电动车控制器

电 动 车 电 动 车 控 制 器 随 着 社 会 的 发 展 ， 电 动 车 以 其 安 全 、 快捷 、 方 便 、 易 于 操 作 、 易 于 维 修 、 价 格 低廉 、 适 用 人 群 广 泛 等 优 势 ， 被 越 来 越 多 的人 们 所 青 睐 。 其 电 动 车 的 工 作 稳 定 性 及 安全 是 生 产 厂 家 一 直 在 关 心 的 。 而 控 制 器 则是 整 个 车 子 的 核 心 。 目 录控制器工作原理控制器种类2 控制器常用功能和保护功能3 控制器常见故障分析与建议4控制器的技术要求5 电动车四大件及相互间的关系6 小结71 一 、 控 制 器 的 工 作 原 理 控 制 器 (MCU),驱 动 ,电 机 绕 组 及 霍 儿 位 置 传 感 器 ： 控 制 器 内 部 结 构 控制器功率管 控 制 器 单 片 机 （ MCU） 控 制 器 功 率 管铝 合 金 散 热 片 二 、 控 制 器 的 种 类 现 市 场 常 用 的 5种 智 能 控 制 器 和 一 种 新 型 的 控 制 器 方 波 控 制 器 ： 采 用 霍 尔 传 感 器 采 集 转 子 位 置 ， 以 此为 基 准 信 号 控 制 绕 组 强 制 换 相 而 达 到 让 电 机 转 动 ，因 为 它 的 技 术 成 熟 ， 也 是 市 场 上 普 遍 使 用 的 控 制 器 。缺 点 是 ： 方 波 控 制 器 对 于 整 个 电 动 车 来 说 ， 电 机 换相 导 致 电 流 突 变 而 导 致 转 矩 脉 动 较 大 ， 使 车 子 启 动噪 音 大 且 不 平 稳 ， 起 步 扭 矩 小 ， 效 率 不 高 。1. 零 功 耗 控 制 器 ： 把 电 源 锁 钥 匙 关 掉 ， 然 后 按 一 下 车把 上 的 防 盗 键 。 控 制 器 进 入 防 盗 预 警 状 态 ， 强 行 推动 电 机 时 ， 触 发 控 制 器 里 单 片 机 工 作 ， 喇 叭 会 发 出 报 警 声 并 锁 死 电 机 。 3.无 霍 尔 控 制 器 ： 因 为 没 有 霍 尔 传 感 器 件 ， 所 以 采 用 的 是 一种 反 向 电 压 的 模 糊 计 算 方 式 而 达 到 换 相 ， 这 种 控 制 器 一 般用 在 维 修 市 场 ， 特 点 是 ： 免 去 了 配 对 相 位 的 麻 烦 ， 装 上 就能 使 用 。 缺 点 是 ： 因 没 有 霍 尔 传 感 器 件 ， 所 以 起 步 有 死 角 ，效 率 比 方 波 控 制 器 还 低 。 此 类 型 控 制 器 也 逐 渐 被 市 场 所 淘汰 。4.智 能 双 模 控 制 器 ： 双 模 ， 顾 名 思 义 就 是 两 种 工 作 模 式 ， 普 通 方波 控 制 +无 霍 尔 控 制 ， 在 普 通 状 态 下 ， 控 制 器 可 自 动 识 别 电 动车 电 机 的 换 相 角 度 ， 霍 尔 相 位 和 电 机 输 出 相 位 ， 当 电 动 车 在 正常 行 驶 时 ， 出 现 霍 尔 故 障 或 者 霍 尔 器 件 坏 掉 时 ， 可 以 自 动 检 测到 并 平 滑 的 过 渡 到 无 霍 尔 模 式 ， 方 便 用 户 将 车 骑 到 维 修 店 ， 维修 好 后 又 能 自 动 切 换 回 有 霍 尔 状 态 。 这 种 控 制 器 挤 掉 了 老 的 单纯 的 无 霍 尔 控 制 器 ， 成 为 二 级 维 修 市 场 的 主 要 产 品 。 有 部 分 整车 公 司 也 在 使 用 这 种 控 制 器 。 5.正 弦 波 控 制 器 ： 正 弦 控 制 器 是 理 想 的 控 制 器 模 式 ， 基 于空 间 矢 量 变 频 控 制 算 法 ， 控 制 器 转 换 效 率 高 ， 能 有 效减 少 控 制 器 温 升 和 延 长 电 池 续 航 里 程 ， 解 决 了 车 子 在起 步 时 出 现 的 抖 动 和 不 平 稳 而 且 起 步 扭 矩 大 ， 效 率 高 ，但 温 升 较 快 ， 对 控 制 器 本 身 的 器 件 都 是 考 验 ， 要 配 合正 弦 电 机 才 能 达 到 最 佳 的 效 果 。