本发明专利技术公开了一种太阳能电动自行车混合能源控制系统及其控制方法，通过采集太阳能电池组件的输出电压和输出电流、蓄电池的电压以及太阳能电动自行车的设定速度，合理控制DC-DC变换器的输出电压、太阳能电动自行车的运行速度以及蓄电池的充、放电状态，在太阳能电动自行车运行时太阳能电池组件和蓄电池可以共同向电动自行车电机供电，在太阳能电动自行车不运行时由太阳能电池组件向蓄电池充电。本发明专利技术加入了速度闭环控制，具有蓄电池过充电保护和过放电保护的功能，保证了太阳能电动自行车平稳高效运行，克服了现有电动自行车充电繁琐、蓄电池电量有限、续驶里程短等不足。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于电动自行车
技术介绍
随着人们生活水平的不断提高，对能源的需求大幅度增加。化石能源作为不可再生能源正日益枯竭，而且它所造成的环境污染日益严重。太阳能是首屈一指的可再生清洁能源，它是储量最为丰富、使用最为安全、开发最为清洁的能源，几乎地球上每个角落都有太阳能的存在。太阳能光伏供电作为绿色新能源供电方式，得到了越来越多的应用。太阳能光伏电池的输出功率随其表面的温度和光照强度的变化而变化，具有明显的非线性。环境的变化(如树荫、多云天气、道路倾角等)导致太阳能光伏电池单独供电时无法保证负载持续稳定的工作。为了保证负载能够正常稳定地工作，一般光伏系统要加入辅助电源以在太阳能光伏电池无法满足负载供电需要时作为备用。近年来，电动自行车以其轻便、快捷、经济、环保等特点，赢得了众多消费者，成为国内外流行的交通工具。现有的电动自行车主要依靠市电(如220V交流电)向其蓄电池充电后行驶，这就要求有市电电源插座才能充电，且充电时间长、频次高，续驶里程短。太阳能电动自行车将太阳能光伏发电技术与电动自行车相结合，可以在阳光下随时为蓄电池充电，克服了现有电动自行车充电时间长、频次高，续行里程短等不足。目前公布的太阳能电动自行车大多是将小功率太阳能电池组件与蓄电池通过导线直接相连，太阳能电池组件将太阳能转化为电能储存在蓄电池中，由蓄电池向系统供电。只要电动自行车在阳光下就可以给蓄电池充电，在一定程度上延长了电动自行车的续驶里程。光线较弱时太阳能电池组件电压降低，当蓄电池电压高于太阳能电池组件电压时蓄电池会对太阳能电池组件产生回流，对太阳能电池组件造成损害。由于太阳能电池组件的输出特性随外界环境变化，太阳能电池组件对蓄电池的充电过程也会随外界条件变化，不能有效的给蓄电池充电，也会影响蓄电池的使用寿命。专利“太阳能电动自行车”(专利技术号201120339421. 9，专利技术人林曦等)在太阳能充电包与蓄电池之间加入了太阳能控制器，可对蓄电池的充电过程进行控制。太阳能控制器同时与电机控制器相连，可以将太阳能充电包转换的电能直接供车体行驶使用，另一部分多余的太阳能则转换为电能储存在锂电池中，以备电动自行车在光照不足时使用。这样就大大延长了电动自行车的续驶里程，同时避免了光照弱时蓄电池对太阳能充电包的损坏。专利“光伏电源控制器及光伏发电系统和独立光伏式农业大棚”(专利技术号201120427922. 2，专利技术人陈学力等)公开了一种光伏电源控制电路，它有最大功率点跟踪功能，蓄电池过充电和过放电保护功能，可令太阳光线明亮时使用太阳能直流输出端的负载用电量仅来自太阳能电能的DC-DC变换输出，同时在夜间或光线昏暗时蓄电池又可为太阳能直流输出端供电；这样提高了系统电能利用效率，也可减少系统蓄电池的配置容量和设备投入。蓄电池和太阳能电池组件是分时供电的，在太阳能电池组件供电时蓄电池不参与供电，随着环境的变化，太阳能电池组件的输出功率会有变化；该系统不适合用在交通工具上，因为交通工具时刻在运动，周围环境变化较快如遇到阴影、道路倾角等，会导致两电源交替导通，系统的开关反应会有迟误，导致系统运行不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提高电能利用效率，增加电动自行车续驶里程，延长蓄电池使用寿命，并有效带动电动自行车在不同路况和天气条件下平稳运行的太阳能电动自行车混合能源控制系统及其控制方法。