русский

Solutions

суперконденсатор и аккумулятор объединены в качестве источника питания в электрическом велосипеде

2020-04-24

в этой статье комбинация суперконденсатора и батареи применяется к электрическому велосипеду для формирования двойной системы электропитания. разработан режим соединения с двумя источниками, и суперконденсатор может быть подключен к батарее параллельно через двунаправленный преобразователь постоянного / постоянного тока, так что суперконденсатор может выделять больше энергии. Оптимальные условия работы при постоянной мощности эффективно защищают аккумулятор от ударов и продлевают срок его службы.

1. резюме

В качестве автомобиля на короткое расстояние с энергосбережением, защитой окружающей среды и удобными поездками потребители приветствуют электрическое вождение белого цвета. в настоящее время существующими проблемами электронного велосипеда являются в основном срок службы и частая замена батареи, длительное время хранения и зарядки батареи, ограниченное время зарядки и разрядки, плохой контакт и т. д., следовательно, батарея является ключевым компонентом, влияющим на производительность и качество электронного велосипеда, а также ключевой проблемой, ограничивающей развитие электронного велосипеда. В последние годы многие страны с передовой наукой и техникой привержены исследованиям и разработкам новых электрических велосипедных батарей, в том числе мощных никель-кадмиевых, цинк-никелевых, никель-водородных, литиевых полимерных и топливных элементов. Никель-водородный аккумулятор широко используется в Японии, Европе и Америке, а также широко используются литий-ионные / литий-полимерные аккумуляторы. Многие исследовательские институты в Китае также активно разрабатывают новые аккумуляторы для электронных велосипедов, но около 95% электронных велосипедов до сих пор используйте традиционные свинцово-кислотные батареи. однако из-за короткого срока службы свинцово-кислотного аккумулятора его необходимо заменить примерно через год. кроме того, когда электрический велосипед запускается, разгоняется, сталкивается с встречным ветром и нагрузкой, аккумуляторная батарея должна обеспечивать десятки ампер тока для привода двигателя в течение короткого периода времени, но свинцово-кислотная аккумуляторная батарея труднодостижима, и такой большой ток приведет к ударному повреждению батареи, что серьезно повлияет на срок службы батареи и пробег. в этой статье суперконденсатор и батарея объединены для управления электрическим велосипедом, и режим соединения двойного источника питания разработан разумно. в соответствии с характеристиками привода электрического велосипеда разработана стратегия управления. Стратегия управления может эффективно улучшить производительность электрического велосипеда, продлить срок службы батареи и имеет большие рыночные перспективы.

2. супер конденсатор

Суперконденсатор, также известный как электрохимический конденсатор, является своего рода устройством накопления энергии между батареей и конденсатором. он не только обладает характеристиками быстрого заряда и разряда в качестве конденсатора, но также обладает механизмом накопления энергии в качестве электрохимической батареи.

Суперконденсаторы имеют следующие характеристики:

① большая емкость. Емкость одного суперконденсатора в 2000-10000 раз больше емкости электролитического конденсатора того же объема, который может достигать тысяч методов или десятков тысяч фарад.

Density высокая плотность мощности. Суперконденсатор может обеспечить большой мгновенный ток. за короткое время ток может достигать сотен тысяч ампер, а удельная мощность почти в 100 раз больше, чем у батареи, что может достигать 1000 Вт / кг.

③ быстро заряжается. зарядка в течение нескольких минут может достигать более 95% от номинальной емкости.

Efficiency высокая эффективность преобразования энергии и высокая способность принимать заряд-разряд. КПД энергетического цикла сильноточной зарядки и разрядки составляет более 90%, а потери энергии при зарядке и разрядке незначительны.

Длинный цикл жизни. при нормальных условиях использования число циклов может достигать более 100 000 раз.

⑥ широкий рабочий температурный диапазон и высокая надежность. он может работать нормально, безопасно и надежно в диапазоне температур - 40-65 ℃.

