和开关切换电路，太阳能电池板与轮毂发电机串联连接，轮毂发电机的输出端与倾角开关电连接，倾角开关与稳压电路电连接，稳压电路与所述升压电路电连接，开关切换电路包括一个可左右拨动的开关、左触点和右触点，升压电路与左触点的一端电连接，左触点的另一端与可充电电池电连接，右触点的一端与可充电电池电连接，右触点的另一端与降压电路电连接，降压电路与USB接口电连接。本发明将太阳能电池板和轮毂发电机结合起来，能够提高可充电电池的续航能力，为人们的出行提供方便。

Description

一种助步车电源系统
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体而言，涉及一种助步车电源系统。
背景技术
助力车由于节能省力，得到了快速发展。随着共享经济的到来，助力车的发展更加迅速。但是助力车存在一些固有问题：首先，其电池续航能力有限，断电情况下，用户体验不好；其次，电池笨重，用户拿回家充电不方便，在外充电则有较大风险(用电安全和防盗)。为了能够更好地在给助力车电池充电，尤其是在户外的情况下，可以在助力车的顶棚之上安装太阳能电池板对电池进行充电。
专利申请号为201820237087.8的中国发明专利提出了一种助力车及其电源管理系统，其：包括电机控制器、驱动电路、电池、MCU和充电电源组件，电机控制器用于驱动设置在助力车上的电机，驱动电路用于驱动电机控制器，电池用于为驱动电路和MCU供电，包括车载电池和移动电池，MCU用于根据对车载电池和移动电池的电压采样，决定由车载电池/移动电池为驱动电路供电，充电电源组件用于为车载电池充电。在该发明中，由于车载电池和移动电池均可供电，因此移动电池可以体积重量变小，更轻便，而太阳能板不断为车载电池充电，则增强了续航能力。
但利用太阳能电池板对助力车电池进行充电存在一个明显的问题，那就是在下雨天或者阴天的时候，太阳能电池板也无法利用太阳能进行发电。
考虑到助力车在下坡的时候，具有一定的势能，若能够将这种使能利用起来，结合太阳能电池板，二者一同为助力车电池充电，则能够更好的增强电池的续航能力，为人们的出行提供方便。
发明内容
为了克服现有技术的不足提供了一种助力车电源系统，本发明的具体技术方案如下：
一种助步车电源系统，包括太阳能电池板、轮毂发电机、可充电电池、稳压电路、升压电路、降压电路和USB接口，还包括倾角开关和开关切换电路，所述太阳能电池板与所述轮毂发电机串联连接，所述轮毂发电机的输出端与倾角开关电连接，所述倾角开关与所述稳压电路电连接，所述稳压电路与所述升压电路电连接，所述开关切换电路包括一个可左右拨动的开关、左触点和右触点，所述升压电路与左触点的一端电连接，所述左触点的另一端与所述可充电电池电连接，所述右触点的一端与所述可充电电池电连接，所述右触点的另一端与所述降压电路电连接，所述降压电路与所述USB接口电连接。
可选的，所述稳压电路包括：稳压器U1、基准电压比较器U2、二极管D1、限流电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、滤波电容C1、充电电容C2、极性电容C3和滤波电容C4，所述二极管D1的阳极与所述倾角开关电连接，所述二极管D1的阴极分别电连接所述稳压器U1的电压输入引脚和所述滤波电容C1的一端，所述稳压器U1的电压输出引脚分别电连接所述限流电阻R1的一端、所述分压电阻R2的一端、所述极性电容C3的正极和所述滤波电容C4的一端，所述稳压器U1的电压调节引脚分别电连接所述充电电容C2的一端、所述限流电阻R1的另一端和所述基准电压比较器U2的阴极，所述滤波电容C1的另一端分别电连接所述充电电容C2的另一端、所述基准电压比较器U2的阳极、所述分压电阻R3的一端、所述极性电容C3的负极和所述滤波电容C4的另一端并接地，所述基准电压比较器U2的反馈端分别电连接所述分压电阻R2的另一端和所述分压电阻R3的另一端，所述分压电阻R2的一端与所述升压电路电连接。
