專利名稱：鋰動(dòng)力電動(dòng)助力車電氣部分的設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明將聚合物鋰電池組應(yīng)用于電動(dòng)助力車，并結(jié)合原有的整車電氣線路進(jìn)行發(fā) 明設(shè)計(jì)，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電動(dòng)自行車作為經(jīng)濟(jì)、低耗、方便的短途交通工具，發(fā)展迅猛。經(jīng)過(guò)10年的高速增 長(zhǎng)，至2010年2月全國(guó)保有量已經(jīng)達(dá)到1. 2億。目前電動(dòng)自行車大多以鉛酸電池為主，占 總數(shù)的95%。鉛酸蓄電池報(bào)廢后需要回收，容易對(duì)環(huán)境形成二次污染。動(dòng)力電池目前主要集中在鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和液態(tài)鋰離子蓄電池、磷酸鐵 鋰上。但是鉛酸、鎳氫電池質(zhì)量大，能量密度小、環(huán)保效果差；液態(tài)鋰離子電池雖然能量密度 大、但安全性差，充放電管理也成為新問(wèn)題；磷酸鐵鋰電池材料的振實(shí)密度較小，等容量的 磷酸鐵鋰電池的體積比其它材料的大，價(jià)格比較昂貴，限制了這種鋰電材料在電動(dòng)助力車 上的應(yīng)用。聚合物鋰離子Lithium ion polymer Battery電池取得了迅猛發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)大功 率動(dòng)力電池提供了可能。以鋰電池為動(dòng)力電池的電動(dòng)車技術(shù)革命是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
電動(dòng)自行車是利用鉛酸蓄電池作為動(dòng)力能源，以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，采用無(wú) 刷電動(dòng)機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)制動(dòng)和調(diào)速控制。本發(fā)明以大陸鴿TDR318PZ型電動(dòng)車(16" /48V、 350W/48V無(wú)刷電機(jī))為例，將聚合物鋰電池組取代鉛酸蓄電池，研究解決鋰電池作為電動(dòng) 助力車電源應(yīng)用的一整套技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了十四組鋰電池的串聯(lián)充放電保護(hù)并結(jié)合原電動(dòng) 車控制線路進(jìn)行修改并增加高低速運(yùn)行轉(zhuǎn)換控制等功能。最終實(shí)現(xiàn)鋰動(dòng)力電動(dòng)車高速、遠(yuǎn) 距離行駛的目的。隨著能源的匱乏及全社會(huì)對(duì)環(huán)境污染的嚴(yán)格控制，研制節(jié)能環(huán)保型電動(dòng)車作為新 能源交通工具將具有深遠(yuǎn)意義。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是以鉛酸蓄電池大陸鴿DR318PZ型電 動(dòng)車(16" /48V、350W/48V無(wú)刷電機(jī))為基礎(chǔ)進(jìn)行整機(jī)改造。整個(gè)電氣系統(tǒng)由鋰電蓄電池 充電部分，充電過(guò)壓檢測(cè)、放電欠壓檢測(cè)、充電接口接觸不良保護(hù)電路、12V輔助電源、升壓 開(kāi)關(guān)電源、調(diào)速控制器和無(wú)刷電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。1、聚合物鋰離子電池組替換鉛酸蓄電池，提供電動(dòng)車的電能；2、鋰電池組的充電電路設(shè)計(jì)(包括充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路和充電過(guò)壓檢測(cè) 電路)；鋰電池充電與鉛酸電池不同，每塊鋰電板有嚴(yán)格的電壓控制要求Vm彡4. 2V，需要 設(shè)計(jì)充電專用開(kāi)關(guān)電源，還需要有過(guò)壓控制信號(hào)輸入電路，用于每塊鋰電池電板充電檢測(cè) 與控制；另外提供充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路，提供充電的可靠保護(hù)。3、電動(dòng)車行駛時(shí)鋰電池組的放電電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；
