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电动车 控制器 有关 资料

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电动车控制器标准化浅析浙江畅通电动车有限公司技术部 胡博峰 控制器是电动车电气系统的核心，不但对电动车的随车能量实施管理，而且通过接收的各种信号，对电机的运转进行调控。目前，大多数电动车控制器的生产厂家所采用的控制器电路原理基本相似，既有刷和无刷电机大都采用脉冲宽度调制（PWM）的方式调速，但是由于所采用的主控芯片和周边元器件有差异，不同厂家的电路设计和工艺水平也差别较大，从而使控制器的功能和性能大不相同；另外各厂家控制器的外部接口更是千差万别，这进一步加剧了电动车用控制器品种的混乱，造成了控制器即没有规范性和标准性，也几乎没有互换性和通用性，而由此致使整车厂家在生产和售后服务上都遇到了很大的困难。 本文力图从使用者的角度，通过对控制器结构和功能的分析，针对控制器在性能和接口方面提出一些要求，为控制器的标准化提出一些自己的看法。一、电动车控制器的功能 目前，控制器尚无统一的标准和规范。对电动车整车来说，电动自行车通用技术条件GB17761-1999是行业内唯一的技术标准，该标准也没有对控制器的技术要求作具体规定，但在其相关的内容有以下几条：5.1.1 最高车速 电动自行车的最高车速应不大于20km/h。5.2.8.5 制动断电装置 电动自行车应装有制动断电装置，在制动时应能自动切断电源。5.2.8.6 欠压、过流保护功能 电动自行车的控制器应具有欠压、过流保护功能和短路保险装置。在电动骑行时调速应稳定、可靠。 以上条款规定了电动车控制器必须具备的功能，我们将其视为基本功能，现表述如下：1、控制器应具备调速功能控制器在接收到调速转把的调速信号时，根据信号的大小，对电机的转速进行无极调速。2、控制器应具备制动断电功能 电动自行车的刹把上均装有位置传感元件，当刹车时，改变了原来的状态，这个变化的信号传送到控制器中，控制器立即切断驱动电路，停止供电。这样，即保护了驱动电路功率管本身，又保护了电机，也防止了电源的浪费，还降低了刹车制动力矩，从而保护了骑行者的安全。3、控制器应具备欠压保护功能 电池的过放电对电池的寿命带来极大的损害，控制器的欠压保护电路在检测到电池电压达到设定值时，控制器立即切断驱动电路，停止供电。从而保护电池不至于因过放电带来的损害。4、控制器应具备过流保护功能 电流的超限对电动机、控制器和电路中的所有元器件均可能造成损伤和损害，控制器中的过流保护功能使得控制器的电流不得超过其设定的最大值，从而保护电气系统的元器件不至于烧毁。以上描述的仅仅只是控制器必须具备的基本功能，随着电动车技术的进步，电动车的功能出现了多样性的变化，从而要求控制器的功能也必须多样化。在这里，我们将其称为扩展功能，其主要的有以下几种：1、限速功能 根据GB17761第5.1.1对最高车速的要求，限速功能是通过限速电位器的调节，使不同的电动车采用不同的电机时的最高车速不大于20km/h。2、飞车保护功能 飞车是指当打开电动车的电源锁时，未给控制器施加任何调速信号，电动机自行运转的现象，在控制器内增加飞车保护功能可以提高电动车的安全性。3、热保护功能控制器内的热保护电路在检测到控制器的温升达到设定值时，立即切断驱动电路，以保护控制器内的电子元件不至于烧毁。待控制器的温度下降到许用值时，控制器又可开始工作。4、电助动功能 控制器在接收到助力传感器的信号，即根据信号的大小控制电机的转速，从而使人力骑行和电驱动同时控制电动车的速度，从而实现电助动功能。5、巡航定速功能 巡航定速功能是指控制器在接收到巡航定速信号，锁定电机的转速，使之保持恒定。6、电磁制动功能 电动机和发电机基本都是可逆的。电动机在进入制动状态时，绕组线圈切割磁力线使电动机转换成电磁阻尼元件，实施辅助制动。电子辅助刹车功能增加了电动车的制动力矩，缩短了制动距离，提高了电动车刹车的有效性。