可选的，包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7、输入端IN、输出端OUT和电容C5，所述MOS管Q1的源极电连接所述MOS管Q3的源极和电源VCC，所述MOS管Q1的栅极电连接所述输入端IN、MOS管Q2的栅极、MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极、MOS管Q6的栅极和MOS管Q7的栅极，所述MOS管Q1的漏极电连接所述电容C5和MOS管Q2的漏极，所述电容C5的另一端电连接所述MOS管Q3的源极、MOS管Q4的源极和MOS管Q6的源极，所述MOS管Q3的栅极电连接所述MOS管Q4的漏极和MOS管Q5的漏极，所述MOS管Q5的源极接地，所述MOS管Q7的源极接地，所述MOS管Q6的漏极电连接所述MOS管Q7的漏极和输出端OUT，所述输入端IN电连接所述分压电阻R2的一端，所述输出端OUT电连接所述左触点的一端。
可选的，还包括电量检测电路，所述电量检测电路电连接在所述可充电电池的输出端，用于检测所述可充电电池的电量。
可选的，所述倾角开关的输入端与输出端之间设有一个按钮开关。
本发明所取得的有益技术效果包括：
1、通过太阳能电池板和轮毂发动机，调节倾角开关的预设阈值，当助力车在一定坡度的斜坡行驶时，可以利用其自身的势能为可充电电池充电。将太阳能电池板和轮毂发电机结合起来，能够提高可充电电池的续航能力，为人们的出行提供方便；
2、由于降压电路可以根据USB接口负载的大小选择合适的输出电流值，进而限制降压电路的待机功耗，可以更好地节省可充电电池的电量；
3、升压电路为自举升压电路，其结构简单、元器件使用量少，仅使用多个NMOS管和PMOS管组成，结合电容实现了提高输出电压的目的，因此具有体积小、成本低和性能稳定的优点。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明实施例之一的一种助力车电源系统的整体结构示意图；
图2是本发明中稳压电路的结构示意图；
图3是本发明中升压电路的结构示意图；
图4是本发明中降压电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明为一种助力车电源系统，根据图1-4所示阐述以下实施例：
实施例一：
如图1所示，一种助步车电源系统，包括太阳能电池板、轮毂发电机、可充电电池、稳压电路、升压电路、降压电路和USB接口，还包括倾角开关和开关切换电路，所述太阳能电池板与所述轮毂发电机串联连接，所述轮毂发电机的输出端与倾角开关电连接，所述倾角开关与所述稳压电路电连接，所述稳压电路与所述升压电路电连接，所述开关切换电路包括一个可左右拨动的开关A、左触点B和右触点C，所述升压电路与左触点A的一端电连接，所述左触点A的另一端与所述可充电电池电连接，所述右触点B的一端与所述可充电电池电连接，所述右触点B的另一端与所述降压电路电连接，所述降压电路与所述USB接口电连接。
轮毂发电机安装在助力车的前轮或者后轮，所述太阳能电池板与轮毂发电机串联连接，太阳能电池板一般安装在助力车的顶棚之上或者车身的两侧。所述可充电电池为蓄电池或者锂电池，所述轮毂发电机经过倾角开关、稳压电路、升压电路以及开关切换电路之后，与所述可充电电池连接在一起。
所述开关切换电路的作用在于决定所述升压电路与所述可充电电池是否连通，以决定可充电电池是处在充电状态或者放电状态。
通过降压电路和USB接口，可以利用阻力车的可充电电池的电量为手机等智能设备充电。
可选的，如图2所示，所述稳压电路包括：稳压器U1、基准电压比较器U2、二极管D1、限流电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、滤波电容C1、充电电容C2、极性电容C3和滤波电容C4，所述二极管D1的阳极与所述倾角开关电连接，所述二极管D1的阴极分别电连接所述稳压器U1的电压输入引脚和所述滤波电容C1的一端，所述稳压器U1的电压输出引脚分别电连接所述限流电阻R1的一端、所述分压电阻R2的一端、所述极性电容C3的正极和所述滤波电容C4的一端，所述稳压器U1的电压调节引脚分别电连接所述充电电容C2的一端、所述限流电阻R1的另一端和所述基准电压比较器U2的阴极，所述滤波电容C1的另一端分别电连接所述充电电容C2的另一端、所述基准电压比较器U2的阳极、所述分压电阻R3的一端、所述极性电容C3的负极和所述滤波电容C4的另一端并接地，所述基准电压比较器U2的反馈端分别电连接所述分压电阻R2的另一端和所述分压电阻R3的另一端，所述分压电阻R2的一端与所述升压电路电连接。
