電動自行車電器系統(tǒng)方案

1、 電動自行車電氣系統(tǒng) 電動自行車電氣系統(tǒng)配置從以下幾個方面介紹：一。電動自行車電池常識雖然動力電池的種類很多，有鉛酸電池、鎳氫電池、鋅空氣電池、鋰電池等，但目前市場上消費者使用的電動自行車絕大多數(shù)還是使用鉛酸（ pbA) 電池。到目前為止，飛利浦生產(chǎn)和銷售的所有電動自行車都是密封鉛酸電池。型號為6DZM10（/T 102622001 ） ，含義：6單節(jié)電池串聯(lián)個數(shù)； DZ電動助力型； M密封的； 102小時額定容量。那是12V / 10Ah。1、電池的結(jié)構(gòu)主要由正極板、負極板、隔板、電池槽、電池蓋、電解液、電極端子組成。(1)電極板：二氧化鉛(pbO 2 )附著在正極板柵上，海綿狀純鉛(Pb)

2、附著在負極板柵上。正極板表面的化學(xué)反應(yīng)比負極板表面的更劇烈。為了保證充放電過程中正極板兩側(cè)的化學(xué)反應(yīng)更加均勻，每塊正極板始終夾在兩塊負極板之間。即電芯的正極板總是比負極板少一個。(2)隔膜：夾在正負極之間的多孔絕緣片。其作用是防止正負極板短路，使電解液充分滲透到極板之間。密封式免維護電池隔膜大多采用超細玻璃纖維隔膜。(3) 電解液：它是硫酸和蒸餾水的混合物。電池在標(biāo)準(zhǔn)溫度 20C 下充滿電時，其比重應(yīng)為 1.28。不允許使用工業(yè)硫酸和含有雜質(zhì)的非蒸餾水。否則，電池的性能會受到雜質(zhì)的影響。(4)外殼：密封免維護電池基本采用ABS塑料，耐酸、耐熱、耐沖擊。單個電池用作電解槽。(6) 電池蓋和螺紋液

3、孔塞、安全閥、正負極端子。飛利浦使用的正極和負極端子銅片寬 6.3 毫米，長 8 毫米。配合或焊接的質(zhì)量有保證。2.鉛酸電池的工作原理當(dāng)電池連接到直流電源充電時，電池將電源的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲存起來，這個過程稱為電池充電。電池的兩端接上負載后，將儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，這個過程稱為電池的放電。電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變成二氧化鉛，負極板上的活性物質(zhì)變成天鵝絨般的純鉛。一個電阻（負載）接在電池的正負極上，電流從正極流向負極。在硫酸水溶液中，部分分子分解為氫離子（H + ）和硫酸根離子（SO 4 2- ）。電池放電時，氫離子向正極移動，化學(xué)反應(yīng)式為pbO 2 +2H + +H 2 SO 4

4、 pbSO 4 +2H 2 O-2e硫酸根離子向負極移動，化學(xué)反應(yīng)式為pb+ SO 4 2 pbSO 4 +2e多余的負電子從負極流過電阻器（負載）并返回正極板。這樣，當(dāng)電池放電時，硫酸與二氧化鉛結(jié)合生成兩個水分子，使電解液的濃度和比重降低，正負極板上的活性物質(zhì)變成硫酸鉛。硫酸鉛的體積和電阻遠大于極板上的活性鉛和二氧化鉛。鉛、二氧化鉛和硫酸鉛的一分子體積比為18:26:49，所以極板上的鉛和二氧化鉛放電后變成硫酸鉛，體積大大增加。如過度放電、硫酸鉛過度膨脹，都會損壞極板。電池充電時，在電流的作用下，電解液中的硫酸根離子向正極移動，與水發(fā)生反應(yīng)，將水中的兩個氫離子置換成硫酸，析出氧離子。此時氧離

5、子失去兩個電子變成氣體，從正極析出，即： 2 SO 4 2- +2H 2 O=2H 2 SO 4 +O 2 +4e同時，氫離子向負極移動，獲得電子后中和成氫，在負極板上析出，即：pbSO 4 +H 2 =H 2 SO 4 +pb正極板上的反應(yīng)式為2 pbSO 4 +O 2 +2H 2 O=2pbO 2 +2 H 2 SO 4在充電過程中，水被吸收生成硫酸，使正極還原為二氧化鉛，負極還原為絨毛狀鉛。結(jié)果，電解液的濃度和比重增加，電池的電阻降低，端電壓升高。充放電循環(huán)過程中的可逆化學(xué)反應(yīng)式如下：pbO 2 +2 H 2 SO 4 +pb = pbSO 4 +2H 2 O + pbSO 4正極電解液

