电动自行车知识培训
电动自行车知识培训
兴龙辉公司
开发二部
制作
2013-5-25GOLDEN DRAGON1
目录
一、锂电池知识二、充电器知识三、控制器知识四、电机知识
五、其它配件知识
六、电动自行车整车知识七、总结
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一、锂电池知识
电池是指能够将化学能、内能、光能、原子能
等形式的能直接转化为电能的装置,是一种可以储蓄电能的物体。
电池的分类：
一次电池（干电池）
电池
二次电池（充电电池或蓄电池）
铅酸电池镍充电电池锂离子电池
聚合物态锂离子
电池
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液态锂离子电池
电池的分类：
电池能量（Wh）：
◆定义：指电池储存的电量（能量）的多少，用Wh来表示◆公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×容量（Ah）
◆意义：电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定
做功的多少能量比（Wh/kg 或Wh/L）：
◆定义：指的是单位重量或单位体积的能量
◆公式：比能量＝电池能量／电池重量（或体积）◆意义：能量密度的高低是由材料密度与结构决定的电池容量（Ah）：
◆定义：指从电池获得电量的量或电池所能够储存的电量多寡◆公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）◆意义：容量是电池电性能的重要指标
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锂离子电池
优点：重量轻、体积小，寿命长，无记忆效应，环保。
缺点：价格相对昂贵，发展时间短，制造工艺的成熟性不如铅酸，镍镉及镍
氢电池。
常见可充电电池性能比较：
电池体系
组成负极
锂离子电
碳
池铅酸电池镍镉电池镍氢电池
Pb Cd 储氢材料
电解液正极LiPF6H2SO4KOH KOH
LiMn2O4或
LiCoO2PbO2NiOOH NiOOH
绿色环保环保性能
电池能量密度电压
Wh/L（V）
Wh/kg3.6
充电循
环
自放电率8%20%25%10%
130-150350-400≥30030-5050-6060-70
50-80
200-300
铅污染严重2.0镉污染严重1.2环保
1.2
130-150200-300190-200≥300
我公司电动自行车产品电芯主要采用液态锂离子电池。
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锂电池内部结构：
极柱
安全阀
负极隔膜
正极
外壳
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电动自行车锂电池
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我公司电动自行车产品电芯主要采用18650锂离子电池; 电池组电压主要有25.2V 、36V 、48V 等规格; 电池组容量主要有8AH 、10AH 、11AH 、12AH 、15AH
等规格。
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电动自行车锂电池内部构造图：
外壳
防水圈
电芯
保险丝
开关/显示
LED指示灯
电流采集元件
充电放电端口
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电芯固定架电芯连接片MOSFET 组合
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供电IC
MCU主控制器电池控制板
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电动自行车锂电池原理方框图：
MOSFET组合单元
电
芯
供电
电芯平衡检测与控制单元
电压检测
EEPROM
充电入放电出
电芯
电芯
温度检测
前端硬件保护单元：各电芯数据检测、各功能保护、短路保护、电芯平衡处理、通讯接口等MCU主控制单元：电量计算与指示、通讯数据处理、用户功能处理、辅助保护功能等开关/显示
电流检测
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电动自行车锂电池各组成单元功能：
电芯：
是电动自行车电池的核心组件，是电池的能量贮存和输出单元。一般由多颗液态锂离子电芯或聚合物态锂离子电芯组成。电动自行车电池一般会组成七串、十串、十三串等。常见电动自行车电池所使用的液态锂离子电芯以18650这种规格为主。
前端硬件保护单元：
该单元以定制处理器为中心，完成多串锂电池组各电芯数据检测、过电压保护/欠电压保护/过充电流保护/过放电流保护/高温保护/低温保护等功能保护、短路保护、电芯平衡处理、通讯接口等。其中通讯接口是完成IC与微控制器(单片机)或PC工具之间数据通讯，用于设定IC保护参数和读取电池状态。MCU主控制单元：
该单元以MCU(单片机)为中心，完成电量计算与指示、通讯数据处理、用户功能处理、辅助保护功能等。用户功能处理是指各公司自定义一些非标准功能或特殊功能，是MCU
主控制单元所要完成的主要工作。