6.总 线 控 制 器 ： 一 种 新 型 的 控 制 方 式 ， 内 部 同 样 是 采 用 方波 桥 式 开 关 电 路 ， 整 车 的 仪 表 和 控 制 器 是 配 合 使 用 ，车 身 前 后 电 路 连 接 ， 中 间 只 有 三 根 线 ， 一 根 电 源 正 ，一 根 电 源 负 ， 一 根 通 讯 线 ， 采 用 的 是 汽 车 总 线 技 术 。因 其 线 束 少 了 ， 节 点 少 了 ， 故 障 点 也 就 少 了 。 三 、 控 制 器 常 用 功 能 3.1常 用 功 能 ： 1、 自 检 功 能 ： 控 制 器 只 要 在 上 电 状 态 ， 就 会 自 动 检 测 与之 相 关 的 接 口 状 态 ， 如 转 把 ， 刹 把 或 其 它 外 部 开 关 等 等 ，一 旦 出 现 故 障 ， 控 制 器 自 动 实 施 保 护 ， 充 分 保 证 骑 行 的 安全 ， 当 故 障 排 除 后 控 制 器 的 保 护 状 态 会 自 动 恢 复 。 2、 启 动 方 式 ： 软 启 动 和 硬 启 动 。 软 件 启 动 ： 可 以 保 护电 池 ， 保 护 电 机 ， 起 步 平 缓 。 硬 启 动 ： 在 起 步 时 的 电 流是 不 可 控 的 过 载 电 流 ， 起 步 生 猛 ， 对 电 池 同 电 机 伤 害 极 大 3、 防 盗 功 能 ： 针 对 控 制 器 而 言 分 两 种 ， 一 种 是 分 体 式 的 ，和 一 体 式 的 。 车 子 在 防 盗 状 态 下 ， 电 机 在 受 到 外 力 转 动 或者 车 身 受 到 外 界 的 震 动 时 ， 车 子 均 可 发 出 报 警 ， 同 时 锁 死电 机 。 4、 电 子 刹 车 ： 控 制 器 使 电 机 产 生 和 电 机 运 行 方 向 相 反 的机 械 能 ， 起 到 缩 小 制 动 距 离 、 保 护 机 械 制 动 装 置 的 效 果 。 5、 反 充 电 功 能 ： 在 刹 车 、 减 速 或 下 坡 滑 行 时 控 制 器 将 电机 产 生 的 能 量 反 馈 给 电 池 ， 起 到 充 电 的 效 果 ， 延 长 电 池 寿命 ， 增 加 了 续 航 里 程 。 6、 防 飞 车 功 能 ： 电 动 车 控 制 器 不 会 因 转 把 或 线 路 故 障 引起 飞 车 现 象 。 提 高 了 系 统 的 安 全 性 。 7、 1+1助 力 功 能 ： 能 自 动 检 测 中 轴 转 速 ， 实 现 了 在 骑 行 中辅 以 动 力 ， 让 骑 行 者 感 觉 轻 松 。 8、 巡 航 功 能 ： 分 自 动 巡 航 和 手 动 巡 航 ， 能 根 据 需 要 自 行选 择 ， 进 入 巡 航 的 时 间 ， 稳 定 行 驶 速 度 ， 无 须 手 柄 控 制 。 9、 限 速 功 能 ： 按 下 限 速 开 关 ， 电 动 车 只 能 以 不 超 过20km/h的 速 度 行 使 。 3.2保 护 功 能 ： 1、 过 流 保 护 ： 控 制 器 时 刻 在 对 电 源 线 ， 电 机 相 线 ，内 部 功 率 器 件 和 MOS管 进 行 检 测 ， 出 现 电 源 短 路 、电 机 相 线 短 路 或 有 MOS管 烧 坏 时 能 及 时 停 止 输 出 ，防 止 控 制 器 烧 坏 或 击 穿 更 多 MOS管 。 有 效 的 保 护 控制 器 和 电 池 。 2、 欠 压 保 护 ： 当 电 池 电 压 低 于 控 制 器 设 定 的 电 压 值时 ， 控 制 器 停 止 输 出 ， 进 入 欠 压 保 护 状 态 ， 保 护 电 池 ，防 止 电 池 过 放 而 减 少 使 用 寿 命 或 损 坏 。 