CN1473726A - 电动自行车能量再生辅助电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动自行车能量再生辅助电源，包括电机、主蓄电池，还包括一另外设置的辅助电池，辅助电池与主蓄电池并联，在电机和主蓄电池之间还连接有一驱动控制器，驱动控制器功率部分对于永磁无刷直流电机是三相逆变桥，对于永磁有刷直流电机，其功率部分是半桥结构；主蓄电池与驱动控制器通过开关S1连接，辅助电池与驱动控制器通过开关S2连接，电机再生制动所回收的电能通过驱动控制器对辅助电池进行充电。因此不需经过DC/DC降压，由于辅助设备功耗较小，因此利用电机的再生制动基本上可以满足辅助电池的充电。本发明节省了驱动系统中的DC/DC降压装置，另外由于使再生制动回馈能量得到了有效利用，因此也提高电动自行车一次充电行驶里程。

Description

电动自行车能量再生辅助电源
一、所属技术领域
本发明属于电动自行车驱动控制技术领域，进一步可以应用于电动三轮车、电动摩托车等电动车辆驱动控制领域。涉及一种电动自行车能量再生辅助电源。
二、背景技术
目前，电动自行车驱动控制系统由蓄电池、电机及驱动控制器组成。蓄电池同时向电机和辅助设备提供能源，例如灯、传感器，以及控制器所需电源，利用专用充电器对蓄电池进行充电，蓄电池多采用免维护铅酸蓄电池或镍氢电池等。车辆行驶一定距离后，蓄电池电压下降到一定的下限值时给蓄电池充电。由于辅助设备工作电压低于电机额定电压，蓄电池电压按电机所需电压配置，因此蓄电池需经过DC/DC降压后供给辅助设备，如图1所示。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种电动自行车能量再生辅助电源，其特点在于：除了提供电机运行所需能源的主电池之外，还设置了一个辅助电池以及由开关S1和S2组成的接口电路。
本发明的特点还在于：辅助电池是在车辆刹车和下坡时，利用电机的再生制动所回收的电能进行充电。
主电池与驱动控制器通过开关S1连接，辅助电池与驱动控制器通过开关S2连接，辅助电池与辅助设备直接连接。主电池提供电机运行所需能源，其电压按电机额定电压配置；辅助电池电压按辅助设备工作电压选取，因此不需要经过DC/DC降压，直接向辅助设备供电。
车辆正常运行时，开关S1导通，开关S2关断，主电池通过S1和驱动控制器提供电机运行所需能源，辅助电池直接向辅助设备供电。
车辆制动时，使开关S1关断，开关S2导通，如图4所示。此时，由于车辆制动，不需要主电池向电机供电，同时电机工作于发电机工况，电机再生能量通过开关S2被辅助电池回收，并向辅助设备供电。另外，开关S1关断，切断主电池和电机的电气联系，保证回馈能量给辅助电池充电。
由于辅助设备功耗较小，因此电机的再生制动基本上可以满足辅助电池的充电，这样就不需另外配备专用充电器。驱动控制器在电动自行车正常行驶时，利用动力蓄电池中的电能驱动电机，进而驱动自行车前进；在车辆刹车和下坡时，使电机工作于发电机工况，将自行车行驶时的动能和下坡时的重力势能损失转化为电能并储存在辅助蓄电池中，提供辅助设备所需能源。
本发明可以节省驱动系统中的DC/DC降压装置，由于小容量铅酸蓄电池价格低廉，因此降低了车辆成本；由于使再生制动回馈的能量得到了有效利用，因此在提高电动自行车一次充电行驶里程的同时，也节省能源；另外，由于采用了电机的再生制动，因此减少了机械刹车部分的磨损，延长了电动自行车的寿命，同时刹车噪音也有所降低；提高电动自行车技术含量，增强市场竞争力。
四、附图说明
图1是电动自行车驱动系统原理图；
图2是带有辅助电源的电动自行车驱动系统原理图；
图3是电动自行车处于正常工作状态时的电流方向示意图；
图4是电动自行车处于再生制动时的电流方向示意图；
图5是永磁无刷直流电机再生制动状态下功率器关断时的电流方向示意图；