每塊鋰電板欠壓為42/14 = 3V，以防止鋰電池組低于42V電壓的過(guò)度放電使鋰電 池遭到損壞。4、+12V輔助電源的設(shè)計(jì)；VCC1+12V提供充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路的電源；還用于充電時(shí)過(guò)壓檢測(cè)電路 的電源；VCC2+12V在電動(dòng)車行駛時(shí)提供放電電壓檢測(cè)電路和調(diào)速控制器的電源；5、大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)；使電池組的電壓從51. 8V提升至60V，滿足電動(dòng)助力車高速行駛需要，行駛速度達(dá) 到低速為30km/h高速為40km/h，以滿足高速、遠(yuǎn)距離行駛需要。6、調(diào)速控制器的改動(dòng)；調(diào)速控制器接受各方控制信號(hào)如調(diào)速手柄、斷電閘把、放電欠壓控制信號(hào)等，一般 由驅(qū)動(dòng)電路PWM控制功率管的開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)方波占空比來(lái)得到不同的平均電壓，從而來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)于無(wú)刷電機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。本發(fā)明的有益效果是1、電池續(xù)航里程達(dá)到要求，充滿電后，最大續(xù)駛里程達(dá)到100km。2、速度也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，升速效果明顯。經(jīng)升壓型開(kāi)關(guān)電源升壓后供給電動(dòng)機(jī) 的是60V穩(wěn)定電壓，未升壓時(shí)鋰電池組提供電壓為51. 8V，由直流電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓成正比， 可以得知，速度能夠從30km提升為40km。提升效果明顯，能滿足遠(yuǎn)距離高速行駛需要。3、聚合物鋰電池替代鉛酸電池的成功應(yīng)用，解決了鉛酸電池的環(huán)境污染問(wèn)題，是 未來(lái)新能源的發(fā)展方向。
四

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。附圖1是鋰動(dòng)力電動(dòng)助力車系統(tǒng)框圖。附圖2是十四組鋰電池組串聯(lián)充電電路。附圖3是十四組鋰電池的充放電保護(hù)電路及插口接觸不良保護(hù)電路。附圖4是用于高速行駛的大電流型開(kāi)關(guān)電源的控制電路圖。
五具體實(shí)施例方式在圖1中，以鉛酸蓄電池大陸鴿DR318PZ型電動(dòng)車(16〃 /48V、350W/48V無(wú)刷電 機(jī))為基礎(chǔ)進(jìn)行整機(jī)改造。整個(gè)電氣系統(tǒng)由鋰電蓄電池充電部分，充電過(guò)壓檢測(cè)、放電欠壓 檢測(cè)、充電接口接觸不良保護(hù)電路、12V輔助電源、升壓開(kāi)關(guān)電源、調(diào)速控制器和無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 構(gòu)成。聚合物鋰離子電池組替換鉛酸蓄電池，提供電動(dòng)車的電能1. 1鋰電池組的充電電路(包括充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路和充電過(guò)壓檢測(cè)電 路)；①鋰電池組的充電電路由開(kāi)關(guān)電源提供，鋰電池充電與鉛酸電池不同，它有嚴(yán)格 的電壓控制要求Vm ^ 4. 2V,還需要有過(guò)壓控制信號(hào)輸入電路，故需要設(shè)計(jì)充電專用開(kāi)關(guān)電 源。②提供鋰電池組的充電過(guò)壓檢測(cè)電路，Vm = 4. 2V ；