3、 堵 转 保 护 ： 控 制 器 能 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 值 设 定 在 固 定 值 ， 以 保 持 整 车 的 驱 动 能 力 ； 如电 机 处 于 纯 堵 转 状 态 ， 则 控 制 器 2秒 后 将 限 流 值控 制 在 10A以 下 ， 起 到 保 护 电 机 和 电 池 ， 节 省 电能 ； 确 保 控 制 器 及 电 池 的 安 全 。 四 、 控 制 器 常 见 故 障 分 析 影 响 控 制 器 性 能 的 因 素 从 表 现 形 式 来 看 ， 一 般 有 以 下四 种 ： 1、 控 制 器 功 率 管 损 坏 ： 一 般 有 以 下 几 种 可 能 ： 电 机 损 坏 引 起 的 ； 功 率 管 本 身 的 质 量 差 或 选 用 等 级不 够 引 起 的 ； 安 装 或 振 动 松 动 引 起 的 ； 电 机 过 载引 起 的 ； 功 率 管 驱 动 电 路 损 坏 或 参 数 设 计 不 合 理 引起 的 。 应 改 进 驱 动 电 路 设 计 ， 选 用 匹 配 的 功 率 器 件 。 2、 控 制 器 内 部 供 电 电 路 损 坏 ： 一 般 有 以 下 几 种 可能 ： 控 制 器 内 部 电 路 短 路 ； 外 围 控 制 部 件 短 路 ；外 部 引 线 短 路 。 出 现 这 种 情 况 应 改 进 电 源 电 路 的 布局 ， 设 计 单 独 的 供 电 电 路 ， 与 大 电 流 工 作 区 域 分 开 。各 引 出 线 做 短 路 保 护 并 附 接 线 说 明 。 3、 控 制 器 工 作 时 断 时 续 ： 一 般 有 以 下 几 种 可 能 ： 器 件 本 身 在 高 温 或 低 温 环 境 下 参 数 发 生 漂 移 ； 控 制器 总 体 设 计 功 耗 大 ， 导 致 某 些 器 件 局 部 温 度 过 高 而 使器 件 本 身 进 入 保 护 状 态 ； 接 触 不 良 。 出 现 这 种 现 象应 选 用 耐 温 适 合 的 元 件 ， 降 低 控 制 器 整 体 功 耗 ， 控 制温 升 。 4、 控 制 器 连 接 线 老 化 磨 损 及 接 插 件 接 触 不 良 或 脱落 引 起 控 制 信 号 丢 失 ： 一 般 有 以 下 几 种 可 能 ： 线 材选 择 不 合 理 ； 对 线 材 的 保 护 不 完 善 ； 接 插 件 的 选型 不 好 ； 线 束 与 接 插 件 的 压 接 不 牢 。 线 束 与 接 插 件之 间 ， 接 插 件 与 接 插 件 之 间 应 连 接 可 靠 ， 应 做 到 耐 高温 、 防 水 、 抗 震 ， 防 氧 化 ， 防 磨 损 。 五 、 控 制 器 的 技 术 要 求 1.外 观 要 求 控 制 器 外 观 应 光 洁 、 平 整 、 无 裂 痕 、 毛 刺 飞 边 、锈 蚀 等 工 艺 缺 陷 、 连 接 紧 固 、 引 出 线 应 完 整 无 损 、标 签 字 迹 和 内 容 应 清 晰 无 误 ， 且 不 得 脱 落 。 2.标 志 应 具 有 制 造 厂 标 志 或 厂 家 代 理 、 标 志 、 产 品 型 号或 规 格 、 额 定 电 压 、 限 流 值 、 欠 压 值 、 转 把 电 压 、相 位 角 、 刹 车 方 式 、 特 殊 功 能 标 注 及 相 关 内 容 标注 。 3.控 制 器 引 出 线 长 度 要 求 ： 3.1控 制 器 引 出 线 要 求 ： 应 露 出 控 制 器 长 150mm(不含 插 件 尺 寸 )。 3.2 控 制 器 出 线 要 求 ： 线 位 及 线 色 应 符 合 个 型 号 控 制器 出 线 图 要 求 。 3.3线 径 要 求 ： 相 线 与 主 电 源 线 采 用 耐 高 温 线 ， 截 面积 应 不 小 于 2.5mm、 电 门 锁 线 截 面 积 不 应 小 于0.75mm、 其 余 功 能 线 截 面 积 不 应 小 于 0.3mm。 3.4各 功 能 接 插 件 护 套 需 全 部 采 用 阻 燃 耐 高 温 材 料 ，接 插 件 需 全 部 采 用 标 准 磷 铜 镀 镍 材 料 接 插 件 。 