* * 4. * * 多氟多(焦作)新能源科技有限公司 2016 04 25 二轮车电器部分电机、电池、控制器、充电器工作原理报告 目录表综合分为六大方面电动车发展历史 1 电机分类 2 控制器分类 3 电动车电器组合 4 转把工作原理+控制器工作 5 6 控制器发展展望 6 一、电动车控制器发展历史 控制器的发展是跟随电机的发展而发展:1、80年代中国的民营企业在南方蓬勃发展,杭州金华一个坐自行车的小老板用工业直流电机(36V)+3块12V铅酸电平通过改装做了一辆电动车。2、 事实上,自1992年以来,我国便有了自行车研制和生产的相关电动车产品,特别是从1995年清华大学研制的第一台轻型电动车出世开始,发展到现在的五花八门、林林总总,时间仓促却也催生了一个行业的传奇。掐指算来,电动自行车行业已经经过了十余载,这十余载记载了一个产业成长的神话,也记录了一个从无到有、从有到精,再发展成为目前全世界最大的电动自行车产业的全过程。从第一辆个人的专利制造到第一辆被公安部门正式认证并允许生产的电动车开始,这一个属于中国的新产业迈开了前进的步伐,在短短的十余载内,已经成就了让全世界仰慕的产业规模。3、 启动期:1999-2001年:在这一阶段,电池、电机、控制器、充电器(电动车四大件)等关键零部件在技术上尚不完善,这个阶段也主要是针对电动车四大件等关键技术进行摸索、研究。从技术层面上来说,早期的电动自行车新电池充电一次只能行驶大约30公里,电池寿命短,电机最大输出转矩只有14-18N.M,爬坡能力差,容易磨损,而且电机也都是有刷无齿电机此阶段较为知名的电动车品牌有大陆鸽、千鹤、绿源、英克莱。6、发展期:2009-2014年:电动车保有量从2010年超过1.4亿辆后就继续保持在此基础上的高位增长,电动车社会普及率达到10%以上,每百户拥有电动车数量普及率达到76%,超过自行车、摩托车、汽车等交通工具的水平,成为国内市场容量最大的交通工具,成为名副其实的第一交通工具。以爱玛、雅迪、新日为代表的领军型品牌综合实力得到进一步巩固,以绿源、比德文、立马等为代表的领先型品牌产销量得到进一步提升,以富士达、台铃、小刀、小鸟、绿驹、绿佳、宝岛、澳柯玛、速派奇、真爱等为代表的活力型品牌成为行业发展的中坚力量。此外,行业内仍有一大批活跃在渠道和终端的活跃型品牌值得称赞 4、萌芽期:2002-2005年:在这一阶段,伴随着关键研发技术的不断突破,电动自行车整车性能大为提升,加之全国城市的大规模“禁摩”政策推动,作为自行车、摩托车替代产品的轻型电动车凭借快捷、方便、环保、廉价的优势,迅速被越来越多的消费者认同,。以新日、绿源、千鹤、大陆鸽、英克莱等品牌为代表的上规模企业已经形成,而且按照南北差异,亦形成了行业内的以江苏无锡、浙江、天津为代表的三大产业集聚地,成为“长三角”产业结构升级中的一个新亮点,奠定了电动自行车产业“三足鼎立”(指的是产业基地)的竞争格局5、成长期:2006-2008年 全行业的技术水平大幅度提高,蓄电池寿命和容量提高了35%,电机由单一的有刷无齿电机发展成为以无刷高效电机为主流,寿命提高了5倍,效率提高了近30%,爬坡和载重能力提高约3.5倍。在性能提高的同时,制造成本也大幅度下降,价格功率下降到原来的21%;在控制器系统和充电系统方面,技术水平也大幅度提高。特别是在电池技术和电机技术方面都有了很大的进展,电动车专用铅酸蓄电池在技术上的突破已经领先国际此时的产业规模已达到了年产2100万辆(2007年),社会保有量达到8000万。 6、发展期:2009-2014年:电动车保有量从2010年超过1.4亿辆后就继续保持在此基础上的高位增长,电动车社会普及率达到10%以上,每百户拥有电动车数量普及率达到76%,超过自行车、摩托车、汽车等交通工具的水平,成为国内市场容量最大的交通工具,成为名副其实的第一交通工具。以爱玛、雅迪、新日为代表的领军型品牌综合实力得到进一步巩固,以绿源、比德文、立马等为代表的领先型品牌产销量得到进一步提升,以富士达、台铃、小刀、小鸟、绿驹、绿佳、宝岛、澳柯玛、速派奇、真爱等为代表的活力型品牌成为行业发展的中坚力量。 此外,行业内仍有一大批活跃在渠道和终端的活跃型品牌值得称赞。 二、电机分类 1、电机按供电转换方式分:(1)有刷电机、(2)无刷电机。 (1):有刷电机分为:有刷有齿(有刷高速){有离合、无离合}。有刷无齿(有刷低速)电机。 (2):无刷电机分为:无刷有齿(无刷高速){有离合、无离合}。无刷无齿(无刷低速)电机。 无刷有离合电机是出口型和部分国内轻便电动车使用。无离合电机及低速电机做为电摩及三轮电车主选。近3年出现三轮车大功率叉速电机。500W-3000W.. 无离合电机利用倍压原理把电动车下坡时电机产生的电能电压25V左右提升到 50V.,通过控制器的处理向电池充电。2、电机按放的位置分为:前驱电机、中置电机、悬挂电机、后轮电机等。3、电机按绕线分为:盘式、绕组。4、按组装方式分为:辐条轮电机(12吋、20吋、22吋、24吋、26吋、700C 、28吋)。 轮廓电 机。5、按使用方式:简易自行车电机、电摩电机、三轮车电机、老年轮椅车电机、滑板车电机、平衡车电机等等。 6、按电机有无安装磁钢位置传感器分:有霍尔电机、无霍尔电机 7、按转速分:高速电机、低速电机。 电机是把电能转换成机械能的重要载体。 