本专利技术太阳能电动自行车混合能源控制系统包括太阳能电池组件、DC-DC变换器、充电开关管Q1、蓄电池、放电开关管Q2、二极管D1、二极管D2、电源锁、电机控制器、电动自行车电机、第一电压/电流采样模块、微控制器、开关管控制电路、第二电压/电流采样模块、调速转把、右闸把、温度传感器、转速传感器、光照度传感器、左闸把、显示模块。所述太阳能电池组件与DC-DC变换器相连，DC-DC变换器通过充电开关管Q1与蓄电池相连，同时DC-DC变换器通过二极管D1与电源锁相连，蓄电池通过放电开关管Q2、二极管D2与电源锁相连，电源锁通过电机控制器与电动自行车电机相连。所述二极管D1可避免蓄电池单独对电动自行车供电时DC-DC变换器消耗能量或对太阳能电池组件产生回流；所述二极管D2可避免从蓄电池放电回路向蓄电池充电；所述充电开关管Q1闭合时允许给蓄电池充电，关断时停止给蓄电池充电；所述放电开关管Q2闭合时允许蓄电池放电，关断时停止蓄电池放电。所述微控制器与第一电压/电流采样模块相连，用于检测太阳能电池组件的输出电压Us和太阳能电池组件的输出电流Is，进而得到太阳能电池组件的输出功率Ps，其中Ps=UsX Is。所述微控制器与第二电压/电流采样模块相连，用于检测蓄电池的电压Ub。微控制器根据采集到的蓄电池的电压Ub控制充电开关管Q1和放电开关管Q2的通断，防止蓄电池过充电、过放电，延长蓄电池的使用寿命；根据蓄电池的电压Ub选择合适的充电方式,对蓄电池进行充电。所述微控制器与光照度传感器、温度传感器相连，用于监测太阳能电池组件工作环境的光照度和温度。所述微控制器与调速转把相连，用于检测电动自行车的设定速度。所述微控制器与转速传感器相连，用于检测电动自行车电机转速，所得电动自行车电机转速与电机所在车轮的周长相乘即得电动自行车的运行速度。所述微控制器分别与左闸把、右闸把相连，用于检测刹车信号。所述微控制器与显示模块相连，用于显示光照度、温度、蓄电池剩余电量、太阳能电动自行车的运行速度。所述微控制器根据获得的太阳能电池组件的输出电压、输出电流、蓄电池的电压输出相应的控制信号，控制所述DC-DC变换器的输出电压、所述电动自行车电机的转速以及所述蓄电池的工作状态，使所述太阳能电动自行车的运行速度达到所述太阳能电动自行车的设定速度。所述混合能源控制系统进一步用于当蓄电池电压低于蓄电池过放电压时，充电开关管闭合，放电开关管断开，只允许蓄电池充电不允许蓄电池放电；当蓄电池电压高于蓄电池过充电压时，充电开关管断开，放电开关管闭合，只允许蓄电池放电不允许蓄电池充电；当蓄电池电压介于蓄电池过充电压与蓄电池过放电压之间时，通过判断电源锁的状态，进一步判断电动自行车电机是否工作；当电源锁接通时，充电开关管断开，微控制器控制DC-DC变换器输出电压为蓄电池电压与放电开关管导通压降之和，实现太阳能电池组件与蓄电池同时供电。双电源供电大大延长了电动自行车的续驶里程；当电源锁断开时，太阳能电池组件通过DC-DC变换器对蓄电池进行充电，微控制器根据蓄电池的剩余电量控制DC-DC变换器的输出电压，选择相应的充电方式对蓄电池进行充电。