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电芯平衡检测与控制单元：
该单元是电芯平衡的前端部分，是输入检测和输出控制部分。电芯平衡是根据检测每节(串)电芯的电压、电流、温度、容量、剩余容量、内阻等进行综合计算，控制调节每节电芯以不同的电流进行充电和放电达到平衡电芯的目的。
MOSFET组合单元：
该单元是各种保护的输出终端部分，起开关作用，当电池出现异常条件保护
执行时关断MOSFET停止对电池充电或放电，保护电芯安全。
电压检测：
将电池电压、充放电端口电压、MCU供电电压等转换并输入到前端硬件保护单元及MCU 主控制单元，用于实现过电压保护、欠电压保护。
温度检测：
通过热敏电阻器将各电芯或部分电芯温度、MOSFET温度、电路板温度转换并输入到前端硬件保护单元及MCU主控制单元，用于实现高温保护、低温保护。电流检测：
通过电流感应元件将主回路电流转换并输入到前端硬件保护单元及MCU主控制单元，用于实现过充电流保护、过放电流保护。
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供电：
该单元是将电池和充放电端口电压变换成低电压(如5V、3.3V等)，供给前端硬件保护单元、MCU主控制单元、其它外围电路。
EEPROM(备选)：
该单元是保存MCU 主控制单元数据及电池运行时的各种实时数据，起到断电保存、数据恢复的作用。
开关/显示：
手动开关，用于启动显示电池剩余电量。LED 灯：
用于显示电池剩余电量。
保险丝：
串入充放电主回路中，在超过流状态下断开充放电回路，防止控制板和电芯因超大电流而损坏。
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二、充电器知识
充电器是一种为蓄电池提供能量的装置，它通过转换方式，将能量提供给蓄电池
并由蓄电池保存。
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电动车充电器:
近几年，电动车普遍使用了三段式充电器，第一个阶段叫恒流阶段，第二个阶段叫恒压阶段，第三个阶段叫涓流阶段。
从电子技术角度针对电池而言：第一个阶段叫充电限流阶段，第二个阶段叫高恒压阶段，第三个阶段叫低恒压阶段比较贴切。
第二阶段和第三阶段转换时，面板指示灯相应变换，大多数充电器第一、二阶段是红灯，第三阶段变绿灯。第二阶段和第三阶段的相互转换是由充电电流决定的，大于某电流进入第一第二阶段，小于某电流进入第三阶段。这个电流叫转换电流，也叫转折电流。
我公司电动自行车产品充电器主要有29.4V3A、42V2A、42V3A、42V5A、54.6V3A、54.36V5A
等规格。
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三、控制器知识
控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、
速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。
控制器分类:
有刷控制器
控制器
60°相位角
无刷控制器
120°相位角
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直流无刷控制器：
我公司电动自行车产品控制器主要采用120 °相位角的直流无刷控制器
。
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直流无刷控制器主控制板说明：
电机驱动IC
散热板固定杆
散热板
热敏电阻器
MOS
驱动管
MOS 固定杆
电流感应元件
电机驱动线
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控制器板背面为MCU 主控制器通讯驱动IC 供电外围元件
供电IC
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直流无刷控制器原理方框图：
驱动供电
温度检测
主供电
电压检测仪表控制
MCU主控制单元：电机驱动、助力/三速/过流/堵转/电压保护/温度保护/刹车/调速/速度计算与控制、通讯数据处理、用户功能处理等
速度检测三速控制
前灯控制
电源入
防盗检测
至电机
三相电机驱动单元
霍尔检测
助力检测刹车检测调速控制
电流检测
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直流无刷控制器各组成单元功能：
MCU 主控制单元：
该单元以MCU(单片机)为中心，完成电机驱动、助力/三速/过流/堵转/过电压保护/欠电压保护/高温保护/低温保护/刹车/调速/速度计算与控制、通讯数据处理、用户功能处理等工作。
三相电机驱动单元：
该单元是三组功率驱动器，将MCU的电机调制信号进行功率放大直接驱动大功率三相无刷电机。另外该单元还设计有反充电功能，在刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维护，延长电池寿命，增加续行里程。
驱动供电、主供电：
驱动供电产生12-20V1A中压电源为三相电机驱动单元和外设供电; 主供电产生5V 或3.3V 0.2A 低压电源为MCU主控制单元和功能检测电路供电。主供电电源取自驱动供电电路。
霍尔检测：
将三相无刷电机的相位霍尔信号转换并输入至MCU 主控制单元，用于实现
