Solutions

ตัวเก็บประจุซุปเปอร์และก้อนแบตเตอรี่รวมกันเป็นแหล่งจ่ายไฟในรถจักรยานไฟฟ้า

2020-04-24

ในบทความนี้การรวมกันของตัวเก็บประจุซุปเปอร์และแบตเตอรี่ถูกนำไปใช้กับรถจักรยานไฟฟ้าในรูปแบบระบบไฟคู่ โหมดการเชื่อมต่อแหล่งคู่ได้รับการออกแบบและตัวเก็บประจุ super สามารถเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่แบบขนานผ่านตัวแปลง dc / dc แบบสองทิศทางเพื่อให้ตัวเก็บประจุ super สามารถปล่อยพลังงานมากขึ้น สภาวะการทำงานที่ดีที่สุดภายใต้พลังงานคงที่ช่วยรับประกันว่าแบตเตอรี่จะได้รับผลกระทบและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

1. สรุป

ในฐานะที่เป็นยานพาหนะระยะสั้นที่มีการอนุรักษ์พลังงานการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมและการเดินทางที่สะดวกสบายการขับขี่ไฟฟ้าสีขาวได้รับการต้อนรับจากลูกค้า ในปัจจุบันปัญหาที่มีอยู่ของ e-bike ส่วนใหญ่คืออายุการใช้งานและการเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยครั้งการจัดเก็บที่ยาวนานและเวลาในการชาร์จของแบตเตอรี่การ จำกัด เวลาในการชาร์จและการคายประจุและการสัมผัสที่ไม่ดีเป็นต้นดังนั้นแบตเตอรี่ เป็นองค์ประกอบสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพและคุณภาพของ e-bike และยังเป็นปัญหาสำคัญที่ จำกัด การพัฒนา e-bike ในปีที่ผ่านมาหลายประเทศที่มีวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูงมุ่งมั่นที่จะวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่รถจักรยานไฟฟ้าใหม่รวมถึงแคดเมียมนิกเกิลพลังงานสูง, นิกเกิลนิกเกิล, ไฮโดรเจนนิกเกิล, ลิเธียมโพลิเมอร์และเซลล์เชื้อเพลิง แบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น, ยุโรปและอเมริกาและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน / ลิเธียมโพลีเมอร์ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสถาบันวิจัยหลายแห่งในประเทศจีนกำลังพัฒนาแบตเตอรี่ใหม่สำหรับ e-bikes ด้วย ใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตามเนื่องจากอายุการใช้งานที่สั้นของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ในอีกประมาณหนึ่งปี ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อรถจักรยานไฟฟ้าเริ่มต้นทำงานเร่งความเร็วหันหน้าเข้าหาลมและโหลดแบตเตอรี่ต้องให้กระแสแอมป์จำนวนมากเพื่อขับมอเตอร์ในช่วงเวลาสั้น ๆ แต่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดนั้นทำได้ยากและ กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เช่นนี้จะทำให้เกิดผลกระทบต่อความเสียหายของแบตเตอรี่ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่และระยะทาง ในบทความนี้ตัวเก็บประจุ super และแบตเตอรี่รวมกันสำหรับการขับรถจักรยานไฟฟ้าและโหมดการเชื่อมต่อของแหล่งจ่ายไฟคู่ได้รับการออกแบบอย่างสมเหตุสมผล ตามลักษณะของไดรฟ์มอเตอร์จักรยานไฟฟ้ากลยุทธ์การควบคุมได้รับการออกแบบ กลยุทธ์การควบคุมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของรถจักรยานไฟฟ้ายืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีโอกาสทางการตลาดที่ดี

2 ตัวเก็บประจุซุปเปอร์

ตัวเก็บประจุ super หรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุเคมีไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานระหว่างแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุ มันไม่เพียง แต่มีลักษณะของประจุและคายประจุที่รวดเร็วในฐานะตัวเก็บประจุ แต่ยังมีกลไกการเก็บพลังงานเช่นแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี

