电动车主要配件知识

电动自行车控制器的技术原理解析来自：互联网2010年12月28日作者：佚名评论(0)现代电动自行车技术的发展已使控制器远远超越了传统的单一驱动控制功能，成为了电动自行车的能量管理与控制中心，这是保障电动自行车安全行驶、舒适骑行、获得高动力性能与经济、节能的核心与关键。它对各种工作状态信息进行采样、比较与分析并转换为一系列控制或保护指令，自动监控电机和控制电路使电动自行车得以安全可靠运行。电机的控制系统性能与质量的优劣将决定电动自行车的动力性能、驾驶性能和安全性能。电动自行车控制器的产品日新月异，技术突飞猛进，但电动自行车行业里人们的认知水平参差不齐，为普及电动自行车控制器的知识和提高这一门类科技水平，在这里，我们从基本控制原理到由单片机(MCU)控制构成的智能化系统做相应的介绍。为了说明原理，我们将电动自行车电机(有刷、无刷)的主控回路等效为简单的电机控制电路如下图1-1加以说明：根据电机的工作特性，改变电枢电压，就能改变电机的转速，由于电动自行车的电池电压基本上是固定的，若想实现速度的调节，那么就必须想办法对施加电机的电枢电压进行调控变换;同时，电动自行车在使用中遇到堵转、上坡等实际情况时，它的工作电流会非常大，从等效电路可以看出，虽存在只有0.4Ω左右的内阻，但如果按电源电压48V计算，其电流值I=U/R=48V÷0.4Ω=120A，这么大的电流，它的危害可想而知：对电机自身易烧毁绕组，对整车易烧毁主回路导线，同时易造成电池过放电，使电池损毁等致命问题。如何解决在电池供电条件下实现电机速度的调节?如何对电流进行操控?这是本章引入的主题，也是我们要阐述电动自行车控制系统的基本原理。我们知道，电机为电感性负载，电感又是个储能元件，电感线圈在突然断电时，会产生泵升电压，即反电势，那么就可将其看作为可变电压源。这样我们就可以将电动自行车所使用的永磁电机主控回路等效为如下图1-2电路，进行剖析：那么，根据以上等效电路，我们就可以找出它的计算方法，如果对电机外施加电压U，其电压方程式为：U=E+IR+L公式(1-1)产生的反电势为：E=KE公式(1-2)产生的电磁转矩为：T=KTI公式(1-3)式中KE为反电势常数、KT为转矩常数，n为电机转速。这几个公式的物理意义：反电势E可以看作为可变电压源，它和电机转速成正比关系;电磁转矩T与电枢电流I也成正比关系;电枢内阻R(通常很小)，在电机起动和堵转时有一定的限流作用;电枢电感L对动态性能有影响，当电枢以断续供电时，对电流脉动起平滑滤波作用，电流的上下波动很小，其转矩的波动也很小。如下图1-3所示。基于这样的特性，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，认知和掌握这一规律，实质上是我们在以下章节中讲述的重点概念PWM(PulseWidthModulation，简称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。电动自行车控制器是借助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。这种控制方式很容易通过单片机得以实现，因此无论是有刷电机还是无刷直流电机，它的控制系统均能实现PWM控制，从而为电机的控制数字化提供了契机。电动自行车用电机控制器原理与维修来源：北京电动车网2010-12-309:58:36我来说两句(0)|复制链接|大中小[提要]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，也影响控制器本身性能和效率。车用电机控制器近年来的发展速度之快，使人难以想象，操作上越来越“傻瓜”化，而显示则越来越复杂化。比如，车速的控制已经发展到“巡航锁定”；驱动方面，有的同时具有电动性能和助力功能，如果转换到助力状态，借助链条张力测力器，或中轴扭力传感器，只要用脚踏动脚蹬，便可执行助力或确定助力的大小。