电动车基本原理1

1、电动车基础知识介绍电动车是以电能为驱动能源，通过电动机将电能转化为机械能驱动行驶的 车辆。如电动滑板车、电动自行车、四轮电动代步车、电动沙滩车、电动卡丁 车、电动摩托车、电动汽车等。其中：电动自行车是以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力 骑行、电动或电助动功能的特种自行车。一、 主要结构：1、 最高车速:25公里/小时11204、充电器 5、仪表1、电机 2、电池 3、控制器6、前后轮 7、车架 8、塑件等。二、整车主要技术性能：2、整车质量：39公斤3、续行里程：50公里4、百公里电耗：1.5度5、轮径：24吋6、电池种类：铅酸免维护7、电池组标称电压：36伏8、标称容量：12安时

2、9、电动机型式：有刷直流永磁10、电动机额定功率：180瓦11、额定转速：210转/分12、额定电压：36伏13、额定输出转矩：7.5牛.米调速转把左右刹车1、将充好电的电池组装到车子上并打开电源开关，2、可以转动调速转把，调速转把会给控制器一个对应转把转动角度的电压信 号。控制器根据这一电压信号确定对电机的输出功率。常规转把初始位置到最大转角位置的输出电压信号对应为 0.8V4.2V，控制器确认的电压 围是1V4V，也就是说当调速信号从1V上升到4V时控制器提供给电 机的功率为从 0%100% 。3、控制器在接到调速信号时， 在没有刹车信号的情况下则根据调速信号电压 的数值所对应的输出占空比

3、例，通过斩波控制电机的输出功率。也就控制 整车的行驶速度。4、如果有刹车信号，即使有调速信号仍然停止对电机供电。5、从电锁开关下端将电池组电压送入仪表显示电量， 由于铅酸电池在中等倍 率放电条件下，放电平台基本是一条斜线段，将斜线段上的电压值表达出 来就基本表达了电量。标称 36V 的电池组用电到 31.5 ±0.5V 欠压保护。6、有的车型仪表可显示速度，需要将电机的电压变化接到仪表上，由于有一个公式（电磁感应定律既右手定则） ：E=BLV其中 E 为感应电动势（电机电压）,B为磁感应强度（磁通密度），L为绕组有效长度，V为线速度。 所以可以用电机的电压变化得知车辆行驶的速度变化。

4、 用这个对应关系来 表述车速变化。7、随着电动车功能的不断完善，在基本功能的基础上，许多厂家将摩托车、 汽车领域、家电领域的实用功能概念应用到电动车上，例如：遥控防盗报 警，车头锁、巡航定速、车载音频功放等。8 、 典型接线图四、电动车基本配置：1 、电池组目前电动车用动力源普遍为化学电源蓄电池组，蓄电池是电动车的动力 源泉。目前，制约电动车发展的关键因素是动力蓄电池不理想。蓄电池的主要 作用就是储能，电动车蓄电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。 要使电动车能与燃机车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命 长、成本低的蓄电池。可用于电动车的电池有铅酸免维护电池、镍镉电池、

5、镍 氢电池、锂离子电池、锌空电池、燃料电池等。电池的基本概念如下： 容量：用放电电流乘以放电时间所得的安培小时数值来表示电池的容量。 额定容量： JB/T10262 规定用 2 小时率放电容量表示。 小时率电流：表示电池充放电电流的大小的术语。其数值为CX/Y 。用 IX（A）表示。荷电保持特性：充电后的电池开路储存的容量保存性能。 大电流放电特性：以较大的电流放电时的特性。 过放电：电池过放电后再进行充电的容量恢复性能。 过充电特性：电池达到完全充电状态后继续充电的耐充电性能。 循环寿命：在规定的条件下，电池能够进行充放电的循环次数。 低温容量：在低温条件下，电池所能放出的电量。 密封反应效

6、率：气体通过负极吸收还原成水的效率。 限压阀动作：开启和关闭的压力围 安全性：在规定的条件下电池的表现情况。 耐振动：在规定条件下电池振动后的表现情况。组合一致性 ;：串联电池循环使用过程中的电压一致性。1.1铅酸蓄电池（目前国该电池现普遍用于电动车）：铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作燃机车的起动动力源。它也 是成熟的电动车蓄电池，它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本 上能满足小型电动车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低（33 35W h/kg ）,所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是 使用寿命短（ 250 次左右），使用成本过高。前期的铅酸蓄电池功

7、率密度较低，应用到电动车上以后其充电速度及放电能 力都不是太理想，有专家分析考虑通过减薄极板、增加极板片数来提高电化学 反应面积，从而提升反应效率，提升充放电能力；通过紧凑型装配降低电池阻， 再加上活性物质和电解质配方等加以调整，使该类电池对电动车的适应性大为 提高。随着工艺水平的不断提高，该类电池的充放电性能不断提高。电化学方程式：PbO2 + Pb + H 2SO4 峙 2PbSO 4 + 2H 2O1.1.1 电动自行车普遍使用的型号为 6-DZM-10，外形尺寸：151 X 100 X97 mm电动摩托车普遍使用的型号为 6-DZM-14 外形尺寸：181 X 77 X 167 mm随

