森普利电动自行车缓速充电控制器研究

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1、电动自行车用缓速充电控制器研究河北科技大学北京自强发科技有限公司李斌教授一、引言引言电动自行车控制器全称应为电动自行车无刷直流电机控制器，作为电动自行车的三大主要部件（电机、控制器、电池）之一，技术含量高，控制策略多，对整车性能影响大。电动自行车的起动性能、运行性能、刹车性能、续行里程等与控制器直接相关。控制器的基本功能是接收调速把和刹闸的指令，完成对电机的控制。如速度快慢调整、1:1助力运行或刹车断电滑行等。电动自行车作为代步工具，替代自行车或摩托车。正常骑行速度为20km/h，高速可达30k

2、m/h。在城市交通拥挤的情况下或山区大量下坡路况下，需要频繁刹车。在高速行驶时电动自行车的刹车安全性存在隐患。频繁刹车或大量下坡既磨损刹车系统，也浪费了大量能量。电动自行车的电机和控制器已经具备了基本的蓄能条件，我们研制的森普利缓速充电控制器在原有控制器的基础上，不增加任何其他器件，只是将原有器件的耐压等级提高到反充电的要求，可以将大量的动能转化为电能反充到蓄电池组中。实验验证动能的回收率可达60%。森普利缓速充电控制器经大量实验研究设置了两档功能：缓速充电、缓刹刹车。缓速充电将高速下坡时的电动

3、自行车缓速到18Km/h，缓刹可将电动自行车缓刹到5Km/h以下，起到电刹作用。二、缓速充电控制器的基本原理缓速充电控制器的基本原理森普利缓速充电控制器利用自主研发的“泵升压”技术，将低速时的发电电压反冲到电池组中。电动自行车用无刷直流电机与其它工业用电机一样，既可以工作于电动状态，也可以工作于发电状态。当外力拖动电机（如下坡、滑行）转动时，电机工作于发电状态。其感应电动势E=CeΦn。Ce为电气系数，Φ为磁通量，n为电机转速。电机转动越快，感应电动势即发电电压越高。在正常情况下，即转速低于额定

4、转速时，所发电电压低于电池电压，形不成反充电电流。森普利缓速充电控制器利用电机绕组电感和现有的功率管MOSFET，通过计算机软件的特定控制方式，形成“电压泵”，将无刷直流电机发出的10V～48V的低压电“泵升压”为50V～60V左右的高压脉冲电，按照电池的脉冲充电原理，给电池充电。自动控制充电电流和充电终止电压，充满后自动终止充电。在电动自行车的正常骑行过程中，放电始终大于充电，所任何时候进行缓速或缓刹均有效。IU+E=4×××12VMMCUC①蓄电池组端电压U=E+I×RE蓄电池开路电压，I充

5、电电流，R蓄电池内阻②感应电动势Em=CeΦnCe为电气系数，Φ为磁通量，n为电机转速图1、缓速充电控制器内部结构原理如图1所示，只有满足①式才能实现可控充电。要满足①式，必须将满足②式的Em“泵升压”到Em≧U。三三三、三、、、森普利缓速充电控制器的主要特点森普利缓速充电控制器的主要特点⑴⑴⑴安全性⑴安全性装有森普利缓速充电控制器高速行驶的电动自行车，按下缓速(慢)或缓刹(快)按钮，电动自行车很快缓速或缓刹到5klm/h以下。由于缓速或缓刹的能量经充电泵功能反充到电池组中，不会增加电机的发热量

6、，不磨损机械刹车系统，安全性优于ABS或EABS。⑵⑵⑵增加电动自行车续行里程⑵增加电动自行车续行里程森普利缓速充电控制器利用其独特的充电泵功能，可以将低于额定速度以下电压泵升到60V～65V反充到蓄电池组中，所以任何速度下均可缓速充电，替代机械刹车，可以大大延长一次充电的续行里程。经我们多次测试试验，一般情况下，一次充电可延长行驶5～10km。⑶⑶⑶延长电池使用寿命⑶延长电池使用寿命1967年由美国科学家J．A．Mas提出了蓄电池充电的麦氏三定律，从而奠定了蓄电池充电的理论基础。其核心思想是在

7、电池充电前和充电过程中适时地加入放电脉冲，消除电池的极化电压。实践证明：与传统充电方式相比，采用脉冲去极化充电方式不但可以实现快充而且电池循环寿命会延长。森普利缓速控制器的充电泵功能所采用的充电方式正是脉冲去极化充电方式，而且在骑行过程中随时都可能缓速充电。平均可延长电池使用寿命30%。四四四、四、、、森普利缓速充电控制器的森普利缓速充电控制器的社会效益分析根据市场统计，消费者认同的电动自行车日常活动范围均值为22.72公里，其中以20公里的比例最高，最大活动范围为60公里。日行驶里程均值为20

8、.34，其中以20公里比例最高。（具体情况见表1）表1活动范围10km15km20km25km30km35km40km50km60km比率14.5%7.3%19.0%4.2%15.2%1.9%8.4%6.9%2.2%据国家电动自行车产品质量监督检验中心2009年统计，10年来电动自行车的社会保有量已经达到了6500万辆，年均增长43.2%。如全部安装森普利缓速充电控制器，按一次充电平均延长续行里程5km，平均延长电池寿命30％计算，节能10%，全国每年可节电4.68亿度。可减少铅酸蓄电池使用量3