6、 負極電解液 正極電解液 負極三、動力密封鉛酸蓄電池技術(shù)要求（1）質(zhì)（重）能比更高；目前一般可以達到30Wh/kg，但鉛酸電池與鎳氫、鋰電池等一些新型電池相比是最低的，但與過去相比，有了很大的提高。其放電容量根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以兩小時放電率表示。即時間（小時）和放電電流（安培）的乘積。(2)充放電循環(huán)壽命要長；根據(jù)/T 10262-2001 電動自行車密封鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)。在255C的環(huán)境下，以1.0 I 2 (A)的電流放電1.40h，然后以16.00V的恒壓和0.3 I 2 (A)的限流對電池充電5.60h。以上是一個循環(huán)壽命次數(shù)。不應(yīng)少于350次。(3) 組合一致性；目前電動自行車基本采用12V

7、3一組，工作電壓為36V。由于三節(jié)電池串聯(lián)充放電，三節(jié)電池的一致性對循環(huán)壽命影響很大。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，循環(huán)壽命試驗中的電池在放電100次、150次、200次時，測量并記錄放電1.40h時的電池端電壓。按下列公式計算電池端電壓差不應(yīng)高于0.40V。U=EQ F(U1+U2 +U3,3)式中： U 1第100次放電1.40h時端電壓的平均差，V； U 2 第150次放電1.40h時端電壓平均差，V； U 3 第200次放電1.40h時端電壓平均差，V。在生產(chǎn)車間的實際檢查中，電腦是自動選擇的。保養(yǎng)時根據(jù)放電容量進行選擇，使用一段時間有效。(4)自放電率要??；標(biāo)準(zhǔn)中的定義是電荷保持特性。電池充滿電后，擦拭

8、表面，在溫度為 255C 的開路中放置 28d，然后以 2h 的速率進行容量測試。放電，容量保持率不應(yīng)低于85%。由于電池存在自放電現(xiàn)象，在生產(chǎn)周期和銷售過程中，一旦電池距離生產(chǎn)交貨日期超過一個月，就要注意及時補充。存放時間長的電池，由于極板上有氧化層，應(yīng)充電排除后才能正常使用。二。充電器基本技術(shù)要求為了滿足電動自行車電池的正常循環(huán)使用，必須配置合適的充電器。充電器將220V市電（交流電）轉(zhuǎn)換成適合電池電壓的直流電源，既不會對電池充電不足也不會過度充電。自動裝置。目前充電器有幾種類型：變壓器降壓充電器、開關(guān)電源三段式充電器、開關(guān)電源脈沖充電器。1、飛利浦采用開關(guān)電源三段式充電器。開關(guān)電源充電器

9、通過高頻功率管和高頻變壓器降壓，電子元件體積小、重量輕、效率高。高頻開關(guān)電源是1980年代發(fā)展起來的高新技術(shù)成果，目前廣泛應(yīng)用于彩電電源。就其電路原理和電子元器件的可靠性而言，應(yīng)該說是比較成熟的。充電器充電過程的三個階段是恒流、恒壓和浮充。適用于36V/10Ah電池充電器。開始充電時0.2C(I 2 )，以1.8A電流恒流充電。在此過程中，充電器的輸出電壓逐漸升高。當(dāng)上升到44.1V（43.8V44.1V）時，轉(zhuǎn)為恒壓充電。在恒壓充電過程中，隨著電池端電壓的逐漸升高，充電電流逐漸減小。當(dāng)充電電流降低到500mA（即基本充滿）時，充電器必須自動將充電電壓降低到500mA。 41.4V（41V41