本专利技术还提供了一种应用于所述太阳能电动自行车混合能源控制系统的控制方法，其工作过程如下: (I)、微控制器上电后首先对太阳能电动自行车混合能源控制系统进行初始化，然后微控制器采集太阳能电池组件的输出电压Us、太阳能电池组件的输出电流IS、DC-DC变换器的输出电压Ud、DC-DC变换器的输出电流Id、蓄电池的电压Ub、光照度G、温度T、负载电流仁、太阳能电动自行车的设定速度％、太阳能电动自行车的运行速度V等信号，微控制器通过显示模块显示光照度G、温度T、蓄电池的剩余电量S0C、太阳能电动自行车的运行速度V，其中所用蓄电池为锂电池组，蓄电池的额定电压Ub = 36V，蓄电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能电动自行车混合能源控制系统，包括太阳能电池组件、DC?DC变换器、蓄电池、电机控制器、电动自行车电机，所述DC?DC变换器输入端连接所述太阳能电池组件，所述DC?DC变换器输出端通过所述电机控制器连接所述电动自行车电机，其特征在于：还包括微控制器、充电开关管Q1、放电开关管Q2、开关管控制电路、第一电压/电流采样模块、第二电压/电流采样模块，所述DC?DC变换器输出端与所述蓄电池相连接，所述充电开关管Q1位于所述蓄电池和所述DC?DC变换器之间，所述蓄电池通过所述放电开关管Q2与所述电机控制器相连，所述太阳能组件通过所述第一电压/电流采样模块连接所述微控制器，所述微控制器通过所述开关管控制电路分别连接并控制所述充电开关管Q1和所述放电开关管Q2，所述微控制器通过所述第二电压/电流采样模块分别连接并监控所述蓄电池和所述电机控制器。
【技术特征摘要】
1.一种太阳能电动自行车混合能源控制系统，包括太阳能电池组件、DC-DC变换器、蓄电池、电机控制器、电动自行车电机，所述DC-DC变换器输入端连接所述太阳能电池组件，所述DC-DC变换器输出端通过所述电机控制器连接所述电动自行车电机，其特征在于:还包括微控制器、充电开关管Q1、放电开关管Q2、开关管控制电路、第一电压/电流采样模块、第二电压/电流采样模块，所述DC-DC变换器输出端与所述蓄电池相连接，所述充电开关管Q1位于所述蓄电池和所述DC-DC变换器之间，所述蓄电池通过所述放电开关管Q2与所述电机控制器相连，所述太阳能组件通过所述第一电压/电流采样模块连接所述微控制器，所述微控制器通过所述开关管控制电路分别连接并控制所述充电开关管Q1和所述放电开关管Q2，所述微控制器通过所述第二电压/电流采样模块分别连接并监控所述蓄电池和所述电机控制器。2.根据权利要求1所述的太阳能电动自行车混合能源控制系统，其特征在于:还包括二极管D1、二极管D2和电源锁，所述DC-DC变换器通过所述电源锁与所述电机控制器相连，所述二极管D1位于所述DC-DC变换器与所述电源锁之间，所述二极管D2位于所述放电开关管92与所述电源锁之间。3.根据权利要求1所述的太阳能电动自行车混合能源控制系统，其特征在于:还包括光照度传感器、温度传感器和转速传感器，所述光照度传感器、温度传感器和转速传感器分别与所述微控制器相连。4.根据权利要求1所述的太阳能电动自行车混合能源控制系统，其特征在于:还包括调速转把、左闸把和右闸把，所述调速转把、左闸把和右闸把分别与所述微控制器相连。5.根据权利要求1所述的太阳能电动自行车混合能源控制系统，其特征在于:还包括显示模块，所述显示模块与所述微控制器相连。6.一种应用如权利要求1所述的太阳能电动自行车混合能源控制系统的太阳能电动自行车混合能源控制方法，其特征在于包括如下步骤: (1)、微控制器上电后首先对太阳能电动自行车混合能源控制系统进行初始化，然后微控制器采集太阳能电池组件的输出电压Us、太阳能电池组件的输出电流IS、DC-DC变换器的输出电压Ud、DC-DC变换器的输出电流Id、蓄电池的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李孝禄，李娟，孙在，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：
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