通过该稳压电路，调节稳压器U1，可以将太阳能电池板部分压差损耗的功耗吸收掉，使得稳压电路输出一个稳定的电压值。通过调节分压电阻R2以及分压电阻R3，可以调节输出电压VDD的电压值。
可选的，如图3所示，所述升压电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7、输入端IN、输出端OUT和电容C5，所述MOS管Q1的源极电连接所述MOS管Q3的源极和电源VCC，所述MOS管Q1的栅极电连接所述输入端IN、MOS管Q2的栅极、MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极、MOS管Q6的栅极和MOS管Q7的栅极，所述MOS管Q1的漏极电连接所述电容C5和MOS管Q2的漏极，所述电容C5的另一端电连接所述MOS管Q3的源极、MOS管Q4的源极和MOS管Q6的源极，所述MOS管Q3的栅极电连接所述MOS管Q4的漏极和MOS管Q5的漏极，所述MOS管Q5的源极接地，所述MOS管Q7的源极接地，所述MOS管Q6的漏极电连接所述MOS管Q7的漏极和输出端OUT，所述输入端IN电连接所述分压电阻R2的一端，所述输出端OUT电连接所述左触点的一端。
其中所述MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q6是PMOS管，所述MOS管Q2、MOS管Q5和MOS管Q7为NMOS管。本升压电路为自举升压电路，其结构简单、元器件使用量少，仅使用多个NMOS管和PMOS管组成，结合电容实现了提高输出电压的目的，因此具有体积小、成本低和性能稳定的优点。
可选的，还包括电量检测电路，所述电量检测电路电连接在所述可充电电池的输出端，用于检测所述可充电电池的电量。
通过太阳能电池板和轮毂发动机，调节倾角开关的预设阈值，当助力车在一定坡度的斜坡行驶时，可以利用其自身的势能为可充电电池充电。将太阳能电池板和轮毂发电机结合起来，能够提高可充电电池的续航能力，为人们的出行提供方便。
实施例二：
如图1以及图4所示，一种助步车电源系统，包括太阳能电池板、轮毂发电机、可充电电池、稳压电路、升压电路、降压电路和USB接口，还包括倾角开关和开关切换电路，所述太阳能电池板与所述轮毂发电机串联连接，所述轮毂发电机的输出端与倾角开关电连接，所述倾角开关与所述稳压电路电连接，所述稳压电路与所述升压电路电连接，所述开关切换电路包括一个可左右拨动的开关A、左触点B和右触点C，所述升压电路与左触点B的一端电连接，所述左触点B的另一端与所述可充电电池电连接，所述右触点C的一端与所述可充电电池电连接，所述右触点的另一端与所述降压电路电连接，所述降压电路与所述USB接口电连接。
在所述倾角开关的输入端与输出端之间设有一个按钮开关(图中未示出)。按钮按钮开关的作用在于短路倾角开关。当助力车在平地行驶而可充电电池的电量不足的时候，倾角开关并不起作用，这时候可以将开关A拨动到左触点B，使可充电电池处在充电状态，然后利用按钮开关短路倾角开关，然后通过骑行助力车，为可充电电池充电，以便于给手机等智能设备充电。