3.5各 接 插 件 拉 脱 力 应 大 于 50N。 4.绝 缘 介 电 强 度 控 制 器 电 源 输 入 线 与 机 壳 之 间 应 能 承 受 50HZ或60HZ实 际 正 弦 波 形 电 压 500V， 5MA,历 时 1分 钟 ，无 击 穿 现 象 。 5.绝 缘 电 阻 控 制 器 导 电 部 分 对 外 壳 之 间 的 常 态 绝 缘 电 阻 应 大于 等 于 100M。 6.耐 高 温 性 能 温 度 在 60 2 ， 额 定 负 载 条 件 下 ， 控 制 器 持续 运 行 2小 时 后 应 能 正 常 工 作 ， 其 绝 缘 电 阻 不 小 于2 M。 7.低 温 性 能 当 恒 温 -10 1 时 ， 不 通 电 持 续 2小 时 后 ， 绝 缘电 阻 应 大 于 等 于 20 M， 控 制 器 应 能 正 常 工 作 。 8.调 速 功 能 当 控 制 器 接 受 1.2V4.1V调 速 信 号 或 等 效 数 字 信号 时 ， 应 能 对 所 控 电 机 进 行 连 续 平 稳 的 无 级 调 速 。 9.制 动 断 电 功 能 当 制 动 器 进 行 制 动 动 作 时 ， 控 制 器 应 能 接 受 制 动信 号 ， 并 立 即 切 断 电 机 的 供 电 电 源 。 10.电 机 转 速 信 号 在 额 定 电 压 情 况 下 电 机 转 速 由 低 到 高 时 控 制 器 同 时 输出 相 线 信 号 转 速 电 压 ： 36V控 制 器 013V。 11.欠 压 保 护 功 能 控 制 器 应 具 有 欠 压 保 护 功 能 ， 36V控 制 器 欠 压 点 ：32.5V。 12.防 盗 功 能 控 制 器 应 具 有 智 能 选 择 锁 电 机 模 式 的 防 盗 功 能 ， 及 由控 制 器 内 部 智 能 识 别 锁 电 机 模 式 ， 要 求 不 同 型 号 厂 家电 机 都 能 智 能 识 别 并 锁 住 电 机 。 13.相 线 短 路 功 能 电 机 在 运 行 过 程 中 任 意 短 路 电 机 相 线 ， 控 制 器 应无 损 坏 。 14.反 充 电 保 护 电 动 车 正 常 运 行 后 关 闭 电 门 锁 ， 控 制 器 不 会 受 到反 电 势 的 冲 击 而 损 坏 功 率 管 。 15.温 升 要 求 在 常 温 、 额 定 负 载 条 件 下 ， 运 行 30分 钟 ， 控 制 器性 能 正 常 ， 外 壳 温 升 不 得 超 过 50度 。 16.疲 劳 实 验 将 电 机 加 载 到 最 大 输 出 功 率 时 ， 连 续 工 作 4小 时 控 制 器 应无 损 坏 ； 将 电 机 加 栽 到 100转 /分 时 ， 连 续 工 作 15分 钟 ， 控 制 器 应 无损 坏 。 （ 允 许 控 制 器 内 部 保 护 ） 17.堵 转 保 护 功 能 在 电 机 加 载 停 止 转 动 后 3-5秒 钟 起 到 保 护 作 用 。 18.限 流 值 最 大 输 出 限 流 ： 标 称 的 限 流 值 1A。 19.控 制 器 防 水 性 能 在 水 深 30CM水 里 ， 浸 泡 30分 钟 应 无 进 水 现 象 。 控 制 器 测 功 曲 线 图 ： 六 、 电 动 车 四 大 件1、 控 制 器 ： 控 制 器 是 控 制 电 机 转 速 的 部 件 ， 也 是 电 动车 电 气 系 统 的 核 心 ， 具 有 欠 压 、 限 流 、 过 流 保 护 、 多种 骑 行 模 式 和 整 车 电 气 部 件 自 检 功 能 。 控 制 器 是 电 动车 能 量 管 理 与 各 种 控 制 信 号 处 理 的 核 心 部 件 。2、 充 电 器 ： 给 蓄 电 池 充 电 ， 将 市 电 转 换 成 直 流 电 并 控制 其 电 流 和 电 压 充 入 蓄 电 池 贮 存 起 来 。 当 前 电 动 车 所配 置 的 充 电 器 多 属 于 传 统 的 三 段 式 充 电 器 ： 恒 流 -恒压 -涓 流 （ 浮 充 ） 。 