CN112549967B - 一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，涉及控制电动自行车运行技术领域，所述电流补偿模块主要由电容性元器件构成，当所述电源模块电压小于正常电压时，所述控制器进入欠压保护状态并停止工作；通过人为的按键切换至双欠压模式，解除欠压保护，电流补偿模块向所述电源模块放电，所述控制器处于工作状态并重新控制电机；故障状态下，给所述电机固定的占空比，使所述电机低速运行，本发明的有益效果为：在传统欠压保护模式下增加了双欠压模式，避免了在电动车行驶过程中遇到电动车欠压无法继续行驶的情况；通过双欠压模式下电机低速运行，使电动车在低压故障情况下更人性化，节约了驾驶人的时间成本。

Description

一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统

技术领域

本发明涉及控制电动自行车运行技术领域，更具体地讲，涉及一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统。

背景技术

随着人交通行业发展，人们的出行有了多种选择，电动自行车由于其方便快捷和高性价比成为人们外出办公，日常通勤的首选方式之一；与此同时，随着物流业发展，越来越多人成为快递员外卖员，电动自行车成为了他们日常出行工具。为了不断满足大量的快递运输，外卖运送任务，电动自行车的续航能力以及故障应急机制显得格外重要。由于，电动自行车线路上器件的发热量的变化和线路电压的变化成反比，因此电压下降的越厉害，线路上器件发热量就越大，可能会导致起火等事故；再加上蓄电池是不可以过度放电的，因此线路有必要设置一个临界电压，当电压下降到临界电压的时候，通过继电保护等类似功能的器件，将这条线路切断，保证整条回路上的器件安全，这就是欠压保护。目前市场上电动自行车都设置了防过放电的保护电路，以保护电动车的安全使用。

传统市场上应用的欠压保护机制仅包括当被保护线路的电源电压低于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通。这种单一的保护形式在一定程度上保证了电动车的使用寿命和线路上器件的安全。

本发明根据现有的单一的欠压保护技术的不足，提出一种更加人性化的方法即一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，在欠压状态下，进入双欠压模式，通过电流补偿的方式使电机低速运行，避免电机突然停止运行而造成的危害。该系统旨在保护电动车内部器件安全的同时也考虑到驾驶员的时间成本。

发明内容

本发明提供一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，以解决现有的欠压保护机制中忽视驾驶员行驶过程中如遇到电源电压降至临界电压，保护器切断线路后该如何善后的问题。

本发明提供一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，包括电流补偿模块，电源模块，控制器，电机。

所述电流补偿模块和所述电源模块相连，用于当所述电源模块欠压，所述控制器处于欠压保护状态时，电流补偿模块作为备用电源向所述电源模块放电；当所述电源模块电压为正常电压，电动车正常运行时，所述电源模块向所述电流补偿模块充电；

所述控制器和所述电源模块相连，用于当电动车行驶时所述电源模块通过所述控制器向所述电机供电，驱动其正常运行；

所述控制器和所述电机相连，用于控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件。

可选地，所述电流补偿模块由电容性元件组成如超级电容器等，实现在所述电源模块欠压时作为备用电源向其短暂充电；

可选地，所述电流补偿模块与所述电源模块通过按键连接，实现在所述电源模块被欠压保护，所述控制器为欠压保护状态时通过按键切换至双欠压模式，使所述电流补偿模块作为备用电源向其短暂充电。

本发明提供了一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，其控制流程包括：

步骤1：若电流补偿模块未满电，则电源模块向电流补偿模块充电；当所述电源模块电压小于正常欠压状态42V时，所述控制器进入欠压保护状态，所述控制器停止工作，所述电机停止运转；

步骤2：通过按键切换至双欠压模式，所述控制器解除欠压保护状态，此时双欠压保护为38V；

步骤3：所述控制器跳出正常欠压保护状态，所述电流补偿模块作为备用电源向所述电源模块放电；

步骤4：在低压的状态下，所述电源模块通过所述控制器给所述电机固定的占空比，控制电机低速运转，驱动电动车短暂运行。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明在传统欠压保护模式下增加了双欠压模式，避免了在电动车行驶过程中遇到电动车欠压无法继续行驶的情况。

2、本发明通过双欠压模式下电机低速运行，使电动车在低压故障情况下更人性化，节约了驾驶人的时间成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例中双欠压模式下的无刷直流电机系统；

图2为本发明实施例中双欠压模式下无刷直流电机控制流程图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，包括：电流补偿模块，电源模块，控制器，电机；

其中，所述电流补偿模块用于在所述电源模块欠压，所述控制器被欠压保护时向所述电源模块供电，所述电流补偿模块由电容性元器件组成，通常由多个电容串联而成，还包括电容充电器和备用控制器IC。该模块可以对多达四个串联电容进行充电，平衡和保护。其内部还包含一个非常精确的14位内部测量ADC，可监控输入，输出和电容电压和电流。

其中，所述电源模块与所述控制器相连接给所述电机供电。所述电源模块通常指铅蓄电池，通常为48V。所述控制器采用双闭环控制系统，无刷直流电机为转速/电流双闭环，由于电流环存在，可以实现对电流的限幅，即可以保护电动车在处于各种正常运行情况下最大电流输出值不会超出设定的电流限幅值，实现自动限流，这样在任何运行情况下，蓄电池均不会出现超过设定值电流的放电过程，保证了蓄电池的安全。