ตัวเก็บประจุซุปเปอร์มีลักษณะดังต่อไปนี้:

capac ความจุขนาดใหญ่ ความจุของซูเปอร์คาปาซิเตอร์ตัวเดียวนั้นใหญ่กว่าตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติค 2000-10000 เท่าของปริมาตรเดียวกันซึ่งสามารถเข้าถึงวิธีการนับพันหรือหมื่นฟาราด

density ความหนาแน่นพลังงานสูง ตัวเก็บประจุ super สามารถให้กระแสใหญ่ทันที ในเวลาอันสั้นกระแสไฟฟ้าสามารถเข้าถึงแอมป์ได้หลายร้อยถึงหลายพันและความหนาแน่นของพลังงานเกือบ 100 เท่าของแบตเตอรี่ซึ่งสามารถเข้าถึง 1,000 วัตต์ / กิโลกรัม

③ชาร์จเร็ว การชาร์จสองสามนาทีสามารถเข้าถึงมากกว่า 95% ของความจุสูงสุด

conversion ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงและความสามารถในการยอมรับการปล่อยประจุที่แข็งแกร่ง ประสิทธิภาพวงจรพลังงานของการชาร์จและคายประจุกระแสสูงสูงกว่า 90% และการสูญเสียพลังงานมีขนาดเล็กในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ

cycle วงจรชีวิตยาว ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานปกติจำนวนรอบสามารถเข้าถึงมากกว่า 100,000 ครั้ง

⑥ช่วงอุณหภูมิการทำงานและความน่าเชื่อถือสูง มันสามารถทำงานได้ตามปกติอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ในช่วงอุณหภูมิ - 40-65 ℃

3. ตัวเก็บประจุซุปเปอร์รวมกับแบตเตอรี่

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และแบตเตอรี่ถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างสมเหตุสมผลเพื่อสร้างแหล่งจ่ายไฟคู่ซึ่งถูกจัดวางบนรถจักรยานไฟฟ้าเพื่อขับรถจักรยานไฟฟ้า เมื่อรถจักรยานไฟฟ้าวิ่งบนถนนเรียบปกติจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว ในขั้นตอนของการเริ่มต้นการปีนเขาการเร่งความเร็วและความต้องการอื่น ๆ ของพลังงานสูงทันทีตัวเก็บประจุซุปเปอร์และพลังงานการจ่ายแบตเตอรี่ให้กับมอเตอร์ในเวลาเดียวกัน เมื่อรถจักรยานไฟฟ้าเบรกมอเตอร์จะผลิตกระแสไฟฟ้าและตัวเก็บประจุซุปเปอร์เก็บพลังงานเพื่อให้เกิดการรีไซเคิลพลังงาน การรวมกันของตัวเก็บประจุ super และแบตเตอรี่สามารถเสริมซึ่งกันและกันและปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่มีอยู่และยืดอายุการใช้งาน อย่างไรก็ตามตัวเก็บประจุ super มีความหนาแน่นพลังงานต่ำและความต้านทานภายในชุดใหญ่ หากชุดตัวเก็บประจุซุปเปอร์ธนาคารเชื่อมต่อโดยตรงกับธนาคารแบตเตอรี่แบบขนานกระแสไฟขาออกของธนาคารตัวเก็บประจุซุปเปอร์จะเล็กเกินไปเนื่องจากความต้านทานภายในมากเกินไปซึ่งจะไม่เล่นบทบาทของการป้องกันการสับเปลี่ยนของแบตเตอรี่ ดังนั้นตัวแปลง dc / dc bi-directional ถูกออกแบบตัวเก็บประจุ super สามารถขนานกับแบตเตอรี่ผ่านตัวแปลง dc / dc และกำลังขับสามารถปรับได้ตามต้องการ ดังนั้นจึงต้องสร้างวิธีการควบคุมบางอย่างระหว่างการดำเนินการซึ่งสามารถเริ่มหรือขยายกระแสไฟออกของตัวเก็บประจุ super ในเวลาที่ความต้องการกระแสไฟฟ้ามอเตอร์มีขนาดใหญ่เกินไปและ จำกัด การส่งออกเกินพิกัดปัจจุบันของแบตเตอรี่เพื่อป้องกันแบตเตอรี่ วิธีการควบคุมจะถูกกำหนดตามเงื่อนไขการทำงานของรถจักรยานไฟฟ้าซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นการขับขี่แบบแบนการเริ่มต้นการเร่งความเร็วการปีนเขาการบรรทุกเกินพิกัดการเบรกเป็นต้น

