CN1209255C - 电动自行车能量再生充电*** - Google Patents

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Abstract

本发明针对目前电动自行车一次充电行驶里程较低，以及车辆刹车及下坡时能量损失的情况，提出了一种电动自行车能量再生充电***，包括电机、蓄电池，在电机和蓄电池之间还设置有一驱动控制器。本发明对现有电动自行车硬件结构不作大的改动的前提下，采用驱动控制器对的电机进行控制，除了电动机驱动功能外，在车辆刹车和下坡时，使电机工作于再生制动状态，对制动损失能量进行回收并存储在蓄电池中，实现对蓄电池的短时充电，达到提高电动自行车一次充电行驶里程和节省能源，同时还降低了刹车噪音。本发明对于不同电机、蓄电池，以及控制器功率器件的车辆上都可以实现，具有极大的应用价值，易于产业化生产。

Description

电动自行车能量再生充电***
技术领域
本发明属于电动自行车驱动控制技术领域，涉及可以应用于电动三轮车、电动摩托车等电动车辆驱动控制，特别涉及一种电动自行车能量再生充电***。
背景技术
目前，电动自行车驱动***由蓄电池、电机及其控制器组成，利用车辆配备的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，此时必须给蓄电池充电。由于铅酸电池能量密度不高，所以车辆一次充电行驶里程较低，多则50km-70km，少则20km-30km。
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充电***，在车辆刹车和下坡时，驱动控制器使电机工作于再生制动状态，并把再生制动所产生的电能回馈并储存在动力蓄电池中，实现对蓄电池的短时充电。
实现上述发明目的的解决方案是，电动自行车能量再生充电***，包括电动机、蓄电池，及驱动控制器。对于永磁无刷直流电动机，驱动控制器功率部分为三相逆变桥，三相桥臂的公共端分别与蓄电池的正、负机相连，三相桥臂的中点分别与永磁无刷直流电动机的三相绕组相连；对于永磁有刷直流电动机，其驱动控制器功率部分为半桥结构，半桥的上、下两端分别与蓄电池的正、负机相连，半桥的中点与永磁有刷直流电动机的绕组相连。电机的再生制动所回收的电能通过驱动控制器对蓄电池进行充电。
本发明对于采用不同电机、蓄电池，以及驱动控制器功率器件的电动自行车均适用。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；驱动控制器的功率器件可采用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)。
本发明可以提高电动自行车一次充电行驶里程，并节省能源，提高电动自行车技术含量，增强市场竞争力；本发明对现有电动自行车驱动***的硬件不作大的改动，对于不同电机、蓄电池，以及控制器功率器件的车辆上都可以实现，具有极大的应用价值，易于产业化生产
附图说明
图1是电动自行车驱动***原理图，***由蓄电池、电机，以及驱动控制器组成；
图2是电机工作于驱动状态时的***原理图，蓄电池提供电机运行所需电能，电流方向如图中箭头所示；
图3是能量再生充电状态时的***原理图，此时电机再生制动产生的电能回馈并存储于蓄电池中，实现对蓄电池的能量再生充电，电流方向如图中箭头所示；
图4是采用铅酸蓄电池、永磁无刷直流电机，以及驱动控制器功率器件采用IGBT的电动自行车驱动***；
图5是永磁无刷直流电机处于驱动状态下的电流方向；
图6是永磁无刷直流电机再生制动状态下，当功率器件VT4导通时的电流方向；
图7是永磁无刷直流电机再生制动状态下，当VT4关断时的电流方向；
图8是永磁有刷直流电机再生制动状态下，当功率器件VT2导通时的电流方向；
图9是永磁有刷直流电机再生制动状态下，当VT2关断时的电流方向。
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。
参见图1～3。依照本发明的技术方案，再生充电***包括电机、蓄电池，在电机和蓄电池之间还设置有一驱动控制器。
电动自行车需要制动的场合主要有两种：将车速从高速降至低速，以及下坡时限速。制动时，本发明调节驱动控制器功率器件的开关动作，利用电机绕组电感的升压作用形成升压斩波，使电机绕组反电势在低于电池端电压的情况下仍能向电池充电，并根据电机转速调节功率器件导通时间和关断时间的比值，达到调整充电电压的目的。