其中，所述控制器模块与所述电机相连。所述控制器模块用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件。目前无刷控制器普遍采用PWM方式，所述控制器内部必须具有PWM发生器电路，另外还有电源电路、功率器件、功率器件驱动电路、控制部件(转把、制动把、电动机霍尔元件等)信号的采集与处理电路、过电流与欠电压等保护电路。将所述控制器上电源线，电门锁线，三相电机线连接，再接仪表线和转把线，最后接上控制器和电机的霍尔插头，接上电源线，对插上棕色学习线，打开电源锁，所述电机正常运转。

如图2所示，本发明提供了一种基于双欠压的无刷直流电机控制流程，包括：

步骤S1：电动车正常运行，判断所述电源模块电压是否小于正常运行电压；

步骤S2：若所述电源模块电压正常则电动车正常运行，若电流补偿模块未满电，则所述电源模块向所述电流补偿模块充电；若所述电源模块电压小于正常值，则所述电源模块欠压，所述控制器进入欠压保护状态，所述电机停止工作；

步骤S3：所述电源欠压，驾驶员通过按键进入双欠压模式，所述控制器跳出低压保护状态；

步骤S4：双欠压模式下，所述电流补偿模块作为备用电源向所述电源模块放电；

步骤S5：低压状态下，所述电源模块通过所述控制器给所述电机一个固定的占空比，驱动所述电机低速短暂运行至维修点。

其中，所述步骤S1中电动车在运行过程中，通过在车头仪表盘显示所述电源模块电量大小，市场上电动车电量显示方式有指针式的、LED灯显示的，还有电子显示的都是依据所述电池模块电压情况反馈显示的。应用较为普遍的为指针式的电量显示方式，当行驶中指针在绿色区域范围内说明有电，在黄色区域说明电力不足，在红色区域则进入正常欠压状态。

其中，所述步骤S2中所述电流补偿模块由电容性元器件组成，所述电容性元器件的充电过程即是电容器存储电荷的过程，当电容器与直流电源接通后，与电源正极相连的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下，向与电源负极相连的金属极板跑去，使得与电源正极相连的金属极板失去电荷带正电，与电源负极相连的金属极板得到电荷带负电，电容器开始充电。

其中，所述步骤S3中双欠压模式指当所述电源模块欠压，所述控制器进入欠压保护状态时，人为的通过按键解除欠压保护状态，使6个开关管恢复工作。

其中，所述步骤S4中所述电流补偿模块向电源模块放电过程指的是电容器释放存储电荷的过程，当充电完毕的电容器位于一个无电源的闭合通路中时，带负电的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下，向带正电的金属极板上进行移动，使得正负电荷中和掉，电容器开始放电。

其中，所述步骤S5中所述控制器给所述电机一个较小的占空比是指在实际应用中，电动车通常使用PWM技术即脉宽调制技术，指在频率不变的情况下通过调整功率开关的占空比来实现调压调速，通常情况下上半桥臂工作于PWM状态，下半桥臂工作于常通状态。

Claims (5)

1.一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，其特征在于，包括：电流补偿模块，电源模块，控制器，电机；

所述电流补偿模块和所述电源模块相连，用于当所述电源模块欠压，所述控制器处于欠压保护状态时，电流补偿模块作为备用电源向所述电源模块放电；当所述电源模块电压为正常电压，电动车正常运行时，所述电源模块向所述电流补偿模块充电，所述电流补偿模块由多个电容串联而成，还包括电容充电器和备用控制器IC；

所述控制器和所述电源模块相连，用于当电动车行驶时所述电源模块通过所述控制器向所述电机供电，驱动其正常运行；

所述控制器和所述电机相连，用于控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件。

2.根据权利要求1所述的一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述电流补偿模块为超级电容器，实现在所述电源模块欠压时作为备用电源向其短暂充电。

3.根据权利要求1所述的一种基于双欠压的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述电流补偿模块与所述电源模块通过按键连接，实现在所述电源模块被欠压保护，所述控制器为欠压保护状态时通过按键切换至双欠压模式，使所述电流补偿模块作为备用电源向其短暂充电。

4.一种基于双欠压的无刷直流电机控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：当电源模块电压小于正常电压时，控制器进入欠压保护状态，控制器停止工作，电机停止运转；

步骤2：通过按键切换至双欠压模式，电流补偿模块作为备用电源向所述电源模块供电，所述控制器解除欠压保护状态；

步骤3：所述控制器跳出欠压保护状态，所述电源模块通过所述控制器控制电机运转；

步骤4：在低压的状态下，给所述电机较小的占空比，驱动所述电机短暂运行。

5.根据权利要求4所述的一种基于双欠压的无刷直流电机控制方法，其特征在于，步骤2中，当所述电源模块欠压，所述控制器进入欠压保护状态时，人为通过按键解除欠压保护模式，使所述电流补偿模块向所述电源模块供电，所述控制器恢复工作，低压情况下，给电机一个较小的占空比，驱动电动车低速运行至维修点。

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