3.1 เริ่มต้นขึ้นการเร่งการปีนเขาและการบรรทุกเกินพิกัด

ในสภาวะดังกล่าวมอเตอร์ต้องการพลังงานสูงในทันทีและตัวเก็บประจุซุปเปอร์และแบตเตอรี่ควรใช้พลังงานเอาต์พุตร่วมกันเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ เนื่องจากตัวเก็บประจุพิเศษมีคุณสมบัติของการคายประจุกระแสสูงในเวลาสั้น ๆ เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตัวเก็บประจุพิเศษสามารถตอบสนองความต้องการนี้ได้ดีกว่า ในเวลานี้ตัวเก็บประจุพิเศษสามารถรับน้ำหนักได้มากที่สุด ดังนั้นในขั้นตอนนี้ตัวเก็บประจุ super ต้องเป็นแหล่งพลังงานหลักเพื่อให้ได้พลังงานสูงสุดในขณะที่แบตเตอรี่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเสริมเท่านั้น หลังจากปล่อยพลังงานสูงสุดตัวเก็บประจุซุปเปอร์จะออกและโหลดจะถูกรับโดยแบตเตอรี่

3.2 วิ่งด้วยความเร็วสม่ำเสมอบนถนนเรียบ

เมื่อรถจักรยานไฟฟ้าทำงานภายใต้ความเร็วสม่ำเสมอบนถนนแบนความต้องการพลังงานไม่สูง กำลังขับของแบตเตอรี่สามารถตอบสนองความต้องการของกำลังมอเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์ พลังงานของมอเตอร์นั้นได้มาจากแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวและซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ไม่จำเป็นต้องปล่อยพลังงานออกมา

3.3 สถานะการเบรก

มอเตอร์ของรถจักรยานไฟฟ้าอยู่ในสถานะการสร้างพลังงานเมื่อเบรกและพลังงานจลน์บางส่วนถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งสามารถส่งกลับไปยังตัวเก็บประจุ super ผ่านการแปลงกลับ DC / dc แบบสองทิศทาง ภายใต้สภาวะนี้วงจรระหว่างแบตเตอรี่และมอเตอร์จะถูกตัดออกและแบตเตอรี่จะไม่ดูดซับพลังงานไฟฟ้าป้อนกลับเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่เกิดจากการฟื้นฟูปัจจุบันให้กับแบตเตอรี่

การใช้ตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์เป็นภาชนะเก็บพลังงานของพลังงานป้อนกลับเบรกความคิดเห็นไม่สามารถดูดซับกระแสใหญ่ทันที แต่ยังปรับปรุงอัตราการกู้คืนพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เป้าหมายการจัดการพลังงานของจักรยานไฟฟ้าแบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าคู่คือการนำวิธีการควบคุมที่เหมาะสมมาใช้เพื่อให้ได้ประโยชน์จากภาชนะเก็บพลังงานสองแบบเพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้องการแบบไดนามิกของรถจักรยานไฟฟ้าและทำให้แบตเตอรี่ทำงานในสภาพการทำงานที่ดีที่สุด ปล่อยกระแสต่ำตลอดเวลาและตระหนักถึงการใช้งานของตัวเก็บประจุ super ป้อนกลับพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยโหมดการสร้างพลังงานเบรกแบบรีเจนเนอเรชั่นไปเป็นซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ไม่เพียง แต่ช่วยปรับปรุงอัตราการฟื้นตัวของพลังงาน แต่ยังช่วยปกป้องแบตเตอรี่จากแรงกระแทกและยืดอายุการใช้งาน