本发明对现有电动自行车驱动***在硬件上不作大的改动，如图1所示。
车辆正常行驶时，电机工作于驱动方式，蓄电池提供电机运行所需电能，电流方向如图2所示。
车辆刹车时，驱动控制器使电机工作于再生制动状态，并将电机再生制动所产生电能回馈并储存在蓄电池中，实现蓄电池的短时充电，电流方向如图3所示。
实施例1：
对于电机采用永磁无刷直流电机，动力蓄电池采用铅酸蓄电池，驱动控制器功率器件采用IGBT的电动自行车，其驱动控制***如附图4所示，其驱动和制动情况下功率器件的调节方式如表一所示，其中1表示功率器件处于常通状态，0代表功率器件处于常断状态，s代表功率器件处于PWM(脉宽调制)状态。
表一
转子位置状态                     驱    动                    制    动
   VT1    VT3    VT5    VT2    VT4    VT6    VT1    VT3    VT5    VT2    VT4    VT6
1    1    0    0    0    0    s    0    0    0    0    s    0
2    1    0    0    s    0    0    0    0    0    0    s    0
    3     0     1     0     s     0     0     0     0     0     0     0     s
    4     0     1     0     0     s     0     0     0     0     0     0     s
    5     0     0     1     0     s     0     0     0     0     s     0     0
    6     0     0     1     0     0     s     0     0     0     s     0     0
电机工作于驱动状态，且转子状态为1时的电流方向如附图5所示；制动时，且转子状态为1时，当功率开关VT4处于导通状态下的电流方向如附图6所示；制动时，且转子状态为1时，当功率开关VT4处于关断状态下的电流方向如附图7所示。在电机绕组反电动势作用下，当VT4导通，由于回路电阻很小，电流很快上升；当VT4关断时，由于电机绕组电感的作用，二极管VD1导通，完成对铅酸蓄电池的能量再生充电过程。
实施例2：
对于电机采用永磁有刷直流电机，蓄电池采用锂离子蓄电池，驱动控制器功率器件采用MOSFET的电动自行车，其能量再生充电过程如图8和图9所示。
如图8所示，当VT2导通时，在电机绕组反电动势作用下，由于回路电阻很小，电流很快上升；当VT2关断时，由于电机绕组电感的作用，二极管VD1导通，完成对锂离子蓄电池的能量再生充电过程。
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。

Claims (3)

1.一种电动自行车能量再生充电***，包括电动机、蓄电池，及驱动控制器，其特征在于：在电动机和动力蓄电池之间还设置有驱动控制器，对于永磁无刷直流电动机，驱动控制器功率部分为三相逆变桥，其中功率器件VT1和VT4、VT3和VT6，VT2和VT5分别组成3个驱动半桥，共同构成三相逆变桥，三相桥臂的上下公共端分别与蓄电池的正、负机相连；三相桥臂的中点，即VT1和VT4、VT3和VT6，VT2和VT5的中间分别与永磁无刷直流电动机的三相绕组相连；对于永磁有刷直流电动机，其驱动控制器功率部分为半桥结构，半桥由两个功率器件VT1和VT2组成，半桥的上、下两端分别与蓄电池的正、负机相连，半桥的中点与永磁有刷直流电动机的绕组相连，对电机进行驱动、再生制动，并将所回收的电能直接对蓄电池进行充电。
2.如权利要求1所述的电动自行车能量再生充电装置，其特征在于，所述功率器件采用功率晶体管GTR或金属—氧化物—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或电力晶体管。
3.如权利要求1所述的电动自行车能量再生充电装置，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。
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