电机调制。
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温度检测：
通过热敏电阻器将MOS散热管或MOS散热板温度等转换并输入到MCU主控制单元及MCU主控制单元，用于实现高温保护、低温保护。当电动车长时高负载工作致使控制器内部温度高于设定值时控制器切断驱动输出，防控制器过热损坏; 当冬天气温低于设定值时控制器切断驱动输出，防止电池低温损坏。电压检测：
将供电电压、驱动供电电压、主供电电压等转换并输入到MCU 主控制单元，用于实现过电压保护、欠电压保护等。
当电池电压高于、低于设定保护值时，控制器切断驱动输出，防止因电池过压损坏电机，也防止过放电而损坏电池，起到保护电池和电机的作用。电流检测(保护功能)：
通过电流感应元件将主回路电流转换并输入到MCU主控制单元，用于实现过流保护。当电动车爬坡或者堵转时，将电流限制在设定值，不会因为电流过大而对电机以及控制器产生损害，还可以节能。
仪表控制：
对仪表通讯信号进行处理，实现手动控制自行车控制器实现各功能与显示，如三速/五速控制、前灯控制、限速控制、车速显示、电量显示、累积里程显示、累积时间显示
等。
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速度检测：
通过电机内速度或轮圈霍尔传感器将转速信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现速度和堵转计算。
堵转功能是自动判断电机在过流时是处于完全堵转状态还是在运行状态或电机短路状态，如果过流时是处于运行状态，控制器将限流至值设定值，以保持整车的驱动能力；如电机处于纯堵转或短路状态，则控制器先限流至设定值，2秒后将关断电流，以确保控制器及电池的安全，且节省电能及延长续航里程。
三速/五速控制（功能）：
将三速/五速控制信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现在骑行中调整助力速度(力量)的大小，适应不用的路况，一般分为三档(低、中、高档)、五档(关、低、中、高、超高档)等。
在功能控制中实现了自动限速/恒速功能，如限速20km/h,如果骑行速度高于设定值时电机停转，节约电能，低于设定值时电机驱动辅以动力，使之维持在设定速度值。
助力检测(功能)：
将踏臂的运动信号转换并输入到MCU主控制单元，实现在骑行中自动辅以动
力，停止骑行时停止助力，让骑行者感觉更加轻松，增加电池续航里程。2013-5-25GOLDEN DRAGON
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刹车检测(刹车断电)：
将刹车信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现在骑行中捏刹把时，控
制器会自动切断输出，起到节能以及保护消费者安全的作用。
调速控制(备选)：
通过调速霍尔传感器将调速信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现无级调速和防飞车功能，解决无刷电动车控制器由于转把或线路故障引起的飞车现象，提高了系统的安全性。
前灯控制：
由仪表控制或开关控制将前灯控制信号转换并输入到MCU 主控制单元，用于实现对前灯的控制。
防盗检测：
将防盗信号转换并输入到MCU主控制单元，实现在防盗状态下关断电源和禁止功能操作。
保险丝、LED灯：
保险丝是在超过流状态下断开充放电回路，防止控制板和电芯因超大电流而损坏，
LED 灯用于指示控制器工作状态。
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四、电机知识
电机是用来将电能转化为机械能，
从而带动轮毂转动来驱动电动车
整车行驶的。它相当于电动车的
心脏。
电机分类:
有刷无齿电机有刷电机
有刷有齿电机电机
无刷电机
无刷无齿电机
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24无刷有齿电机
无刷有齿电机：
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电机相关知识：
有刷电机、无刷电机通电原理的区别：
有刷电机是由炭刷与换向器进行机械换向；无刷电机是靠霍耳元件感应信号由控制器完成电子换向。
电机额定电压：
电机在空载状态下运转时的电流，一般情况下空载电流越小越好，此电流主要是电机内部机械结构以及线圈损耗造成。电机额定功率：
电机效率是输出数与输入数之比，此数越接近1代表效率越高。目前常用电机效率不低于76%。
额定扭矩：
扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米N*m。
常用电机的额定扭矩为6N*m。
扭矩的计算公式：
T=9550*P/n
其中T代表扭矩，P代表功率，n代表转速，9550是常数系数。
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匹配问题：
电机与控制器一定要匹配，否则就会出现很多问题，比如说整车振动，行驶噪音大，行驶无力等。
电机效率：
电机效率是输出数与输入数之比，此数越接近1代表效率越高。
目前常用电机效率不低于76%。
空载电流：
电机在空载状态下运转时的电流，一般情况下空载电流越小越好，此电流
