电动车电器知识讲座

电动车电器知识讲座。

电动车作为机械、冶金，电子、电机、能源，新材料等诸多产品的集成，同时也是诸多领域技术的综合。各种学科技术互相结合，互相影响，相互制约，又发挥各自的功能特点，从而形成了电动车技术的独特特点。随着世界石油资源日趋枯缺和对生态环境保护的紧迫需求，电动车作为绿色环保交通工具，它将带动相关产业实现新的飞跃和发展，市场潜力巨大。

但电动车这一门技术因其尚未完全成熟，目前仍处于不断前进和完善的阶段，不可避免地会出现各种各样的问题，从而决定了这是一项需要科学态度又需要艰苦，细致的工作。

电动车由整车系统和驱动系统、控制系统、电池、充电器等电器部分组成。

现在我们来了解一些电动车的电器部分相关知识。

一、驱动系统：

驱动系统是电动车的核心。在电动车上采用直流有刷电机，交流异步电机，永磁无刷电机和开关磁阻电机等种电机作为驱动电机。在结构上也在向机电集成驱动系统和机电一体化驱动系统发展。

1、在结构形式上目前有以下几种形式：

1）摩擦驱动结构——在车轮上方装置一个电机，通过电机驱动滚轮，再摩擦带动车轮运动。其优点是传动形式简单，直观，维修方便。缺点是摩擦传动的效率稍低，并且受环境影响较大。

欧洲地区多采用此结构，几年前成都“倍特”电动自行车就采用此结构。

2）链轮传动结构——在车架上装置电机或加一套减速机构，通过驱动链轮带动链条（带）传递后轮使其运动。其优点为结构合理，整车重心低，动态平衡。缺点是链条及链轮传动的效率较低。

电动滑板车大部分都采用此种结构。

3）轮毂驱动结构——将电机做成轮毂式，直接驱动车轮运动。优点是结构紧凑，传输效率高，是一种比较有前途的驱动形式。目前电动自行车绝大部分都采用此种结构。

4）后桥差动结构——将电机，减速齿轮，差速器做成一体后桥式，直接驱动后轮运动。优点是结构一体紧凑，安装方便。目前老年代步车，大型电动车大部分都采用此种结构。

2、电动车用电机按电气性能目前可分为：

1）交流异步电机：它由定子，定子绕组，转子组成。三相交流正弦波电流通过定子线圈，产生旋转磁场推动转子旋转。

其特点是结构简单，坚固耐用，运行可靠，成本低廉，转距脉动低，噪声低。它的矢量控制调速技术（变频）也比较成熟，驱动系统有明显的优势，在美国成为电动汽车驱动系统主流产品。其最大不足是驱动系统（dc-ac）复杂，成本高，电机功率密度和效率相对永磁电机偏低。

2）直流有刷电机：它分为激磁式电机和永磁式电机。激磁式电机是由直流电流通过激磁线圈产生磁场，以及经炭刷，换向器换向到转子绕组，从而推动电机转子旋转。

上世纪八十年代以前几乎所有车辆牵引电机都为它，这是因为直流激磁式电机具有起步。加速。牵引力大。

永磁电机则采用永磁磁体的磁场以及炭刷，换向器换向，去推动转子旋转。这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，从而提高了机电转换效率。对于使用车载有限能源的电动车来讲，十分重要。

可以降低行驶电流，延长续行里程，现在大部分中小功率的电动车均采用永磁电机。

3）开关磁阻电机：定子采用简单的集中绕组，而转子是凸极无绕组结构。特点是结构紧凑牢固，无炭刷和换向器，适合于高速运行，性能可靠。

但目前它的转距脉动较大，噪声也大，功率密度和效率也偏低。此电机的机理和设计理论有待进一步深入研究与完善，作为电动车辆牵引电机具有较强的潜在优势。

3，电机按动转部位不同，可分为：

1）内转式电机：电机轴旋转，机壳固定。摩擦驱动结构，链轮传动结构和后桥差动结构均采用此类电机。

2）外转式电机：电机轴固定，机壳旋转。轮毂驱动结构均采用此类电机。

4，直流永磁电机：

直流有刷电机技术成熟，调速控制系统简单。但是它们的缺点也是显而易见的：由于要通过炭刷和机械换向器进行换向，结构复杂。

随着转速升高和电流较大，换向器表面产生火花，炭刷随着转速高，磨损也加大，从而故障率也较高。随着稀土永磁以及电子元器件的快速发展，一种不需要机械换向器进行换向和炭刷的直流永磁无刷电机应运而生。它运用电子换向器进行无接触换相，不会产生机械磨损和火花，结构紧凑牢固，噪声极低，而且功率密度和效率都较高。

