电动车/电池原理与分类

导语：易匚品牌汇精选并编辑了各类与电动车相关的信息，希望能帮大家全方位的了解电动车，本文主要为大家介绍的是:【电动车/电池原理与分类】。电动车原理-工艺-技术篇:主要对电动车所使用的能源，电动车的主要原理，电动车的分类，电动车控制器原理，电动车充电器原理等相关内容进行详细介绍。

电动车/电池原理与分类

1.电动车所使用的能源 

电动车所使用的能源有很多，主要有: 铅酸电池(含铅酸胶体电池)、镍氢电池、镍镉电池、镍铁电池、锂离子电池(常称之为锂电池)，燃料电池等。燃料电池是一种电化学的发电装置。它不同于常规意义上的电池。

主要原理是：燃料电池等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能。它不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率高（40－60％）；几乎不产生NOx和SOx的排放。而且，CO2的排放量也比常规发电厂减少40％以上。正是由于这些突出的优越性，燃料电池技术的研究和开发倍受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。

2.电动车的主要原理

主要与电动机有关，电池是串联，只有串联电压才能抬高，电流才会大，电池并联电压和电流是不变的，只是使用寿命会延长。电动机都有自己的额定电压、额定电流、额定功率(通常指输出功率)、额定转速、功率大的转速自然就快。还有另一个原因，就是润滑等，摩擦(机械损耗)也会影响速度。

电动车的马达应该是直流电机，电机内部电磁作用十分复杂，电机部分主要为定子和转子，分别绕有线圈绕组(形式多样)，通过定子的电流为励磁电流，主要是产生磁动势，并建立磁场，转子导线中通有电流，于是在电磁力的作用下运动，主要原理就是法拉第--电磁感应定律。

3.电动车的分类

电动车按类型分可分为：电动自行车、电动摩托车、电动汽车

按电力提供的方式可以分成两大类：一是连接外部电力线来获得电力、另外就是用电池作为电力。

按能源类型可分为：铅酸蓄电池电动车、镍氢电池电动车、锂电池电动车、氢燃料电池电动车

按骑行方式可分为：助力型电动车、纯电动车、半助力型电动车、混合动力电动车。 

4.电动车控制器原理

车用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。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

5.电动车充电器原理 

用电动车充电器根据电路结构可大致分为两种。第一种是以uc3842驱动场效应管的单管开关电源，配合LM358双运放来实现三阶段充电方式。220v交流电经T0双向滤波抑制干扰，D1整流为脉动直流，再经C11滤波形成稳定的300V左右的直流电。U1 为TL3842脉宽调制集成电路。其5脚为电源负极，7脚为电源正极，6脚为脉冲输出直接驱动场效应管Q1(K1358) 3脚为最大电流限制，调整R25(2.5欧姆)的阻值可以调整充电器的最大电流。2脚为电压反馈，可以调节充电器的输出电压。4脚外接振荡电阻R1，和振荡电容C1。T1为高频脉冲变压器，其作用有三个。第一是把高压脉冲将压为低压脉冲。第二是起到隔离高压的作用，以防触电。第三是为uc3842提供工作电源。D4为高频整流管（16A60V），C10为低压滤波电容，D5为12V稳压二极管，U3(TL431)为精密基准电压源，配合U2(光耦合器4N35) 起到自动调节充电器电压的作用。调整w2(微调电阻)可以细调充电器的电压。D10是电源指示灯。D6为充电指示灯。 R27是电流取样电阻（0.1欧姆，5w）改变W1的阻值可以调整充电器转浮充的拐点电流（200－300 mA）。

通电开始时，C11上有300v左右电压。此电压一路经T1加载到Q1。第二路经R5,C8,C3, 达到U1的第7脚。强迫U1启动。U1的6脚输出方波脉冲，Q1工作，电流经R25到地。同时T1副线圈产生感应电压，经D3,R12给U1提供可靠电源。T1输出线圈的电压经D4,C10整流滤波得到稳定的电压。此电压一路经D7（D7起到防止电池的电流倒灌给充电器的作用）给电池充电。第二路经R14,D5,C9, 为LM358(双运算放大器，1脚为电源地，8脚为电源正)及其外围电路提供12V工作电源。D9为LM358提供基准电压，经R26,R4分压达到LM358的第二脚和第5脚。正常充电时，R27上端有0.15－0.18V左右电压，此电压经R17加到LM358第三脚，从1脚送出高电压。此电压一路经R18,强迫Q2导通，D6（红灯）点亮，第二路注入LM358的6脚，7脚输出低电压，迫使Q3关断，D10(绿灯)熄灭，充电器进入恒流充电阶段。当电池电压上升到44.2V左右时,充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在44.2V左右，充电器进入恒压充电阶段，电流逐渐减小。当充电电流减小到200mA—300mA时，R27上端的电压下降，LM358的3脚电压低于2脚，1脚输出低电压，Q2关断，D6熄灭。同时7脚输出高电压，此电压一路使Q3导通，D10点亮。另一路经D8，W1到达反馈电路，使电压降低。充电器进入涓流充电阶段。1－2小时后充电结束。 

6.电动车充电器的分类

充电器的分类： 用有、无工频（50赫兹）变压器区分，可分为两大类。货运三轮充电器一般使用带工频变压器的充电机，体积大、重量大，费电，但是可靠，便宜；电动自行车和电摩则使用所谓开关电源式充电器，省电，效率高，但是易坏。

开关电源式充电器的正确操作是：充电时，先插电池，后加市电；充足后，先切断市电，后拔电池插头。如果在充电时先拔电池插头，特别是充电电流大（红灯）时，非常容易损坏充电器。

常用的开关电源式充电器又分半桥式和单激式两大类，单激类又分为正激式和反激式两类。半桥式成本高，性能好，常用于带负脉冲的充电器；单激式成本低，市场占有率高。 

7.电动车的电池原理是什么？

电池的内部一般是22～28％的稀硫酸。电池正放的时候电解液可以淹没极板并且还剩下一点空间如果把电池横放的话会有一部分电极板暴露在空气中，这对电池的极板非常不利，而且一般的电池的观察孔或者电池的顶部都有排气口与外界相通，所以电池横放电解液很容易流出。蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。

它用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。

放电时：电极反应为:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O

负极反应：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4

总反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反应是放电，向左反应是充电)

蓄电池的应用十分广泛，可用于UPS，电动车，滑板车，汽车，风能太阳能系统，安全报警等等方面。 

8.电动车电池分类

目前电动自行车使用的电池品种不少。除了使用量最大的阀控密封式铅酸蓄电池以外，还有镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、聚合物锂电池、锌空电池、燃料电池等。

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