③提供鋰電池組的放電欠壓檢測(cè)電路，Vm' = 3. OV ；④設(shè)計(jì)充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路，提供充電的可靠保護(hù)。1. 2電動(dòng)車行駛時(shí)鋰電池組的放電電壓檢測(cè)電路每塊鋰電板欠壓為3V，以防止 鋰電池組低于42V電壓的過(guò)度放電使鋰電池遭到損壞。VCC1+12V提供充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路的電源；還用于充電時(shí)過(guò)壓檢測(cè)電路 的電源；VCC2+12V在電動(dòng)車行駛時(shí)提供放電電壓檢測(cè)電路和調(diào)速控制器的電源；大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源使電池組的電壓從51. 8V提升至60V，滿足電動(dòng)助力車高 速行駛需要，行駛速度達(dá)到低速為30km/h高速為40km/h，以滿足高速、遠(yuǎn)距離行駛需要。1. 3調(diào)速控制器調(diào)速控制器接受各方控制信號(hào)如調(diào)速手柄、斷電閘把、放電欠壓控制信號(hào)等，一般 由驅(qū)動(dòng)電路PWM控制功率管的開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)方波占空比來(lái)得到不同的平均電壓，從而來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)于無(wú)刷電機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。在圖2中，鋰電池組充電接口的四根線1號(hào)線和4號(hào)線為直流電源和地線，3號(hào)線 提供輔助+12V電源，2號(hào)線為過(guò)壓控制信號(hào)線。當(dāng)鋰電池組充電電壓檢測(cè)過(guò)壓時(shí)，提供過(guò) 壓信號(hào)給充電器，停止充電。2. 1由UC3842構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源充電電路的設(shè)計(jì)220V交流電由C1、L1濾除電磁干擾，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rtl限流，再經(jīng)整流、 C2濾波，電阻R1、電位器RPl降壓后加到UC3842的供電端(⑦腳VCC)，為UC3842提供啟動(dòng) 電壓，電路啟動(dòng)后變壓器的付繞組n2的整流濾波電壓為UC3842提供正常工作電壓；穩(wěn)壓過(guò)程如下當(dāng)直流輸出端電壓超過(guò)+60V時(shí)，經(jīng)過(guò)RPl、R23、D9，到比較器的正 相輸入端⑤腳，而⑥腳與基準(zhǔn)電源相連，當(dāng)⑤腳電壓高于⑥腳基準(zhǔn)電壓，比較放大器⑦腳輸 出高電平。光耦兩端的內(nèi)阻減小，UC3842的⑧腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，電流流過(guò)光耦，到 達(dá)反饋電壓輸入端②腳，如②腳電壓越高，驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，從而穩(wěn)定了輸出電壓。UC3842的⑥腳輸出的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOSFEF功率管，變壓器原邊繞組nl的能量傳 遞到付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負(fù)載使用。如原邊繞組n4提 供電源給風(fēng)扇電路，用于散熱。電阻R11、R12用于電流檢測(cè)，當(dāng)流過(guò)功率管Vl的電流增加， 則電阻R11、R12上電壓隨之增加，經(jīng)R9、C9濾濾后送入U(xiǎn)C3842的③腳，形成電流反饋環(huán)。所以由UC3842構(gòu)成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當(dāng)UC3842的③ 腳電壓高于IV時(shí)振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于過(guò)流而損壞。+12V直流電源的產(chǎn)生R25、V2、DW、C1組成+12V直流電壓，接到充電插口 3腳，提 供充電過(guò)壓檢測(cè)電路和放電欠壓檢測(cè)電路的電源。LED2用于鋰電池的充電指示燈。當(dāng)鋰電 池組充電電壓檢測(cè)過(guò)壓時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)D1，提供信號(hào)給比較放大器的正相輸入端⑤腳，從而停 止充電。在圖3中，十四串鋰電的充放電保護(hù)的可靠性將直接影響鋰電的壽命。鋰電池充 電與鉛酸電池不同，它有嚴(yán)格的電壓控制要求Vm <4. 2V，在充電時(shí)要增加過(guò)壓保護(hù)電路。 下圖是各組鋰電池的充電過(guò)壓檢測(cè)電路和放電時(shí)欠壓檢測(cè)電路。接點(diǎn)A是過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)， 輸出到電源充電接口 3腳。接點(diǎn)B是欠壓檢測(cè)信號(hào)，輸出到電動(dòng)車調(diào)速控制器的斷電閘把 控制點(diǎn)。3. 1鋰電池組充電過(guò)壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