7、能量回馈功能 此项功能是电子辅助刹车功能的扩展和延伸，当电动车处于制动状态或下坡行使时，由于切断了电池给电动机的供电，电动车由于惯性和势能的作用，车轮仍推动电动机转动，此时，电动机逆变为发电机，电动车的动能转变电能，控制器内的充电电路使车用电动机发的电能顺利的充入电池，此功能可提高电动车的蓄行里程。8、智能锁功能 智能锁功能是指在关闭电动车主电源时，电动机正反相都存在很大的电磁阻尼，使电动车无法推动，当电源锁重新打开后，还需解码器才能解除电动机的电磁自锁。此项功能提高了电动车的安全性。 以上介绍的是电动车控制器的一些扩展功能，其中反充电功能和智能锁功能都是新近才出现的功能和技术。随着电动车技术的不断进步，电动车控制器还将会有新技术的出现，这就要求电动车的制造者、销售者和维护者根据自身对市场的定位，选择适合自己的电动车和控制器。二、控制器的工作原理和结构 控制器内部原理如下图所示，主控芯片首先接受到经过处理的电源供电，从欠压保护电路检测到的电压值大于欠压值时并且从刹车断电电路检测到的信号处于非刹车断电状态时，控制器才能工作。此时，控制器根据调速电路或助力传感电路的信号，输出相应的脉宽变化的方波信号，驱动电路将脉宽变化的方波信号转换为大小变化的直流信号，经过驱动电路整形、放大后控制电机。调速电路输入的电压信号和主控芯片输出的方波信号的占空比存在一定的关系，且调速电路的电压信号可以通过调速转把无极可调，从而使电机无极变速。 图1 控制器原理方框图 值得说明的有以下几个问题：1、此图为常用的无刷控制器原理框图，有刷控制器内部无位置传感电路；此图相对于只具备基本功能的控制器增加了助力传感电路。2、36V无刷控制器采用LB11690主控芯片时，可以直接驱动电机而无需驱动电路。3、对于无刷无位置传感器的电动机，其控制器外部无位置检测传感器的接口，控制器靠检测电动机三项绕组的反电动势来确定电动机的位置。4、控制器的主控芯片是控制器的核心元件，其种类繁多，现常用的有TL494、LM339、CA3524、HT46系列、MC33035、MC33033、LB11690、PIC16系列、89C2051、TDA5140系列、A8901、A8902、ML4411等。不同的主控芯片适用的电动机不尽相同，要求的线路板不尽相同，因而这也是控制器种类繁多的一个原因。5、控制器和外围电路的接口也是引起控制器种类繁多的重要因素，不同厂家控制器的线色定义和插件形式各不相同，这就进一步增加了控制器的繁杂性，致使控制器几乎不具备通用性和互换性。三、控制器的种类 控制器的分类一般按其控制电机的形式和其所具有的功能来划分，下表是只具有基本功能控制器的分类，可以将其定义为相应的基本型号的控制器，对增加扩展功能的控制器，是在相应基本型上的扩充，这里不在划分.通过以上对控制器原理、结构、功能和种类的分析，就可以初步了解控制器种类繁多、市场混乱的一些原因。作为控制器的使用者，只需关心其功能、性能和接口方式，而无需关注控制器的内部结构。基于这个原因，我们可将控制器视为一个黑箱，按其要求输入控制信号，控制器按控制信号的要求对电机进行控制，从而使复杂问题简单化。在这里，我们对控制器的技术要求和接口方式提出自己的看法，作为控制器标准化的一个依据。一、控制器的技术要求1、外观质量控制器外壳应装配可靠，外壳美观、密封。2、引出线和插件强度控制器的引出线和接插件应具有一定的强度，在施加不超过规定拉力时无松脱。3、调速功能控制器应能根据输入的调速信号，对电机的转速进行平稳、可靠的调节，使电动车实行无极变速。4、限流保护功能控制器的最大输出电流应不大于电机额定电流的2倍。5、欠压保护功能当电池电压下降至标称电压的87.50.5V时，控制器应立即切断驱动电路。6、制动断电功能在输入控制器刹车断电信号线的电位变化时，应能同时改变电动机的断通电工作状态。二、无刷控制器的相位规定 目前，无刷控制器驱动电路和电机绕组线连接的三相输出的三根粗线，以及位置传感电路的检测电机位置的五根细线的定义相当混乱，给电动车的制造和维修都带来了很大的不便，为了减少此种局面，笔者提出以下方案：1、以目前使用最多的主控芯片MC33035管角定义为准，其输