其中，所述降压电路包括整流模块、低功耗模块以及直流降压模块，所述整流模块包括电容C6、电阻R4和全波整流单元BD1，所述低功耗模块包括双向可控硅U3、二极管D2、电阻R5、稳压管ZD1和极性电容C7，所述直流降压模块电阻R6、稳压管ZD2以及极性电容C8，所述电容C6与电阻R4并联后与全波整流单元BD1的输入端电连接，所述全波整流单元BD1的输出端与双向可控硅U3的主电极T1电连接，所述双向可控硅U3的主电极T2接地，所述双向可控硅U3的主电极T1与二极管D2的正极电连接，所述二极管D2的负极通过电阻R5与稳压管ZD1的负极电连接，所述稳压管ZD1的正极与双向可控硅U3的控制极G电连接，所述极性电容C7的负极接地，所述极性电容C7的正极与二极管D2的负极电连接，所述稳压管ZD2的正极和极性电容C8的负极均接地，所述稳压管ZD2的负极和极性电容C8的正极均通过电阻R6与所述二极管D2的负极电连接。
本降压电路的工作过程如下：
经整流模块输出一个直流电源，其电压是由低功耗模块决定的，低功耗模块的二极管D2起隔离作用，VCC1不会因为整流模块的直流输出的电压瞬间下降而下降，稳定了VCC1的输出。VCC1输出串接一个电阻5后到稳压管ZD1的负极，当VCC1输出高于稳压管ZD1的稳压值时，稳压管ZD1被击穿，电流进入双向可控硅U3的控制极G，使得双向可控硅U3的主电极T1、主电极T2导通，双向可控硅U3导通后，相当于电容C6并联于相线L、N两端，直流输出端的电流，电压受到限制，整个电路有功功率也受到限制。直流降压模块提供一个由稳压管ZD2决定的限制电流的电压。在VCC2输出端串接一个电阻R6，再接入稳压管ZD2，那么，稳压管ZD2的电流值Izd2＝(VCC-Vzd2)/R6。在应用时可根据VCC2、Vzd2和USB接口的负载大少可计算出最合适的电阻R6的值，从而有效限制降压电路的待机功耗。
实施例三：
如图1以及图4所示，一种助步车电源系统，包括太阳能电池板、轮毂发电机、可充电电池、稳压电路、升压电路、降压电路和USB接口，还包括倾角开关和开关切换电路，所述太阳能电池板与所述轮毂发电机串联连接，所述轮毂发电机的输出端与倾角开关电连接，所述倾角开关与所述稳压电路电连接，所述稳压电路与所述升压电路电连接，所述开关切换电路包括一个可左右拨动的开关A、左触点B和右触点C，所述升压电路与左触点B的一端电连接，所述左触点B的另一端与所述可充电电池电连接，所述右触点C的一端与所述可充电电池电连接，所述右触点的另一端与所述降压电路电连接，所述降压电路与所述USB接口电连接。
在所述倾角开关的输入端与输出端之间设有一个按钮开关D。按钮按钮开关的作用在于短路倾角开关。当助力车在平地行驶而可充电电池的电量不足的时候，倾角开关并不起作用，这时候可以将开关A拨动到左触点B，使可充电电池处在充电状态，然后利用按钮开关D短路倾角开关，然后通过骑行助力车，为可充电电池充电，以便于给手机等智能设备充电。
其中，所述降压电路包括整流模块、低功耗模块以及直流降压模块，所述整流模块包括电容C6、电阻R4和全波整流单元BD1，所述低功耗模块包括双向可控硅U3、二极管D2、电阻R5、稳压管ZD1和极性电容C7，所述直流降压模块电阻R6、稳压管ZD2以及极性电容C8，所述电容C6与电阻R4并联后与全波整流单元BD1的输入端电连接，所述全波整流单元BD1的输出端与双向可控硅U3的主电极T1电连接，所述双向可控硅U3的主电极T2接地，所述双向可控硅U3的主电极T1与二极管D2的正极电连接，所述二极管D2的负极通过电阻R5与稳压管ZD1的负极电连接，所述稳压管ZD1的正极与双向可控硅U3的控制极G电连接，所述极性电容C7的负极接地，所述极性电容C7的正极与二极管D2的负极电连接，所述稳压管ZD2的正极和极性电容C8的负极均接地，所述稳压管ZD2的负极和极性电容C8的正极均通过电阻R6与所述二极管D2的负极电连接。
USB接口可以具有多个，相应的，在所述降压电路中，所述电阻R6将改由不同阻值的电阻并联构成，并且可以自由选择其中一个阻值的电阻。根据USB接口数量的不同，以及USB接口输出电流的不同，通过选择开关切换选择不同阻值电阻，可以使的本发明所述的一种助力车电源系统更具适应性，可以满足不同类型智能设备的充电需求，为智能设备快速的充电。
综上所述，本发明公开了一种助力车电源系统，其所取得有益技术效果包括：