3. супер конденсаторы в сочетании с батареями

суперконденсатор и батарея разумно объединены, чтобы сформировать двойной источник питания, который расположен на электрическом велосипеде для совместного управления электрическим велосипедом. когда электрический велосипед обычно едет по ровной дороге, он питается только от аккумулятора. на этапе запуска, набора высоты, ускорения и других потребностей мгновенной высокой мощности суперконденсатор и аккумулятор одновременно подают питание на двигатель. когда электрический велосипед тормозит, двигатель вырабатывает электроэнергию, а суперконденсатор накапливает энергию для ее рециркуляции. Сочетание суперконденсатора и аккумулятора может дополнять друг друга, улучшать характеристики существующего аккумулятора и продлевать срок его службы. однако суперконденсатор имеет низкую плотность энергии и большое последовательное внутреннее сопротивление. Если последовательный блок суперконденсаторов напрямую соединен с блоком аккумуляторов параллельно, выходной ток блока суперконденсаторов будет слишком мал из-за чрезмерного внутреннего сопротивления, которое не будет играть роль шунтирующей защиты аккумулятора. поэтому разработан двунаправленный преобразователь постоянного тока, суперконденсатор может быть подключен параллельно с батареей через преобразователь постоянного тока, и выходная мощность может быть отрегулирована по желанию. поэтому во время работы должен быть создан определенный метод управления, который может запускать или расширять выходной ток суперконденсатора во время, когда требование тока двигателя слишком велико, и ограничивать выходной ток перегрузки батареи для защиты батареи. метод управления определяется в соответствии с условиями работы электровелосипеда, которые можно разделить на ровное движение, запуск, ускорение, подъем, перегрузку, торможение и т. д.

3.1 запуск, ускорение, подъем и перегрузка

в этом состоянии двигателю требуется мгновенная высокая мощность, а суперконденсатор и батарея должны выдавать мощность вместе для управления двигателем. поскольку суперконденсатор обладает характеристиками кратковременного сильноточного разряда по сравнению с аккумулятором, суперконденсатор может лучше соответствовать этому требованию. в это время суперконденсатор может нести большую часть нагрузки. поэтому на этом этапе суперконденсатор должен быть основным источником энергии, чтобы обеспечить пиковую мощность, в то время как батарея служит только в качестве вспомогательного источника энергии. после высвобождения пиковой мощности суперконденсатор выходит и нагрузка ложится на батарею.

3.2 бег с равномерной скоростью на ровной дороге

когда электрический велосипед движется с равномерной скоростью на ровной дороге, потребность в мощности невелика. Выходная мощность аккумулятора может полностью соответствовать требованиям мощности двигателя. энергия для двигателя полностью обеспечивается только батареей, и суперконденсатору не нужно выделять энергию.

3.3 состояние торможения

двигатель электрического велосипеда находится в состоянии выработки энергии при торможении, и некоторая кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которая может быть отправлена ​​обратно в суперконденсатор посредством инверсии двунаправленного преобразователя постоянного тока в постоянный. в этом состоянии цепь между аккумулятором и двигателем обрывается, и аккумулятор не поглощает электрическую энергию обратной связи, чтобы избежать повреждения, вызванного током регенерации для аккумулятора.

Использование суперконденсатора в качестве контейнера для хранения энергии энергии обратной связи с рекуперативным торможением может не только поглощать мгновенный большой ток, но также эффективно улучшать скорость восстановления энергии.

Целью управления энергопотреблением электрического велосипеда с двойным приводом является использование разумного метода управления для реализации дополнительных преимуществ двух контейнеров для накопления энергии, обеспечения динамических требований к электрическому велосипеду и обеспечения работы батареи в наилучшем рабочем состоянии: низкий ток разряда во все времена, и реализовано лучшее использование суперконденсатора. обратная связь электрической энергии, генерируемой в режиме торможения с использованием регенеративной мощности, в суперконденсатор, не только повышает скорость восстановления энергии, но и защищает аккумулятор от ударов и продлевает срок его службы.

рабочее состояние электровелосипеда можно различить в соответствии с движущей силой детектирующего двигателя. когда движущая сила положительна и больше, чем номинальная мощность сухой батареи, и △ p / at & gt; o можно судить, что электрический велосипед запускается, поднимается или перегружается. в это время рабочий цикл схемы управления батареей pwm должен быть уменьшен, чтобы уменьшить выходную мощность батареи, рабочий цикл схемы управления суперконденсатором pwm должен быть увеличен, чтобы одновременно увеличить выходную мощность суперконденсатора. когда мощность положительная и меньше номинальной мощности батареи, можно судить, что электромобиль находится в состоянии ровного вождения: когда мощность отрицательная и △ p / △ t & lt; 0, электромобиль тормозит, суперконденсатор заряжается, и энергия обратной связи принимается.