这期本刊开始给您讲述控制器的知识，让您对控制器有一个更全面的了解。一、控制器与保护功能（一）控制器简介简略地讲控制器是由周边器件和主芯片（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，而构成的计算机片。这就是电动自行车的智能控制器。它是以“傻瓜”面目出现的高技术产品。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，有时也会在续驶能力上显示出较大差别。（二）控制器的型式目前，电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近。有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速，只是选用驱动电路、集成电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上的差别。元器件和电路上的差异，构成了控制器性能上的不大相同。控制器从结构上分两种，我们把它称为分离式和整体式。1、分离式所谓分离，是指控制器主体和显示部分分离。后者安装在车把上，控制器主体则隐藏在车体包厢或电动箱内，不露在外面。这种方式使控制器与电源、电机间连线距离缩短，车体外观显得简洁。2、一体式控制部分与显示部分合为一体，装在一个精致的专用塑料盒子里。盒子安装在车把的正中，盒子的面板上开有数量不等的小孔，孔径4~5mm，外敷透明防水膜。孔内相应位置设有发光二极管以指示车速、电源和电池剩余电量。（三）控制器的保护功能保护功能是对控制器中换相功率管、电源免过放电，以及电动机在运行中，因某种故障或误操作而导致的可能引起的损伤等故障出现时，电路根据反馈信号采取的保护措施。电动自行车基本的保护功能和扩展功能如下：1、制动断电电动自行车车把上两个钳形制动手把均安装有接点开关。当制动时，开关被推押闭合或被断开，而改变了原来的开关状态。这个变化形成信号传送到控制电路中，电路根据预设程序发出指令，立即切断基极驱动电流，使功率截止，停止供电。因而，既保护了功率管本身，又保护了电动机，也防止了电源的浪费。2、欠压保护这里指的是电源的电压。当放电最后阶段，在负载状态下，电源电压已经接近“放电终止电压”，控制器面板（或仪表显示盘）即显示电量不足，引起骑行者的注意，计划自己的行程。当电源电压已经达到放终时，电压取样电阻将分流信息馈入比较器，保护电路即按预先设定的程序发出指令，切断电流以保护电子器件和电源。3、过流保护电流超限对电机和电路一系列元器件都可能造成损伤，甚至烧毁，这是绝对应当避免的。控制电路中，必须具备这种过电流的保护功能，在过流时经过一定的延时即切断电流。4、过载保护过载保护和过电流保护是相同的，载重超限必然引起电流超限。电动自行车说明书上都特别注明载重能力，但有的骑行者或未注意这一点，或抱着试一下的心理故意超载。如果没有这种保护功能，不一定在哪个环节上引起损伤，但首当其冲的就是开关功率管，只要无刷控制器功率管烧毁一只，变成两相供电后电动机运转即变得无力，骑行者立即可以感觉到脉动异常；若继续骑行，接着就烧毁第2个、第3个功率管。有两相功率管不工作，电动机即停止运行，有刷电机则失去控制功能。因此，由过载引起的过电流是很危险的。但只要有过电流保护，载重超限后电路自动切断电源，因超载而引起的一系列后果都可以避免。5、欠速保护仍然属于过流保护范畴，是为不具备0速起步功能的无刷控制系统而设置，6、限速保护是助力型电动自行车独有的设计控制程序。车速超过某一预定值时，电路停止供电不予助力。对电动型电动自行车而言，统一规定车速为20km/h，车用电动机在设计时，额定转速就已经设定好了，控制电路也已经设好。