10、.4V）。此時進入小電流（250mA300mA）的浮充狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，即使長時間充電，也不會損壞電池。充電參數(shù)要求（36V/10Ah）2、電動自行車充電器是類似的無人看管、長時間使用的家用電器。其阻燃性能；火災(zāi)危險測試要求，電氣強度；漏電流等項目是一些需要按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB4706.18-1999執(zhí)行的要求。飛利浦使用的充電器外殼是鐵殼。 I 類器具：其防觸電保護不僅依賴于基本絕緣，而且還包括額外的安全預(yù)防措施。保護措施是在基本絕緣失效的情況下，可觸及外殼連接到設(shè)施固定布線中的保護接地導(dǎo)體。因此，電源線的三極插頭（Y型接法）必須插入帶有保護地線的家用插座。未經(jīng)授權(quán)不得擅自更改。充電器上有一個

11、電源開關(guān)，可以防止用戶長時間將充電器連接到電源，或者通過插拔電源插頭來切斷電源。由于采用了防護等級更高的鐵殼，外殼的阻燃性能是毋庸置疑的。但是，電源線和插頭以及充電線和插頭必須是經(jīng)過國家認(rèn)證（3C認(rèn)證）的品牌。插頭的注塑材料一般采用35P硬質(zhì)阻燃聚氯乙烯材料（PVC -V ）。3、充電器原理框圖如下：4 .電路原理圖和元件布局如圖1和圖2所示：三。驅(qū)動用直流電機電動自行車的驅(qū)動方式由2000年前剛剛采用的三種驅(qū)動形式組成：后輪摩擦驅(qū)動結(jié)構(gòu)、中軸電機鏈條驅(qū)動結(jié)構(gòu)和后輪轂電機直接驅(qū)動。到目前為止，大多數(shù)都是由輪轂電機直接驅(qū)動的。飛利浦生產(chǎn)的所有電動自行車都是這種類型。電動自行車額定負載的計算公式：

12、運行阻力 F=F G +F Q +F i +F j在哪里：滾動阻力 F G = K/rW （其中 K 為滾動摩擦系數(shù)，r 為車輪半徑，W 為總重量）空氣阻力F Q = 1/2C d SV 2 （其中為空氣密度，C d為空氣阻力系數(shù)，S為迎風(fēng)面積，V為車速）斜坡電阻 F i =Wsin （其中：為傾斜角）加速阻力 F j =F j1 +F j2 （其中：F j1為平移質(zhì)量的慣性阻力，F(xiàn) j2為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性阻力）電動自行車風(fēng)力小于2-3級時；在平坦的地面上行駛；負載為75kg；恒速20km/h時，額定輸出功率約130W。因此，電機的額定功率一般為180W。由于實際行駛速度大多在20km/h以上，

13、接近200W240W。綜合考慮整車重量、電機效率、電池放電率等驅(qū)動系統(tǒng)因素，選擇36V電壓等級。輪轂電機一般有以下幾種：有刷電機輪轂（高速齒輪電機、中速齒輪電機、低速無齒輪電機）和無刷電機輪轂。下面給出一些介紹。1、無刷電機原理圖如下：由于無刷電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電機的通用性和控制器的可靠性較差。人們擔(dān)心的有刷電機的電刷和換向器在實際使用中的壽命超過2000小時。加上價格和成本等原因，無刷電機的使用越來越少，有逐漸退出使用的趨勢。目前，飛利浦生產(chǎn)的所有電動自行車都使用有刷電機。2、前面概述中提到，有刷電機有高速有齒、中速有齒、低速無齒三種。高速電機輪轂在過去幾年中使用較多。其電機轉(zhuǎn)速高達3000

14、轉(zhuǎn)以上，經(jīng)二級正齒輪減速，最后通過單向離合器輸出。 20寸輪轂的一般轉(zhuǎn)速應(yīng)該是205轉(zhuǎn)/分。由于其隨動特性好、重量輕、效率高、負載比較硬、騎行方便等特點，更適合作為電動自行車的驅(qū)動電機。噪音大，傳動機構(gòu)的齒輪離合器易磨損，故障率高，維修困難，電機價格高，因此在與低速電機的競爭中，自行車也停止使用高速電機。目前生產(chǎn)的電動自行車大多使用低速無齒輪電機。由于使用的稀土（NdFeB）永磁材料的最大磁能積（BH）為326-342KJ/m 3 ，磁鋼的厚度從3mm增加到5mm。電機工作點的效率已經(jīng)能夠達到0.75以上。雖然其外載特性比較軟，迎風(fēng)行駛、爬坡和起步性能較差，但具有噪音低、結(jié)構(gòu)單一、故障率低、維

