电动自行车超级电容适配系统基本

摘 要：电动自行车是一种在非机动车道行驶的车辆，既保留着自行车的轻便，又融入了机动车方便的新型。它主要由车体、电机、蓄电池、控制器和充电器组成，是一种符合当今消费时尚的理想交通工具。超级电容器是一种比传统电解电容存储电量大几十甚至几百倍的新型能量存储技术。设计使用一个双向DC/DC变换器对超级电容器进行辅助控制用它连接超级电容器和主电池。控制系统是基于HOLTEK公司的HT46R23型号的单片机产生PWM方波实现对双向DC/DC能量流动的控制。系统由于没有使用集成驱动芯片，而是采用了一种利用三极管和自举电容驱动开关MOET。
关键词：超级电容器；单片机；PWM；MOET

一、工作原理

由于超级电容端的额定电压为17 V，电池端的额定电压为
36 V，故双向DC/DC的升压端接入电池端，降压端接入超级电容
端。当电动自行车处于启动、加速、上坡、逆风或载重行驶状态时，电池会在几秒钟内向电动机负载提供很大的电流，这时可通过速
度检测电路检测到电机加速运行，从而控制单片机产生升压端
PWM电压信号波形，通过驱动电路驱动升压端的MOET开关，
使超级电容存储的电能通过升压DC/DC转换到电池端，使超级电容起到辅助供电的作用。同理，当电动自行车处于减速或制动刹车状态时，负载电动机会产生较大的再生制动能量回馈给直流电源，这时可通过速度检测电路检测到电机减速运行，从而控制单片机产生降压端PWM信号波形，通过驱动电路驱动降压端的MOET开关，使电动机产生的再生制动能量通过降压DC/DC转换到超级电容端，使超级电容储存再生制动能量。超级电容储存的能量，可在平时电池电量不足时作备用电源用。

二、硬件部分

当调节调速装置使电动自行车加速运行时，单片机检测到加
速信号，输出升压PWM方波，控制双向DC/C变换器工作在升压模式，将超级电容器中储存的电能释放出来通过升压转向蓄电池方向，达到辅助电源供电的目的。同理，当调节调速装置使电机减速运行或制动时，单片机检测到减速信号，输出降压PWM方波，控制双向DC/DC变换器工作在降压模式，将再生制动能量通过降压储存至超级电容，达到再生制动能量回收的目的。同时，超级电容两端的电压值还可通过数码管输出显示出来。
系统采用HT46R23型号的单片机控制，其中PWM0和PWM1引用于产生控制升压端和降压端MOET开关的信号波形。当检测到电动自行车加速时，PWM1产生波形控制MOET1开关，使能量向升压断流动，起到辅助电源供电的作用。当检测到电动自行车减速或制动时，PWM0产生波形控制MOET0开关，使能量向降压端流动，使产生的多余的再生制动能量存储到超级电容中。
另外，作为附加功能还可加入数码管显示超级电容端的充电
电压值，以防止对其过电压充电。数码管显示超级电容两端电压电路与速度信号检测和刹车信号检测电路。由于HOLTEK单片机的I/O口输出电流较强，故数码管各段引脚可通过小电阻直接接
入单片机，而不需再外接三极管放大电路，即可驱动数码管显示。

三、软件部分

软件由数据采集、数据显示、双通道PWM输出等模块组成，程序主要实现调速信号采集数码管显示输出和升降压双通道PWM输出两种基本功能。
其中降压端即超级电容端的电压信号是从HOLTEK单片机的A/D转换引脚输入的，通过A/D转换功能转换为数字信号，通
过数学公式计算出输入的电压值，最后将电压值通过查数模表转
换为数码管七段输入信号。

四、未来开发方向

电动自行车的质量直接影响到电动自行车的寿命和行驶的里程，所以说衡量一个品牌自行车好坏的问题最终会落到电池的问题上来。本作品使用超级电容来回收启动、加速和制动等阶段产生的较大能量，从而提高了效率。当然，由于制作时

摘自：毕业论文结论www.udooo.com

间有限，在本设计中还有不少需要改进的地方，但是本设计无疑是未来电动自行车发展的一个趋势。
参考文献：
［1］崔淑梅，程树康，邱长华，等．电动车车辆管理单元的研究［J］．高技术通讯，2000．
［2］王嘉善，王海杰．超级电容器电动车：城市公共交通现代化新模式［J］．城市车辆，2002．
［3］钟海云，李荐，戴艳阳，等．新型能源器件：超级电容器研究发展最新动态［J］．电源技术，2001．
［4］王国庆，林忠富，左伟忠，等．超大容量双电层电容器主要技术参数的测试［J］.子元件与材料，2000．
［5］陈刚，陈德鸿．一种零电压开关双向DC-DC变换器［J］．电力电子技术，2001.
（作者单位 广东省河源市高级技工学校）