สถานะการทำงานของรถจักรยานไฟฟ้าสามารถจำแนกได้ตามกำลังขับเคลื่อนของมอเตอร์ตรวจจับ เมื่อกำลังขับเป็นบวกและใหญ่กว่ากำลังไฟสูงสุดของแบตเตอรี่แห้งและ△ p / at & gt; o สามารถตัดสินได้ว่ารถจักรยานไฟฟ้ากำลังเริ่มปีนเขาหรือบรรทุกเกินพิกัด ในเวลานี้ควรลดรอบการทำงานของวงจรควบคุมแบตเตอรี่ pwm เพื่อลดการส่งออกของแบตเตอรี่รอบการทำงานของวงจรควบคุมตัวเก็บประจุซุปเปอร์ pwm ควรเพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มการส่งออกของตัวเก็บประจุซุปเปอร์ในเวลาเดียวกัน เมื่อพลังงานเป็นบวกและน้อยกว่ากำลังไฟของแบตเตอรี่สามารถตัดสินได้ว่ารถยนต์ไฟฟ้าอยู่ในสถานะขับขี่แบบแบน: เมื่อพลังงานเป็นค่าลบและ△ p / △ t & lt; 0, รถยนต์ไฟฟ้ากำลังเบรก, ตัวเก็บประจุซุปเปอร์จะถูกเรียกเก็บเงินและพลังงานความคิดเห็นที่ได้รับ

4. การออกแบบวงจรควบคุม

ในบทความนี้ tm $ 320f28335 ถูกใช้เป็นตัวควบคุมหลักในการออกแบบระบบควบคุมวงจรไฟฟ้าคู่ของรถจักรยานไฟฟ้าเพื่อตระหนักถึงวิธีการควบคุม ในรูปแบบนี้แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุซุปเปอร์และแบตเตอรี่ไม่เท่ากันแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่คือ 48v แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุซุปเปอร์คือ 36v และแบตเตอรี่เชื่อมต่อแบบขนานผ่านอินเวอร์เตอร์ dc / dc แบบสองทิศทาง แผนภาพวงจรฮาร์ดแวร์แสดงในรูปที่ 1: วงจรตรวจจับพลังงานในรูปมีหน้าที่ตรวจจับพีซีพาวเวอร์ pb ที่ด้านเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟคู่และ p กำลังขับของมอเตอร์ เมื่ออยู่ในสถานะเริ่มต้นปีนเขาและโอเวอร์โหลดเอาต์พุต dsp เพิ่มรูปแบบของคลื่น pwm ไปยังตัวแปลง dc / dc แบบสองทิศทางตัวแปลงจะทำงานในโหมดเพิ่มและตัวเก็บประจุซุปเปอร์จะปลดปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ ในขณะเดียวกัน dsp จะควบคุม pwm รอบการทำงานของวงจรควบคุมแบตเตอรี่เพื่อให้แน่ใจว่ากำลังขับของแบตเตอรี่อยู่ในระดับกำลังไฟที่กำหนด เมื่อมอเตอร์อยู่ในภาวะชะลอตัวหรือเบรก dsp เอาท์พุตบั๊ก pwm รูปคลื่นไปยังตัวแปลง dc / dc สองทิศทางตัดวงจรแหล่งจ่ายไฟของแบตเตอรี่ในเวลาเดียวกันตัวแปลง dc / dc แบบสองทิศทางทำงานในโหมดบั๊ก และดึงพลังงานการเบรกกลับคืนมาสู่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เพื่อการจัดเก็บ