15、修方便、價格低廉等優(yōu)點。因此在整個電動自行車行業(yè)中占有很大的比重。其維修主要是更換碳刷，規(guī)格為61020；更換軸承6002Z；清潔和清潔換向器。中速電機輪轂的結(jié)構(gòu)與高速電機輪轂類似。電機轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)以上，通過行星齒輪減速和單向離合器輸出扭矩。中速電機輪轂具有兼顧高速電機和低速電機優(yōu)缺點的特點，仍然受到部分消費者和廠家的歡迎。因為價格比低速電機貴，而且由于結(jié)構(gòu)比低速電機復(fù)雜，所以故障和維修率也高一兩個百分點，所以總的使用量并不大。3、無齒輪低速電機輪轂特性曲線：四?？刂破骷夹g(shù)要求由于在驅(qū)動系統(tǒng)中使用了電機，所以還有兩種形式。所以控制器也有兩種：一種是無刷電機控制器，系統(tǒng)比較復(fù)雜，另一種是有刷電

16、機控制器比較簡單，用的比較多。飛利浦公司采用全有刷電機控制器。 .控制器的基本功能是調(diào)節(jié)速度。直流電機的調(diào)速采用調(diào)壓調(diào)速。過去是通過改變串聯(lián)電阻值來進行的，效率比較低。近年來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展和成熟，利用場效應(yīng)晶體管（功率MOSFET）等電子功率器件通過脈寬調(diào)制（PWM）來調(diào)節(jié)輸出電壓。以下僅介紹我司使用的部分有刷控制器：1、帶大燈的簡易控制器：集電機調(diào)速、電量顯示、大燈于一體。所有控制器都應(yīng)具有欠壓保護功能（一般為31.5V）、限流保護功能（我司設(shè)置為15A）、抱閘斷電功能（我司現(xiàn)將抱閘接低電位信號） .與控制器一起使用的調(diào)速器現(xiàn)在幾乎完全是“霍爾”調(diào)速器旋鈕。起初電位器容易磨損，后來

17、改進為光控，但時間長了容易臟，影響光控信號。 “霍爾效應(yīng)”是基于磁感應(yīng)原理：當(dāng)改變磁場強度時，“霍爾元件”會改變產(chǎn)生的“霍爾電位”。所謂的“電子剎車桿”也是利用了“霍爾效應(yīng)”?；魻栭_關(guān)一般輸入工作電壓為5V，輸出為14V。但需要注意的是，一旦地線懸空，車把上的輸出端為高電位，即控制器對電機有輸出，車輪轉(zhuǎn)動！這一點在維修時要特別注意，以免誤判。電量顯示其實就是電壓指示，用發(fā)光二極管（LED）點亮來指示相應(yīng)的電量：控制器外接電路原理如下：2、帶豪華儀表盤的控制器：現(xiàn)在用的比較多。這樣，除了滿足上述控制器的一些基本要求外，還有車速顯示。儀表板上的車速顯示有兩種：一種是機械式里程和車速表，利用前輪的轉(zhuǎn)

18、動帶動軟軸顯示車速和里程，與控制器無關(guān)。另一種是利用控制器的輸出電位與地電位之間的電位差作為信號來對應(yīng)車速。另外，手柄工作的5V，手柄輸出的1-4V，剎車時的信號，都是保證正常工作的必要條件。由于目前電動自行車上使用的電動門鎖質(zhì)量參差不齊，有些鎖的觸點接觸不好，容易發(fā)熱導(dǎo)致故障。另外，電動門鎖與控制器距離較遠，主電路來回走動，造成電壓降增加損耗。因此，我們在此類控制器中統(tǒng)一添加了繼電器?？刂破魍獠侩娐肥疽鈭D為了維修方便，我公司的控制器原則上是通用的，在出線連接器上采用統(tǒng)一的規(guī)格和形式。以“新飛利浦快艇”控制器為例，見下圖：主要是了解和掌握這些六芯連接器的線序排列和作用。在維護中，一些問題會很容易解決。另外，如果儀表中的轉(zhuǎn)速顯示是電子的，六芯接頭應(yīng)改為：添加了速度信號。并且這些控制器與線束配合使用。3、有刷控制器的電路原理圖如圖3所示，供參考。四。車輛線束和電氣配置由于新型電動自行車配備了儀表板、大燈、前后轉(zhuǎn)向