早期的有刷电机是通过碳刷来实现电机电流在电机磁场内的流动方 向。从而保证电机旋转方向的一致性。 无刷电机是在电机内安装3个霍尔,当做位置传感器。在控制器 中使用专用IC(电流自动换向)。控制器收到电机位置信号而供应不同方向的电流。从而保证电机旋转方向的一致性。 三:控制器分类控制器是为电机服务的。好的电动车是根据电机的特性定制控制器。1、控制器按供电转换方式分:(1)有刷控制器、(2)无刷控制器。2、按电流方向转换方式分:有刷有霍尔控制器、有刷无霍尔控制器。3、按控制信号来源分:力矩控制器、普通控制器。4、按BOMS管个数分:6管、9管、12管等等。5、按输出电流波形分:方波控制器、 正弦波控制器、矢量正弦波控制器。 四、控制器控制原理 高标电动车控制器原理下图就是电动车控制器的控制及显示原理简易图,从图上可以看出控制系统、霍尔传感器、电池、MCU、仪表盘之间的关系。在这一点上,优秀的控制器品牌会做的更为精准、高性能。 1、控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成的。周边器件是一些功能器件,如执行、采样等,它们是电阻、传感器、桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件;单片机也称微控制器,是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起构成计算机片。2、电动车控制器对电动车整车的安全运行都有着重大的作用,在电动车控制器的选择上就很重要。目前市场上做的比较好的电动车控制器就是高标控制器,高标控制器采用最优质的产品元件,搭载高标科技最先进的生产技术,采用高科技生产流程,为消费者和合作商提供最为高端优质的产品。高标控制器具有全兼容技术,超强防干扰,同时还采用EABS技术,能够在不消耗电池能源的情况下,有效提升骑行舒适度,让骑行者体验平稳、安静、快速的骑乘乐趣。3、电动车控制器的设计品质、特性、所采用的微处理器的功能、功率开关器件电路及周边器件布局等,直接关系到整车的性能和运行状态,也影响控制器本身的性能和效率。不同品质的控制器,用在同一辆车上、配用同一组相同充放电状态的电池,有时也会在续航里程上表现出较大的差别。电动车控制器作用重大,广大消费者应当予以重视。好的电动车控制器还能够有效延长电动车其他部件的使用寿命,进而延长整车使用寿命。 五、功能实现示意图 六、具体原理和发展方向 1、电动车控制器的基本原理是在电池电压基本恒定的条件下,采用断续供电的方法,改变电机供电电压的平均值,来控制电机速度、电流的大小。使得电机的 运转符合控制要求,目前主要采取的控制方法是 PWM脉宽调制控制机理,即:在所需的时间内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列电压脉冲,以达到控制频率、电压、电流的目的。电动车控制器是借助 PWM 电路来控制电机输出功率的,实现开关调制作用的是高频开关功率器件 MOS 管,用它来做执行高频斩波断续供电的开关,从而有效地解决了电机的速度和电流的操控性。 2、随着电动车应用的发展,对控制器功能要求越来越高,越来越多元化。电动车中的控制器一般必须具备三大功能: 一是速度调节; 二是过电流控制; 三是欠压保护,具体包括以下一些功能:防飞车功能、欠压保护功能、巡航功能、助力功能、自动识别相位功能、转堵保护功能、短路保护功能、分档式行驶功能、柔性 EABS 刹车功能、反充电功能、零启动功能、低噪声控制功能、短路保护功能、过载保护功能等。 电动车控制器的分类及架构 电动车的控制器按照功率来分大功率控制器、中功率控制器、小功率控制器,按照电机的类型来分类直流有刷控制器和直流无刷控制器,按照在车上的装配位置来分可以分为分离式控制器和一体式控制器。现在很大一部分电动车使用的是无刷控制器。 控制器最基本的功能是驱动控制功能,根据其功能要求最基本的架构是周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能器件,如执行、采样等,它们是电阻、传感器、桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件;单片机也称微控制器,是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起而构成的计算机芯片。 控制器性能主要影响因素 控制器作为电动车的最主要的关键部件,其性能和质量直接关系到电动车的性能和质量,也关系到消费者的直接人身安全,因此对于厂家来说控制器的性能和质量尤其重要。 影响控制器质量和性能的主要因素有以下几点: 1 控制器的元器件的性能和质量,控制器最主要的工作部件是单片机,目 前我国采用的绝大部分的单片机(微处理器)来自于国外进口。其他的 元器件、零配件我国目前基本上能够自主生产,如电感、传感器等。 2 控制器的设计水平,主要是指的是总体结构设计、功率开关电路的布局、 各种周边电子元器件的分布等都关系到控制器的质量。 3 控制器与电机及其他功能部件的兼容程度。控制器作为电动车整车 的控制中枢,直接指挥复杂采集信号的处理和各种指令的发出,因此信号采集部件和指令执行部件的性能对控制器的性能有一定的影响。 * * 4. * *