4. проектирование схемы управления

в этой статье, тм $ 320f28335 используется в качестве основного контроллера для разработки двойной цепи управления мощностью электрического велосипеда для реализации метода управления. в этой схеме напряжение суперконденсатора и аккумулятора не равно, напряжение аккумулятора составляет 48 В, напряжение суперконденсатора составляет 36 В, и аккумулятор подключается параллельно через двунаправленный инвертор постоянного / постоянного тока. Схема аппаратного обеспечения показана на рисунке 1: схема определения мощности на рисунке отвечает за определение мощности pc, pb на выходной стороне сдвоенного источника питания и мощности p двигателя. когда он находится в состоянии запуска, набора высоты и перегрузки, выходы dsp повышают форму сигнала ШИМ до двунаправленного преобразователя постоянного тока, преобразователь работает в режиме повышения, а суперконденсатор высвобождает накопленную энергию. Между тем, dsp контролирует рабочий цикл pwm цепи управления батареей, чтобы обеспечить выходную мощность батареи в пределах номинальной мощности. когда двигатель находится в состоянии замедления или торможения, dsp выводит сигнал понижающей частоты в двухнаправленный преобразователь постоянного тока, одновременно отключает цепь питания батареи, двунаправленный преобразователь постоянного тока работает в режиме пониженного напряжения и возвращает энергию рекуперативного торможения в суперконденсатор для хранения.

Чип max4211 может использоваться для определения мощности. Чип имеет низкую стоимость и низкое энергопотребление. он может сформировать высокопроизводительную систему измерения мощности постоянного тока. система использует прецизионный усилитель обнаружения тока для определения тока, а затем использует встроенный множитель для расчета мощности. подключение системы не влияет на путь заземления тестируемой системы, особенно подходит для обнаружения мощности и электричества батареи системы электропитания. погрешность измерения составляет менее 1,5%, диапазон измерения составляет 4-28 В, диапазон напряжения питания составляет 2,7-5,5 В, а рабочий ток составляет 670 мкА. Блок-схема метода управления показана на рисунке 2:

эта конструктивная схема была смоделирована Matlam, а контроллер был изготовлен в лаборатории и применен для контрольного испытания электрического велосипеда. супер конденсатор с номинальным напряжением 12В , емкость конденсатора 1,2f, используются три группы конденсаторов последовательно по 36В и четыре 12В батареи по 48В. Тест доказывает эффективность метода контроля. В этой конструкции суперконденсатор подключен к батарее параллельно через двунаправленный постоянный / постоянный ток. напряжение на клеммах суперконденсатора не равно напряжению батареи, поэтому диапазон рабочего напряжения шире, и суперконденсатор может выделять больше энергии.

5. Заключение

в этой статье предложена двойная система питания, состоящая из суперконденсаторов и батарей, которая применяется для питания электрического велосипеда. суперконденсатор может выделять больше электрической энергии через параллельное соединение двунаправленного преобразователя постоянного тока и аккумулятора. обсуждаются условия работы электрического велосипеда, и определяется способ управления суперконденсатором и аккумулятором, чтобы аккумулятор работал в наилучшем рабочем состоянии при номинальной мощности. батарея эффективно защищена от удара, а срок службы батареи значительно продлен. выполнимость и эффективность проекта доказаны экспериментами. С непрерывным развитием суперконденсаторов и снижением цены применение комбинированного источника питания в электровелосипеде будет иметь большую перспективу развития.


Источник : журнал науки и практики в переводе: Шанхай Green Tech Co., Ltd.

оставить сообщение Добро пожаловать в GTCAP
Если вы заинтересованы в наших продуктах и ​​хотите узнать более подробную информацию, пожалуйста, оставьте сообщение здесь, и мы ответим вам, как только сможем.

Главная

Продукция

около

контакт