ชิป max4211 สามารถใช้สำหรับการตรวจจับพลังงาน ชิปมีต้นทุนต่ำและใช้พลังงานต่ำ มันสามารถสร้างระบบการวัดกระแสไฟ dc / กระแสตรงระดับ high-end ได้ ระบบจะใช้แอมพลิฟายเออร์ตรวจจับกระแสที่มีความแม่นยำในการตรวจจับกระแสไฟจากนั้นใช้ตัวคูณทวีคูณบนชิปเพื่อคำนวณพลังงาน การเชื่อมต่อของระบบไม่ส่งผลกระทบต่อเส้นทางกราวด์ของระบบทดสอบโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการตรวจจับพลังงานและไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าของระบบจ่ายไฟแบตเตอรี่ ข้อผิดพลาดการวัดน้อยกว่า 1.5% ช่วงการวัด 4-28v ช่วงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายคือ 2.7-5.5v และกระแสการทำงาน670μa แผนภูมิการไหลของวิธีการควบคุมแสดงในรูปที่ 2:

รูปแบบการออกแบบนี้ได้รับการจำลองโดย matlam และตัวควบคุมได้ถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการและนำไปใช้กับการทดสอบการควบคุมของรถจักรยานไฟฟ้า ตัวเก็บประจุซุปเปอร์กับแรงดันไฟฟ้าของ 12v กำลังการผลิตไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ 1.2f สามกลุ่มของตัวเก็บประจุในชุดของ 36v และสี่แบตเตอรี่ 12v ในซีรีส์ของ 48v จะใช้ การทดสอบพิสูจน์ประสิทธิภาพของวิธีการควบคุม ในการออกแบบนี้ตัวเก็บประจุ super เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่แบบขนานผ่านแบบสองทิศทาง dc / dc แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลของตัวเก็บประจุซุปเปอร์ไม่เท่ากับแรงดันแบตเตอรี่ดังนั้นช่วงแรงดันการทำงานจึงกว้างกว่าและตัวเก็บประจุซุปเปอร์สามารถปล่อยพลังงานได้มากขึ้น

5. สรุป

ในบทความนี้มีการนำเสนอระบบจ่ายไฟแบบคู่ที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่แบบซุปเปอร์ซึ่งใช้กับแหล่งจ่ายไฟของรถจักรยานไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ super สามารถปล่อยพลังงานไฟฟ้าได้มากขึ้นผ่านการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวแปลง dc / dc สองทิศทางและแบตเตอรี่ มีการกล่าวถึงเงื่อนไขการทำงานของรถจักรยานไฟฟ้าและวิธีการควบคุมของตัวเก็บประจุ super และแบตเตอรี่ถูกกำหนดให้ทำให้แบตเตอรี่อยู่ในสภาพการทำงานที่ดีที่สุดโดยใช้พลังงานที่กำหนด รับประกันแบตเตอรี่จากการกระแทกอย่างมีประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความเป็นไปได้และประสิทธิผลของการออกแบบได้รับการพิสูจน์โดยการทดลอง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของตัวเก็บประจุซุปเปอร์และการลดราคาการประยุกต์ใช้แหล่งจ่ายไฟรวมในรถจักรยานไฟฟ้าจะมีโอกาสในการพัฒนาที่ดีขึ้น


ที่มา: นิตยสารวิทยาศาสตร์และการฝึกฝนแปลโดย: shanghai green tech co., ltd.

ฝากข้อความ ยินดีต้อนรับสู่ GTCAP
ถ้าคุณสนใจของเราผลิตภัณฑ์และอยากจะรู้มากกรายละเอียด,กรุณาฝากข้อความที่นี่เราจะตอบกลับคุณอย่างเร็วที่สุดเท่าที่เราจะทำได้

บ้าน

ผลิตภัณฑ์

เกี่ยวกับ

ติดต่อ