下面分别介绍：

1）有刷电机：它由定子（永磁）、转子（线圈绕组）、机械换向器组成。经换向器调换方向的直流电流通过线圈绕组，产生感应电动势，在与定子永磁的磁场相互作用下，推动转子旋转。

有刷电机按速度又可以分为：a)、有刷低速电机：电机速度在250rpm左右，可以直接驱动轮毂旋转。

优点：速度低、换向刷炭与整流子磨损次数少又没有齿轮减速，噪声较低，寿命相对高速电机长。结构上相对高速电机简单可靠，技术成熟。

缺点：重量较重，在非电动状态下，受磁力作用，加上炭刷与整流子磨擦、转动有滞阻。

b)、有刷高速电机：电机速度在2800rpm左右，通过减速装置再驱动轮毂旋转。优点：

启动力距大，爬坡过载能力强，效率高，在非电动状态下不受磁力、炭刷磨擦影响，旋**如。缺点：速度高、炭刷与整流子磨损次数多，磨损大，减速又增加了齿轮磨损问题，所以结构复杂、寿命相对短、价位高。

2）无刷电机：它由定子（绕组线圈）、转子（永磁）、位置传感器组成。定子各组绕组线圈依照位置传感器的传输，按一定的顺序通电而产生感应电动势，在与转子永磁的磁场相互作用下，推动转子旋转。

无刷电机按速度也可以分为：a)、无刷低速电机：速度在250rpm左右，可以直接驱动轮毂旋转。

优点：结构简单，无磨损，寿命长。缺点：

由于采用无刷结构则必须有一个电子换相器来解决直流电流换向的问题，所以控制器比较复杂，价位比较高。在非电动状态下运行也受磁力作用影响，轮毂转动有一定的滞阻。电机由于增加了位置传感器，以至引线为多根。

b)、无刷高速电机；电机转速在2800rpm左右，通过多极减速装置，再驱动轮毂旋转。优点：体积小，重量轻、启动力距大，爬坡过载能力强，效率高。

在非电动状态下不受磁力作用影响，旋**如。缺点：齿轮减速增加了齿轮磨损问题，结构较无刷低速电机复杂，价位较无刷低速电机高。

总之，直流有刷电机较直流无刷电机：骑行电流稍大，但电机，控制器成熟可靠，价位低。直流无刷电机结构简单，无磨损寿命长，功率密度高，效率好。作为电动车的驱动电机有独特的优势。

高速电机较低速电机：结构复杂，价位高，寿命稍低。但效率高，爬坡过载能力强，非电动状态下不受磁力作用影响。

3) 电机几个参数间的关系：额定功率 = 额定电压 x 额定电流 x 效率。

额定电流 =.额定功率 ÷ 效率 ÷ 额定电压

效率 = 额定功率 ÷ 额定电压 ÷ 额定电流 x %

额定扭矩 = 额定功率 ÷ 额定转速 x 9.549

二、控制系统：

控制系统是电动车指挥系统。它由控制器，调速把，刹车断电把，组合开关，仪表，线束等组成。其中控制器最为复杂，重要。

目前现在大部分的电动车均采纳永磁电机，它的控制器主要有二种：一种是有刷电机的控制器，此控制器成熟可靠，价位低，使用较多。另一种是无刷电机的控制器，较有刷电机控制器复杂，价位相对略高。

1、目前电动车直流电机控制器有多种，它们基本上都是采用pwm方式（即脉宽调制方式）来控制输出电压从而对电机进行调速。控制部分分别采用分立元件，集成电路和单片机等不同，驱动部分大都采用大功率mos管。

2、控制系统的基本功能：一般来说控制系统具有下述五大功能：

1）显示功能——电量显示：根据电池放电特性，定性或定量地表达电池电量下降的过程。速度显示：

对速度、行驶里程等根据实际需要进行测定显示。其它功能显示：方向显示，制动显示，时间显示等等。

显示方式可以是led发光管、液晶、荧光数码管、指针式仪表等。

2）无级调速功能——它通过旋转调速把来输出变化的信号，并将此信号调节占空比，控制大功率mos管的输出，从而改变电机的转速，实现无级调速。调把把目前基本上有两种型式，一种是光电式；一种是霍尔传感式，其原理都是改变光电元件位置和霍尔元件与磁极的位置来输出变化的电压。它们都是非接触式控制，几乎不存在寿命问题，故可靠性很高。

3）限流功能——当电动车启动时，电机启动电流是额定电流的数倍，机械冲击。电流冲击很大。直流有刷电机而且易在电刷和整流子之间产生火花，反复启动更易损坏电机，电池和控制器。

在行驶中由于路况不佳等等原因，电机电流也会非常大。控制器设置限流功能后，电机即可减小冲击，又可保护电池和控制器。目前电动车大部分采用的控制器输入电流限制方式，限流值根据不同车型分别不等。

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