图6是永磁无刷直流电机再生制动状态下功率器导通时的电流方向示意图。
五、具体实施方式
以下结合附图和发明人给出的实施例。对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种新型的电动自行车能源储存方式，即主电池提供电机运行所需能源，其电压按电机额定电压配置；另配置一辅助蓄电池，该电池电压按辅助设备工作电压选取，因此不需要经过DC/DC降压，直接向辅助设备供电，如图2所示。
由于辅助设备功耗较小，因此电机的再生制动基本上可以满足辅助电池的充电，这样就不需另外配备专用充电器。驱动控制器在电动自行车正常行驶时，利用动力蓄电池中的电能驱动电机，进而驱动自行车前进；在车辆刹车和下坡时，使电机工作于发电机工况，将自行车行驶时的动能和下坡时的重力势能损失转化为电能并储存在辅助蓄电池中，提供辅助设备所需能源。
本发明对于采用多种电机、蓄电池、驱动控制器功率器件的电动自行车都适用。电机包括永磁无刷直流电机、永磁有刷直流电机；蓄电池包括铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢蓄电池；驱动控制器功率器件可采用GTR(功率晶体管)、MOSFET(金属-氧化物-半导体型场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、GTO(门极关断晶闸管)。
车辆正常工作时，开关S1导通，开关S2关断，如图3所示。此时，主电池通过开关S1向电机供电，辅助电池单独向辅助设备供电，两者之间没有电气连接；
车辆制动时，使开关S1关断，开关S2导通，如图4所示。此时，由于车辆制动，不需要主电池向电机供电，同时电机工作于发电机工况，电机再生能量通过开关S2被辅助电池回收，并向辅助设备供电。另外，开关S1关断，切断主电池和电机的电气联系，保证回馈能量给辅助电池充电。
实施例：
电机采用3相永磁无刷直流电机，动力蓄电池采用铅酸蓄电池，驱动控制器功率器件采用IGBT，开关S1和S2采用继电器的电动自行车，处于再生制动某一时刻时的电流方向如图5、6所示。
图中，Ub1代表主电池电压，Ub2代表辅助电池电压，S1、S2为继电器，VT1～6代表电机控制器的6个功率开关，VD1～6表示和功率开关反并联的6个二极管。
在车辆运行的任一时刻，各功率开关的开、关状态决定于此时的电机转子位置，附图5所示为当车辆制动，且功率开关4处于导通状态下的电流方向，此时由于电机转子绕组反电动势的存在使回路电流上升；当功率开关4关断时，由于绕组电感的存在，使二极管VD1导通，电流方向如附图7所示，通过开关S2向辅助电池充电。

Claims (4)

1.一种电动自行车能量再生辅助电源，包括电机、主蓄电池，其特征在于，还包括一另外设置的辅助电池，辅助电池与主蓄电池并联，在电机和主蓄电池之间还连接有一驱动控制器，驱动控制器功率部分对于永磁无刷直流电机是三相逆变桥，对于永磁有刷直流电机，其功率部分是半桥结构；
主蓄电池与驱动控制器通过开关S1连接，辅助电池与驱动控制器通过开关S2连接，电机再生制动所回收的电能通过驱动控制器对辅助电池进行充电。
2.如权利要求1所述的电动自行车能量再生辅助电源，其特征在于，所述功率器件采用功率晶体管GTR或金属一氧化物一半导体型场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT或门极关断晶闸管GTO。
3.如权利要求1所述的电动自行车能量再生辅助电源，其特征在于，所述蓄电池是铅酸蓄电池或锂离子电池或镍氢蓄电池。
4.如权利要求1所述的电动自行车能量再生辅助电源，其特征在于，所述电机是永磁无刷直流电机或永磁有刷直流电机。
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