主要是电机内部机械结构以及线圈损耗造成。
我公司电动自行车产品电机主要采用无刷有齿电机，功率主要有25.2V250W 、36V250W 、36V350W 等规格。
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五、
其它配件知识
控制仪表就是电动自行车的手动控
制面板，用于转达用户的操作指令给控
制器和显示电动车各种工作状态。
它主要完成控制电源的开启和关闭、控
制助力功能开启和关闭、控制助力档位
、功能切换、显示电池电量、显示实时
车速、显示行车时间、计算与显示累积
里程、显示助力的模式、显示故障状态
等。
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控制仪表控制和显示内容：
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控制仪表功能介绍：
控制电源的开启和关断：
在关机模式下单按电源按钮：开启电动车总电源，电动车进入开机模式，仪表显示内容。在开机模式下，长按电源按钮2秒：关闭电动车总电源，电动车进入关机模式，仪表关闭显示。
打开和关闭背光灯：
在开机模式下单按电源按钮，打开/
关闭背光灯。
控制助力档位、控制助力功能开启和关闭：
在开机模式下单按增大按钮，助力档位增加1档，仪表显示档位，至最大5档时不再增加;单按减小按钮，助力档位减小1档，仪表显示档位，至0时不再减小，同时关闭助力功能。
自动模式(选配)：
在开机模式下长按增大按钮
巡航模式，此功能选配。
功能切换：
在开机模式下单按功能按钮
总里程->单次骑行时间
2013-5-252秒，进入自动模式。自动模式是一种恒速
，功能循环切换，循环切换顺序:循环->->单次里程->最高速度->循环
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显示内容说明：
:显示电池电量;
:显示输出功率;
:显示实时车速;
:显示自动模式;
:显示助力档位;
:轮径设置;
:故障;
:循环;
:总里程;
:单次骑行时间;
:单次里程;
:最高速度;
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六、电动自行车整车知识
电动车简而言之就是以
电力为驱动、以电力为能
源的代步车。电动车分类：
电动自行车
电动三轮车
电动车
电动摩托车
电动汽车
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电动助力自行车
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电动助力自行车各部分示意：前灯刹把控制仪表
锂电池助力传感器
2013-5-25内部：控制器
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电机充电器34
电动助力自行车各部分功能简述：
锂电池:为电动自行车提供电能。
控制器:驱动电机及完成助力行驶各个控制功能。
控制仪表:转达用户的操作指令给控制器和显示电动车各种工作状态。
电机:带动轮毂转动来驱动电动车整车行驶。
助力传感器:
检测人力骑行信号给控制器实现助力(混合动力) 功能。
刹把:刹车控制并实现刹断电功能。
前灯:夜间行车照明作用。
充电器:
为电动车锂电池充电。
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电动自行车相关知识：
电动车组成:
电动自行车是由电池、电机、控制器、充电器、控制仪表和车体等部分组成。
续航里程:
是指电动自行车蓄电池在一次完全充满电的情况下能够行使的最长距离。续航里程与电池容量有直接关系，另外也与电机效率、控制器等有关。爬坡能力:
指在良好的路面上，电动车能爬行的最大坡度。
最高时速:
是指电动自行车在最快速度下每小时能够行驶的距离。目前我国标准规定的是最快时速不超过20km/h。最大骑行噪音:
最高车速作电动匀速骑行时(电助动的以15km/h～18km/h速度电助动骑行)的噪声应不大于62dB。
经济电耗:
以电动骑行（电动助力的以电助动骑行），100km的电能消耗应不大于
1.2KWH。
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脚踏行驶能力:必须具有良好的脚踏骑行功能，30分钟的脚踏行驶距离应不小于7km。助力的舒适性:助力启动必须平稳快速，不应有不适的拌动或启动燥音。
防雨/水性能:
要有较好的防雨/水性能，在雨天关电情况下不应损坏各电子部件。
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七、总结
电动助力自行车是绿色环保的代步工具，我公司开发的电动自行车产品相比于其它公司的同类产品有以下特点：
轻巧轻骑:
采用锂离子电池组中小级容量(36V8-12AH)代替其它大型电池、机械结构阻力小，比较轻巧、轻便、轻骑。
助力舒适:
采用多种新的算法使助力启动平稳迅速，启动中采用了降燥控制，骑行舒适性能较好。
智能混合助力:
在车速较快时减小助力力度，慢速时加大力度;在下坡或其它高速时停止助力; 采用多种节能算法节约电能，使混合续航里程更长，有较好的经济电耗
性能。
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