8、着电池技术的发展，电动车产品的不断升级换代，电池的规格也在不 断变化，单只电池的容量逐步提高，电池组的电压也不断增加。相信不久的将 来加大电池容量将是实现续行里程的首选。在小型电动车尤其是在两轮电动设 计过程中，笔者的观点是优先选择增加电池组容量实现续行里程，尽量避免过 分提升电池组电压实现续行里程，主要原因是电池组电压过高的情况下加强了 电池组的配组要求，由于一致性原因造成电池组早期失效的机会增加。1.1.2很多设计电池串联使用，使用环境温度：在 -10+50 C。1.1.3充电要求：（指电动自行车三只串联使用，由于各厂家产品材料体系或配 方不同，充电参数会有相应变化）第一阶段：恒流以W2.

9、4A流充至电压43.8 士 0.3V;第二阶段：恒压43.8 士 0.3V至电流降到360mA 以下；第三阶段： 恒压41.5-0.5V 浮充至使用1.2 镍氢蓄电池（国该电池现少量用于折叠电动车）镍氢蓄电池属于碱性电池，镍氢蓄电池循环使用寿命较长，无记忆效 应，但价格较高。它的初期购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的 优势，因此其长期的实际使用成本并不高。其比能量达65 80W h/kg，循环使用寿命超过600次。功率密度大于800W/kg 的镍氢蓄电池。我国的稀土 资源比较丰富，该类电池的应用前景比较好。NiOOH + MHM + Ni（OH） 21正极活性物质：氢氧化镍负极活性物

10、质：储氢合金电解质：氢氧化钾1.3 锂离子电池（国未来几年该电池将会普遍用于电动车）锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池，其独特的物理 和电化学性能，具有广泛的民用和国防应用的前景。其突出的特点是：重量轻、 储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下，锂电池的 蓄电能力是镍氢电池的 1.6 倍，是镍镉电池的 4 倍，并且目前人类只开发利用 了其理论电量的20%30%，开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环 保电池，不会对环境造成污染，许多专家认为该类电池时最理想的小型电动车 电池。燃料电池系统是一种新的能源利用和转换装置， 是国际上公认的未来最理想的电动车

11、电源。燃料电池用作电动车电源有以下特点：（ 1）电池本身是一种能量转换装 置，只决定电源系统的功率输出大小；（ 2 ）燃料储存装置决定电源系统的总能 量，可保证有足够的续驶里程； （3）无需充电， 添加燃料非常快捷、 方便；（4） 电池系统寿命更长、更安全、更可靠、更环保；（ 5 ）燃料电池将来产业化生产 的成本下降潜力很大。燃料电池有许多种类型，就电池本身的性能而言，大多看好的电动车用燃 料电池是质子交换膜燃料电池。该电池具有较多的优点。例如：（ 1）运行温度 比较低；（ 2 ）技术相对比较成熟；（ 3）排放产物比较单一；（ 4）功率密度较 大；（5） 启动速度较快；（ 6 ）抗震能力相对较

12、好。由于对该类燃料电池在电 动车应用上的普遍重视，使得近几年来不断的产生该类电池的电动车、电动摩 托车、电动自行车样品。技术性能都相当不错。这也推动了与质子交换膜燃料 电池相关的氢气制取与存储技术的进步，重整制氢与金属储氢技术已接近实用 化水平。_ 0阳极反应阴极反应负载2、电动机：电动机的作用就是实现电能与机械能之间的转换，其能量转换的能力（即 功率）和能量转化的效率是主要的指标。只有具备了一定的功率才能驱动整车 行驶，从车辆使用的角度考虑，涉及到爬坡、迎风、载货、零速启动等工作条 件，电机功率在平路行驶的基础上一定要满足足够的功率富裕。电机效率是影 响整车能量利用率和续行里程及电机可靠性的

13、重要指标。2.1 常用公式：2.1.1电动车电机F=BIL（电磁力定律即左手定则），F代表电磁拉力，B代 表磁通密度，I代表电流，L代表绕组有效长度。2.1.2电动车电机E=BLV （电磁感应定律既右手定则），E代表反电势，B代表磁通密度，L代表绕组有效长度，V绕组运动速度2.1.3输出功率：P2=M X N/9565P2WMmN mNr/min9565变换系数2.2 用于电动车的电机分类：目前用于电动车的电机大多数为直流永磁电机。2.2.1 有无碳刷：有刷电机、无刷电机 有刷电机需要通过碳刷、换向器进行机械换向，无刷电机一般设计成 多相，是通过控制器进行电子换相。有刷电机及控制器系统结构比较