鋰電池充電與鉛酸電池不同，它有嚴(yán)格的電壓控制要求Vm彡4. 2V，故充電過(guò)壓檢 測(cè)很重要。當(dāng)單節(jié)電壓超過(guò)4. 2V時(shí)產(chǎn)生過(guò)壓檢測(cè)信號(hào)。TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源，它的電壓設(shè)定在 2. 5V，當(dāng)運(yùn)放的同相輸入端電壓高于2. 5V時(shí)，比較放大器輸出高電平，驅(qū)動(dòng)光耦，光耦輸出 管內(nèi)阻下降，A點(diǎn)輸出高電平，R6的作用是是防止光耦的漏電流干擾影響。14組鋰電池各有過(guò)壓檢測(cè)電路，每組檢測(cè)電路相互獨(dú)立，每組地電位不相等，見(jiàn)圖
4-7，分別為0V、4V.......48V、52V。而光耦輸出端的電源采用+12V，地電位保持一致。即
光耦的作用是電平位移作用，將多組A點(diǎn)輸出信號(hào)相加，送到充電插口的③腳，即進(jìn)入開(kāi)關(guān) 電源的電壓比較電路，使充電開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓降低，保證每節(jié)鋰離子電池充電電壓不 超過(guò)4. 2V。其中二極管Dl起到對(duì)各處A點(diǎn)輸出信號(hào)進(jìn)行隔離的作用，當(dāng)一號(hào)組鋰電池出現(xiàn)過(guò) 壓時(shí)，比較放大器輸出高電平，一號(hào)組隔離二極管開(kāi)通，A點(diǎn)即為高電平，其它組隔離二極管 均反向截止，防止了其他組泄放電阻對(duì)A點(diǎn)的分流，使A點(diǎn)輸出信號(hào)電壓不足，過(guò)壓保護(hù)失 控。3. 2鋰電池組放電欠壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)原48V電動(dòng)車調(diào)速控制器具有欠壓保護(hù)功能，電壓降到欠壓點(diǎn)的時(shí)候控制器會(huì)使 電機(jī)停轉(zhuǎn)，防止電池過(guò)度放電。單節(jié)鉛酸電池的欠壓點(diǎn)為10.5V，48V鉛酸電池的欠壓點(diǎn)為 42V。每節(jié)鋰電池欠壓為42/14 = 3V，以防止鋰電池組低于42V電壓的過(guò)度放電。TL431將電壓調(diào)整在2. 5V，經(jīng)過(guò)二極管D2，比較放大器同相端電壓為2. 5-0. 7 = 1.8V。鋰電池的最低保護(hù)電壓為3V，而當(dāng)鋰電池單節(jié)電壓低于3V時(shí)，經(jīng)過(guò)R8、R9分壓，反 相端電壓輸入電壓為1. 8V。如果單節(jié)鋰電欠壓則V- < 1. 8V，V+ = 1. 8V，比較放大器輸出 高電平，再通過(guò)電平位移電路將多組輸出信號(hào)相加，送到調(diào)速控制器禁止輸出(剎車信號(hào) 線)、升壓開(kāi)關(guān)電源停止升壓。3. 3鋰電池組充電接觸不良保護(hù)電路的設(shè)計(jì)鋰電池組充電器在充電接插時(shí)，容易出現(xiàn)接觸不良的情況，如果③腳(過(guò)壓控制) 接觸不良，鋰電池組充電會(huì)出現(xiàn)過(guò)充，鋰電池的循環(huán)壽命將大大縮短。如過(guò)壓控制信號(hào)(A點(diǎn))接觸不良，A點(diǎn)電位由前級(jí)鋰電池組的充電電路決定，充 電接口①腳的開(kāi)路電壓為42V。此時(shí)即使再對(duì)鋰電池組充電，但充電電壓僅為42V，防止了 過(guò)充的可能。如④腳+12V電源斷開(kāi)，則三極管截止，充電過(guò)壓檢測(cè)電路沒(méi)有信號(hào)輸出，即A 點(diǎn)沒(méi)有信號(hào)輸出，A點(diǎn)電位由鋰電池組的充電電路的開(kāi)路電壓決定，仍為42V。在圖4中，4. 1 TL494是一種頻率固定的脈沖寬度控制器，它集成了開(kāi)關(guān)電源控制 所需要的主要模塊。TL494的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放 大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。輸出脈沖寬度調(diào)制是通過(guò)在CT上的正鋸齒波 和2個(gè)控制信號(hào)中的任意一個(gè)比較而實(shí)現(xiàn)的。