1、通过太阳能电池板和轮毂发动机，调节倾角开关的预设阈值，当助力车在一定坡度的斜坡行驶时，可以利用其自身的势能为可充电电池充电。将太阳能电池板和轮毂发电机结合起来，能够提高可充电电池的续航能力，为人们的出行提供方便；
2、由于降压电路可以根据USB接口负载的大小选择合适的输出电流值，进而限制降压电路的待机功耗，可以更好地节省可充电电池的电量。
3、升压电路为自举升压电路，其结构简单、元器件使用量少，仅使用多个NMOS管和PMOS管组成，结合电容实现了提高输出电压的目的，因此具有体积小、成本低和性能稳定的优点。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置,例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种助步车电源系统，包括太阳能电池板、轮毂发电机、可充电电池、稳压电路、升压电路、降压电路和USB接口，其特征在于，还包括倾角开关和开关切换电路，所述太阳能电池板与所述轮毂发电机串联连接，所述轮毂发电机的输出端与倾角开关电连接，所述倾角开关与所述稳压电路电连接，所述稳压电路与所述升压电路电连接，所述开关切换电路包括一个可左右拨动的开关、左触点和右触点，所述升压电路与左触点的一端电连接，所述左触点的另一端与所述可充电电池电连接，所述右触点的一端与所述可充电电池电连接，所述右触点的另一端与所述降压电路电连接，所述降压电路与所述USB接口电连接。
2.根据权利要求1所述的一种助步车电源系统，其特征在于，所述稳压电路包括：稳压器U1、基准电压比较器U2、二极管D1、限流电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、滤波电容C1、充电电容C2、极性电容C3和滤波电容C4，所述二极管D1的阳极与所述倾角开关电连接，所述二极管D1的阴极分别电连接所述稳压器U1的电压输入引脚和所述滤波电容C1的一端，所述稳压器U1的电压输出引脚分别电连接所述限流电阻R1的一端、所述分压电阻R2的一端、所述极性电容C3的正极和所述滤波电容C4的一端，所述稳压器U1的电压调节引脚分别电连接所述充电电容C2的一端、所述限流电阻R1的另一端和所述基准电压比较器U2的阴极，所述滤波电容C1的另一端分别电连接所述充电电容C2的另一端、所述基准电压比较器U2的阳极、所述分压电阻R3的一端、所述极性电容C3的负极和所述滤波电容C4的另一端并接地，所述基准电压比较器U2的反馈端分别电连接所述分压电阻R2的另一端和所述分压电阻R3的另一端，所述分压电阻R2的一端与所述升压电路电连接。
3.根据权利要求2所述的一种助步车电源系统，其特征在于，所述升压电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7、输入端IN、输出端OUT和电容C5，所述MOS管Q1的源极电连接所述MOS管Q3的源极和电源VCC，所述MOS管Q1的栅极电连接所述输入端IN、MOS管Q2的栅极、MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极、MOS管Q6的栅极和MOS管Q7的栅极，所述MOS管Q1的漏极电连接所述电容C5和MOS管Q2的漏极，所述电容C5的另一端电连接所述MOS管Q3的源极、MOS管Q4的源极和MOS管Q6的源极，所述MOS管Q3的栅极电连接所述MOS管Q4的漏极和MOS管Q5的漏极，所述MOS管Q5的源极接地，所述MOS管Q7的源极接地，所述MOS管Q6的漏极电连接所述MOS管Q7的漏极和输出端OUT，所述输入端IN电连接所述分压电阻R2的一端，所述输出端OUT电连接所述左触点的一端。
4.根据权利要求3所述的一种助步车电源系统，其特征在于，还包括电量检测电路，所述电量检测电路电连接在所述可充电电池的输出端，用于检测所述可充电电池的电量。
5.根据权利要求1所述的一种助步车电源系统，其特征在于，所述倾角开关的输入端与输出端之间设有一个按钮开关。
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