充 电 开 始 时 ， 先 恒 流 充 电 ， 迅 速给 电 池 补 充 能 量 ； 等 电 池 电 压 上 升 以 后 ， 转 为 恒 压 充电 ， 此 时 电 池 能 量 缓 慢 补 充 ， 电 池 电 压 继 续 上 升 ； 达 到 充 电 器 的 充 电 终 止 电 压 值 时 ， 转 为 涓 流 充 电 ， 小电 流 充 电 以 保 养 电 池 和 供 给 电 池 的 自 放 电 电 流 。 但 是没 能 解 决 温 度 变 化 导 致 电 池 最 高 充 电 电 压 值 随 着 变 化的 问 题 ， 正 是 因 为 如 此 ， 电 池 夏 季 过 充 ， 冬 季 欠 充 造成 铅 酸 电 池 缺 水 和 硫 酸 盐 化 ， 使 得 电 池 寿 命 受 到 严 重损 害 。 为 了 让 这 一 现 象 不 发 生 ， 应 该 给 充 电 器 加 温 度检 测 。 充 电 电 压 分 析 图 ： 3、 电 池 ： 是 电 动 车 动 力 来 源 ， 用 于 供 给 电 机 电 能 。 现常 用 的 有 铅 酸 电 池 和 锂 离 子 电 池 。 铅 酸 电 池 ： 传 统 的 铅 酸 电 池 凭 借 成 熟 的 技 术 和 较 低的 价 格 占 据 了 市 场 上 的 主 流 ， 在 5年 内 这 种 格 局 难 以改 变 。铅 酸 电 池 的 两 大 “杀 手 ”： 失 水 ： 电 池 因 长 期 处 于 过 充 电 状 态 ， 电 解 液 中 的 水被 电 解 成 H2（ 氢 气 ） 和 O2（ 氧 气 ） ， 导 致 电 池 因 电解 液 干 涸 而 失 效 ！ 硫 化 ： 长 期 充 电 不 足 使 得 PbSO4（ 硫 酸 铅 ）结 晶 附 着 在 极 板 上 ， 导 电 性 差 的 结 晶 阻 碍 了极 板 活 性 物 质 和 电 解 液 的 反 应 ， 使 电 池 容 量下 降 、 内 阻 增 大 。 锂 离 子 电 池 ： 锂 离 子 电 池 易 携 带 、 充 电 时 间 短 、 循 环寿 命 长 、 对 环 境 无 污 染 ， 但 在 过 充 和 过 放 状 态 下 蓄 电池 会 发 生 爆 炸 ， 手 机 锂 电 池 使 用 的 都 是 单 体 电 池 ， 并与 良 好 的 保 护 电 路 配 合 使 用 ， 基 本 上 杜 绝 了 爆 炸 问 题 ，在 电 动 自 行 车 上 必 须 使 用 串 联 电 池 组 ， 这 使 得 保 护 电路 大 大 复 杂 化 加 锂 电 池 的 制 造 成 本 偏 高 ， 这 也 阻 碍 了锂 电 池 在 电 动 车 行 业 的 应 用 。 4、 电 机 ： 将 蓄 电 池 化 学 能 转 换 成 机 械 能 ， 使 车 轮 转动 。 常 用 的 两 轮 电 动 车 电 机 有 永 磁 无 刷 电 机 ， 齿 轮 无刷 电 机 。 四 大 件 相 互 关 系 电 池 是 电 动 车 的 核 心 部 件 ， 接 受 充 电 器 的 电能 ， 贮 存 起 来 最 终 通 过 电 机 将 电 能 输 出 ， 输 出受 控 于 控 制 器 。 充 电 器 是 直 接 与 蓄 电 池 联 系 的设 备 ， 充 电 器 质 量 参 数 的 好 坏 直 接 影 响 蓄 电 池的 电 气 性 能 和 使 用 寿 命 ， 必 须 要 求 “配 套 ”。 控制 器 控 制 电 池 电 流 电 压 输 出 ， 有 欠 压 保 护 功 能 ，“欠 压 保 护 点 ”的 高 低 影 响 电 池 放 电 深 度 ， 因 此 ，影 响 行 驶 里 程 ， 过 低 会 造 成 过 放 电 ， 损 伤 蓄 电池 。 七 、 小 结 ： 控 制 器 从 早 期 的 全 硬 件 方 案 到 现 在 的全 软 件 方 案 又 从 方 波 控 制 到 现 在 的 正 弦波 控 制 ， 技 术 越 来 越 成 熟 化 。 更 偏 向 了功 能 多 样 化 、 操 作 简 单 、 性 能 稳 定 。