欲驅(qū)動(dòng)晶體管Ql和Q2的或非門，只有當(dāng)雙 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入是低電平的時(shí)候才會(huì)有輸出。而且兩個(gè)比較器中，只有當(dāng)鋸齒波電 壓幅值大于控制信號(hào)幅度值時(shí)(V-> V+)，才會(huì)使或門輸出脈沖為低電平。因此，當(dāng)控制脈 沖的幅值不斷增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸出脈沖的寬度不斷變窄。反饋/PWM比較電壓幅值越高時(shí)， Q1、Q2輸出脈沖寬度越窄，波形的占空比下降，直到截止，輸出脈沖為零。”腳、2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端，K2閉合，Dl反向截止，2 腳電位由R4、R9決定，V2 = 5V*R9/(R4+R9)，提供誤差放大器I比較電位。電源插口 CZl公共接地端GND2經(jīng)R8接入TL494的1腳，VA = R18*I0M(I0M為輸 入電動(dòng)機(jī)的最大電流)，即1腳提供電動(dòng)機(jī)的限流保護(hù)。設(shè)定VA = V2，當(dāng)VA > V2時(shí)，誤差 放大器I同相端電位高于反相輸入端，PWM比較器同相端電壓增加，輸出脈沖的寬度不斷變 窄，從而穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的輸出電流。TL494的15、16腳是誤差放大器II的反相和同相輸入端。15腳接+5V基準(zhǔn)電源， 則16腳電位為+5V，VO = (R16+R17)*5/R16 60V。當(dāng)輸出電壓超過(guò)+60V時(shí)，16腳電位高 于15腳電位，誤差放大器II輸出高電平，輸出脈沖的寬度不斷變窄，從而穩(wěn)定輸出電壓。4. 2升壓電路的設(shè)計(jì)電動(dòng)助力車在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，具有高低速行駛切換功能。低速行駛時(shí)，調(diào)速控制器由 鋰電池組供電；合上K2，使用的大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源將51. 8V電壓提高至60V，以實(shí)現(xiàn)高 速行駛。具體控制過(guò)程如下K2打開(kāi)，TL494的14腳輸出基準(zhǔn)+5V電壓經(jīng)過(guò)Rl、Dl到達(dá) TL494的4腳(死區(qū)時(shí)間控制端)，使4腳電壓為+5V，使TL494截止輸出，9腳、10腳輸出脈 沖為零，鋰電池組電壓+VG2經(jīng)過(guò)L2D3至電源接口 CZl (見(jiàn)圖5_7)，使電源接口 CZl輸出電 壓仍為51. 8V，電動(dòng)機(jī)未獲得加速，仍以原速度行駛。Κ2為升壓開(kāi)關(guān)Κ2閉合，TL494的14腳輸出基準(zhǔn)+5V電壓經(jīng)過(guò)Rl、Κ2、RlO到達(dá) TL494的4腳(死區(qū)時(shí)間控制端)，使4腳電壓為不為0，使TL494工作，9腳、10腳有脈沖輸 出，因?yàn)?3腳接地為并聯(lián)單端輸出方式，故9腳和10腳輸出脈沖信號(hào)相同。9腳信號(hào)到達(dá)V4、V5、V6管的基極，脈沖信號(hào)為1時(shí)V4、V5、V6管關(guān)閉，+VG2 (鋰電 池組電源)經(jīng)過(guò)電感線圈L2、L3、L4，功率管V1、V2、V3導(dǎo)通，電感線圈L2、L3、L4儲(chǔ)能。當(dāng) 9、10腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時(shí)，V4、V5、V6導(dǎo)通，使場(chǎng)效應(yīng)管管V1、V2、V3截止，電感線圈 L2、L3、L4產(chǎn)生下正上負(fù)的感生電動(dòng)勢(shì)使D3、D4、D5導(dǎo)通，給電容C8充電，電源接口 CZl輸 出電壓為+60V，送至調(diào)速控制器，電動(dòng)機(jī)提速。4. 3輔助電路的設(shè)計(jì)風(fēng)扇電路僅僅在升壓輸出(K2閉合)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電源總開(kāi)關(guān)Kl打開(kāi)時(shí)，+12V穩(wěn) 壓電路不工作。風(fēng)扇電路中V8基極由14腳提供+5V電壓，V8導(dǎo)通，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。電源總開(kāi)關(guān)Kl閉合時(shí)，鋰電池組電壓+51. 