电动自行车只能在不超过这个速度状态下运行。控制器的位置不会影响到性能，主要视设计者的意图。但有几项原则：（1）在运行操作允许时；（2）在整体布置允许时；（3）在线路布设要求时；（4）在配套设施要求时。电动车仪表的原理与维修作者：文/EBB沫一美编/唯E来源：全球电动车网日期：2010年10月30日网站：全球电动车网常用仪表功能描述电源指示指示整车电源已经打开电池电压用发光二极管或电压表头指示电池的电压欠压指示指示电池是否低于正常使用值以下过流指示指示当前电机运行的电流超过了允许的最大连续供电电流电机电流显示电机运行的电流大小行驶速度当前行驶的整车速度（km/h）灯具指示指示大灯、左右转向灯、刹车灯是否处于工作状态累计里程指示电动车累计行驶的公里数本次里程本次通电行驶的公里数行驶时间本次通电行驶的时间（时、分、秒）当前温度当前使用的环境温度一、指针仪表1、结构与原理这类仪表包含：累计行驶公里数通过6位数字码盘表显示、整车速度指针表指示（公里/小时）时速、电池电压指针表指示电池电压（伏特）、大灯指示、左右转向灯指示等内容。累计行驶里程数字表是6个“十进制”的齿轮计数器，整车速度指针表是个阻尼转速表，它们共用一个转速输入信号进行换算，通过机械传动实现各自的指示功能。电压指针表是普通的50伏直流电压表头。2、故障检测与维修指针类仪表的集成度比较低，电路的接线比较简单，仪表电路不依赖于控制器电路，能独立工作。机械类仪表的故障主要是引线或仪表头故障。在拆装仪表的时候，需要特别注意的是电源的正负极不能搞错。闪光器是提供转向灯泡间隙电压，以便能使转向灯泡闪烁。闪光器外壳的引脚标注B表示正极（Battery）L表示负极（Light），接线时不能接错。二、液晶仪表1、结构与原理通过专用的霍耳传感器的开关信号，传输给液晶显示仪表总成上的单片机，对单位时间内车轮转动圈数的计数，能算出整车的行驶时速，对行驶时速和行驶时间相乘，能计算出整车行驶累计里程。也有的无刷电机控制器内部选用单片机作为译码芯片，能对电机运行时速和累计行驶里程直接计算出来，输送到液晶显示仪表，这种液晶显示仪表总成内部就没有单片机了。液晶显示仪表最擅长的就是对各种数据（如时速、电池电压、行驶里程、骑行时间、环境温度等）的数字化精确显示，使操作人员能一目了然地看见精确的数值，但是这种仪表的缺点就是抗阳光紫外线辐射能力差，对使用环境温度要求高，所以液晶显示仪表不能长时间放在太阳光底下晒，只能在-10—40℃的环境温度下使用。长时间在高温或低温环境下使用，将导致液晶屏的不可逆损伤，这样液晶屏的显示数值就会模糊，直至无法显示。2、故障检测与维修此种仪表的电路复杂，故障率相对也高。有的液晶仪表电路可以不依赖于控制器电路，能独立工作，有的液晶仪表必须依赖控制器里面的单片机的数字信号才能工作。由于涉及到显示驱动程序的软件与单片机的型号，这种仪表一旦出现故障，只能更换仪表总成。在应急情况下，可以将转把与闸把的引线直接供给控制器使用。三、发光二极管仪表1、结构与原理发光二极管指示类仪表的电路属于电子电路，与整车灯具电路分离。发光二极管模拟指示电池电压的高、中、低和电池是否欠压。其精度比较高，价格便宜，目前在电动车仪表中被广泛采用。2、故障检测与维修发光二极管仪表的信号采集与信号处理采用数字逻辑芯片，电路不依赖于控制器电路，能独立工作。有的电动车转把和闸把的信号经过仪表板过渡，然后输出给控制器。在应急情况下，可以将转把与闸把的引线直接供给控制器使用。四、智能显示仪表1、结构与原理智能显示仪表必须要和相应的智能控制器匹配使用，仪表板上发光二极管的亮和灭的状态受智能控制器的控制。其显示的内容比较多，不但能显示电池电压的高、中、低与欠压，还能显示整车处于何种骑行模式。智能型电动车一般具有三种骑行模式：“1：1助力”、“电动”、“定速”，控制器将目前的整车状态数据传送给仪表电路的驱动芯片，动态刷新点亮相