14、简单，成 本较低，维修方便。但存在着到期更换碳刷的问题，由于存在碳刷影响，电机 的效率相对不如无刷电机。有刷低速电机系统的起步性能及低速爬坡能力不如 有刷高速电机。无刷电机无机械换向结构，寿命较长，效率较高，但其控制器 比较复杂，成本也高。随着电子技术的发展，控制器的性价比不断提高，无刷 电机系统将很快成为电动车应用的主流。从长远来讲无刷电机很有可能发展到 无传感器，但是由于电动车的启动要求较高，短期该类研究很难成熟。目前用 在电动车的无刷电机大多数是三相无刷电机，在槽数、极对数、斜 / 直槽等不断 变化改进的发展进程中。会出现多相电机的发展趋势，尤其大功率电机的需求 日益旺盛，多相电机的好处

15、是可以降低每相平均电流降低，便于知道大功率控 制器。目前， 6 相电机已比较成熟，有个别企业在生产； 5 相电机最有前途，由 于其复杂的驱动要求，需要很高的设计水平。2.2.2 有无减速：低速电机、高速电机 高速电机有利于降低电机部分的体积，提高电机的功率密度，降低转子的 质量使其扭矩灵敏度提高，再加上电机有减速机构提高输出转矩，起步加速及 爬坡性能优于直接低速电机。在小型电动车辆上课设计有超越滑行功能，有利 于延长续行里程。由于结构复杂，高速电机的成本及系统的稳定性从某种程度 上将反不如直接低速电机。2.2.3 按外观形状：辐条轮轮毂式电机、整体轮轮毂式电机、圆柱式电机。2.2.4 按额定电

16、压： 24V 、 36V 、48V 、 60V2.2.5 按功率分： 150W 、 180W 、250W 、350W 、400W 、500W 、800W 、 1500W 、2000W 等。2.3 常用电机试验：空载试验、堵转试验、负载试验、温升试验、参数测定、振 动与噪声测定等。2.4 无刷电机一般电气部分出现故障， 在检查绕组引线正常的情况下， 霍尔元件 损坏的情况比较多， 最简单的办法是测量三路霍尔元件信号线对霍尔 5V 电源线 之间的阻值一致性，其次是通电测试有无霍尔信号。手转后轮请缓慢，否则万 用表反应不过来。3 、充电器:3.1 充电器分类 :3.1.1 按电源部分种类：变压器式、开

17、关电源式。3.1.2 按输入电压分： AC110V 50/60HZ 、 AC220V 50/60HZ 。3.1.3 以 36V ， 12Ah 铅酸免维护电池三段式智能充电器为例：输入电压： AC 220 V ，50/60HZ 。恒流阶段充电电流 1.6A ± 0.3A 恒压电压： 44.1 V± 0.5V ， 浮充充电电压 :41.5 ± 0.5V， 恒压转浮充的电流转换点为 300mA, 充电时间：58小时 充电指示：充电器接通交流电后，红色电源指示灯亮，接通电池后充电指示灯 为红色，表示进入充电状态，电池充满后充电指示灯亮绿色，表示电池已充满 并进入浮充状态。

18、4 、控制器:4.1 直流有刷控制器：控制器的功能逻辑在电动车近几年的发展过程中， 经历了许多种变化， 下面 仅介绍主流方案的基本情况。4.1.1 基本功能：4.1.1.1 基本要求：调整手把电压： 1- 4.2 V ， 低电压对应低速，高电压对应高速； 刹车把断电方式：机 械：常 开； 电 子：低电平有效。 电摩控制器：高电平有效4.1.1.2 控制器静态工作电流： < 20mA 。4.1.1.3 限流保护： 15 ± 1A4.1.1.4 工作频率： >14KHz 。4.1.1.5 限速装置：通过对调速信号衰减的方式，在速度信号线上接一电位器（，可510 Q）以实现调速

19、信号的电压围调整，以实现不同车型的最高车速限制。4.1.1.6 欠压保护：31.5 ±0.5V-34V 前值为“保护电压” ；后值为“恢复电压”电瓶电压低 于“保护电压”后，控制器进入欠压保护状态，停止电机运行；电池电压必须 恢复到“恢复电压”以上才解除欠压保护，恢复正常运行。这样可以防止电池 的深度放以电达到保护电池的目的，同时也消除了电池电量不足时出现的运行 脉动现象。4.1.1.7 刹车断电： 当有刹车信号时，控制器停止对电机输出。4.1.1.7 脚踏助力功能： 当中轴转动时将转动状态通过助力传感器采样， 控制器根据助力传感器信 号确定电机输出状态。4.2 直流无刷控制器：4.2.1 基本要求： 传感器安装位置： 120/60 °输入相角； 调整手把电压： 1- 4.2 V ， 低电压对应低速，高电压对应高速； 刹车把断电方式：机 械：常 开； 电 子：低电平有效。 电摩控制器：高电平有效4.2.2 控制器静态工作电流： < 20mA 。4.2.3 工作频率： >14KHz 。4.2.4 限