8V輸出到電動(dòng)車儀表電路，+12V穩(wěn)壓電 路工作并為V9提供+12V電源電壓。高速開(kāi)關(guān)K2閉合時(shí)，風(fēng)扇電路中V8基極接地，V8截 止，V9導(dǎo)通，散熱風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，為升壓開(kāi)關(guān)電源散熱。調(diào)速控制和無(wú)刷電機(jī)電路電動(dòng)助力車原有的調(diào)速控制和無(wú)刷電機(jī)的技術(shù)比較可靠成熟，在此不需要另行 設(shè)計(jì)；調(diào)速控制器基本不做變化，所改部分是去除調(diào)速控制器上的+12V輔助電源，原來(lái)的 +12V電源采用的是降壓型線性穩(wěn)壓電路，損耗大，容易使控制器發(fā)熱。主要是大容量?jī)?chǔ)能型電池的使用安全問(wèn)題為防止大容量電池組在使用中因質(zhì) 量、車輛碰撞引起高溫起火的可能性，其電池箱應(yīng)采用金屬外殼，內(nèi)部絕緣材料可以使用沒(méi) 有敷銅的壞氧電路板，確保安全與可靠，同時(shí)金屬外殼可以提高電池組的散熱性能，延長(zhǎng)電 池使用壽命。
權(quán)利要求
1.鋰動(dòng)力電動(dòng)助力車電氣部分的設(shè)計(jì)，包括有鋰電池組充電專用開(kāi)關(guān)電源、鋰電池組、 鋰電池組的充放電保護(hù)電路、大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源、12V輔助開(kāi)關(guān)電源、充電時(shí)接觸不良 的保護(hù)電路等組成，其特征在于將大容量鋰離子電池組應(yīng)用于電動(dòng)助力車，并結(jié)合原有電 動(dòng)車電氣電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使電動(dòng)助力車達(dá)到高速遠(yuǎn)距離行駛(續(xù)駛里程為100km)的目的。聚合物鋰離子電池用于電動(dòng)助力車電源相比廣泛使用的鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，具有無(wú)污 染、體積小、能量密度高等、重量輕等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的鋰電自行車采用磷酸鐵鋰電池，其對(duì)充放 電過(guò)壓要求不高，單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒，不爆炸。穿刺不爆炸。但磷酸鐵鋰的缺陷 是其堆積密度小，同等容量下磷酸鐵鋰電池的體積要大于其他種類的鋰電池，制成的電池 體積將十分龐大，笨重。由于價(jià)格、體積、容量等多方面原因，聚合物鋰電池比磷酸鐵鋰電池 做電動(dòng)助力車優(yōu)勢(shì)更明顯。其技術(shù)特征是利用大容量聚合物鋰離子電池組(10組以上)替換鉛酸蓄電池，提 供電動(dòng)車的電能；設(shè)計(jì)鋰電池組的充電電路(包括充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路和充電過(guò) 壓檢測(cè)電路)；聚合物鋰鋰電池充電與鉛酸電池不同，每塊鋰電板有嚴(yán)格的電壓控制要求 Vm ^ 4. 2V，需要設(shè)計(jì)充電專用開(kāi)關(guān)電源，還需要有過(guò)壓控制信號(hào)輸入電路，用于每塊鋰電 池電板充電檢測(cè)與控制；另外提供充電時(shí)接觸不良的保護(hù)電路，提供充電的可靠保護(hù)；設(shè) 計(jì)電動(dòng)車行駛時(shí)鋰電池組的放電電壓檢測(cè)電路；每塊鋰電板欠壓為3V，以防止鋰電池組低 于42V電壓的過(guò)度放電使鋰電池遭到損壞；設(shè)計(jì)大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源；使電池組的電壓 提升，以滿足高速、遠(yuǎn)距離行駛需要；改裝調(diào)速控制器；與鋰電池組電池放電電路、升壓開(kāi) 關(guān)電源配合，接受各方控制信號(hào)如調(diào)速手柄、斷電間把、放電欠壓控制信號(hào)等從而來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 于無(wú)刷電機(jī)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的為大容量鋰離子電池組配套設(shè)計(jì)的鋰電池組充電專用開(kāi)關(guān) 電源，其特征在于充電插口的設(shè)計(jì)1號(hào)線和2號(hào)為直流電源電壓線、4號(hào)線提供輔助+12V 直流電源線，3號(hào)線為過(guò)壓控制信號(hào)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池組充電專用開(kāi)關(guān)電源，其特征在于充電時(shí)還具有接 觸不良的保護(hù)電路，充電插口 3、4接觸不良時(shí)鋰電充電器停止充電，提供充電的可靠保護(hù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池組充電專用開(kāi)關(guān)電源，其特征在于所用的固定工作 頻率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有型號(hào)為UC3842的電流型脈寬調(diào)制電路，采用的是雙閉環(huán)控制系 統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中鋰電池組的充放電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，其特征在于所述的保護(hù)電 路具有電壓比較器并利用光耦和電平位移作用實(shí)現(xiàn)每節(jié)鋰離子電池充電過(guò)壓的檢測(cè)，檢測(cè) 到的過(guò)壓控制信號(hào)輸出給充電器用于充電控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中鋰電池組的充放電保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，其特征在于所述的保護(hù)電 路具有單節(jié)鋰電欠壓比較器，并利用光耦和電平位移電路將多組輸出信號(hào)相加，送到調(diào)速 控制器禁止輸出，以防止每節(jié)鋰電池低于3V電壓的過(guò)度放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中的大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源，其特征在于具有高低速行駛轉(zhuǎn)換開(kāi) 關(guān)，控制死區(qū)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)助力車高低速行駛轉(zhuǎn)換控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中的大功率升壓型開(kāi)關(guān)電源，其特征在于單端輸出的PWM脈沖控 制電路，并提供輸出端的電壓、電路保護(hù)電路?！颁噭?dòng)力電動(dòng)助力車電氣部分的設(shè)計(jì)“此項(xiàng)發(fā)明專利的從屬權(quán)利要求是權(quán)利要求1中的大容量聚合物鋰離子電池組的充電專用開(kāi)關(guān)電源還可以應(yīng)用于對(duì)10 組以上大容量聚合物鋰離子電池組、大容量磷酸鐵鋰電池組、大容量液態(tài)鋰離子電池組的 充電。權(quán)利要求1中的用于電動(dòng)助力車高低速行駛轉(zhuǎn)換的的大功率開(kāi)關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)不 僅用于無(wú)刷電機(jī)，還可以用于對(duì)有刷電機(jī)的變速轉(zhuǎn)換上。
全文摘要
鋰動(dòng)力電動(dòng)助力車電氣部分的設(shè)計(jì)。聚合物鋰離子Lithium ion polymer Battery電池取得了迅猛發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)大功率動(dòng)力電池提供了可能。以鋰電池為動(dòng)力電池的電動(dòng)車技術(shù)革命是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本課題將聚合物鋰電池組取代鉛酸蓄電池，研究解決鋰電池作為電動(dòng)助力車電源應(yīng)用的一整套技術(shù)問(wèn)題，十四組鋰電池的串聯(lián)充放電保護(hù)并結(jié)合原電動(dòng)車控制線路進(jìn)行修改、高低速運(yùn)行轉(zhuǎn)換控制等。最終實(shí)現(xiàn)鋰動(dòng)力電動(dòng)車高速、遠(yuǎn)距離行駛的目的。關(guān)鍵詞聚合物鋰電池組大功率動(dòng)力電池串聯(lián)充放電高低速運(yùn)行轉(zhuǎn)換控制。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102074983SQ201010579779
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者周荻, 繆耀東 申請(qǐng)人:周荻, 繆耀東