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电动自行车的总体设计
电动自行车的总体设计主要应满足以下五个方面：
1、电动车应符合：材料力学，结构力学，人体力学，外形美学。
2、电动车应符合：动力性、加速性、经济性、安全性。
3、电动自行车应满足用户的要求和习惯。
4、电动自行车应符合以下国家标准和行业标准。
（1）GB3565-93自行车安全要求；
（2）GB/T3566-93自行车装配要求；
（3）QB2302-97电动自行车安全通用技术条件；
（4）GB1714-93自行车命名和型号编制方法；
（5）QB1880-93自行车车架。
5、电动自行车外形应自行车化，防止轻摩化。
电动自行车的组成部分
电动自行车，由五个部分组成，电机、电池控制器、充电器、车体。对于电动自行车的设计，应从这五个部分来考虑。
1、电机的设计
首先应确定电机的功率，即电机的额定输出功率。为确定电机的输出功率，先考虑电机的输入功率P1，P1＝I1V1 （1）
P1——电机的输入功率（瓦）
I1——电机的输入电流（安）
V1——电机的输入电压（伏）
电机的输入电流I。在平坦道路和无风的情况下，选用610mm或660mm车体，载重70kg时，经过测试，其输入电流为6A-7A。
电机和输入电压V1，适用额定电压24V，电池充电后，可达28V。电池工作时，可按25V计算。
根据公式（1）计算，电机的输入功率P1为：
P1＝（6A-7A）×25＝150W-175W
有了电机的输入功率P1，则可计算电机的功率（额定输出功率）P2， P2＝ηP1 （2）
P2＝电机功率（额定输出功率）（瓦）
η——电机效率
P1——电机输入功率(瓦）
电机的效率η一般为70％左右，根据公式（2）可计算P2
P2＝0.7×（150W-170W）=105W-122.5W
在使用中，应给电机一定的功率余量，因此，电机的功率应选用120W-150W。
电机在结构上分为有刷电机和无刷电机：
有刷电机是传统的产品，性能比较稳定。应该是电动自行车的首选电机。
无刷电机是新产品，其寿命及性能要比有刷电机好。但其控制电路比较复杂，对元件的老化筛选要求比较严格。虽然，电机寿命长，但电路容易出毛病。因此，选用无刷电机，要经过严格的可靠性实验，以确保质量。电机在输出传动方式上，可分为轮毂式，中置式，摩擦式。
轮毂式结构简单，外形好，但电机轴受力大，对电机损害大。电动自行车可选此种电机。
中置式结构复杂，但电机轴受力小，对电机损害较，电动自行车应优选此种电机。
摩擦式结构简单，但对车轮外胎损坏较大，而且雨天打滑。电动自行车不应选用此种电机。
2、电池的设计
电池的各类目前分为：铅酸阀控免维护电池，镍镉电池，镍氢电池。
对于一般中、低档车，应采用铅酸阀控免维护电池。此种电池价格低。用户容易接受。
对于一般高档车，应采用镍氢电池。
镉镍电池因存在记忆效应，在充电前需要把电池的电放光，故不宜采用。
电池容量的设计：首先考虑电池的瓦时WH。
WH＝L×Y （3）
WH——电池的瓦时。
L——电池充满电后跑的最大路程。
Y——电动自行车跑1公里所需瓦时。
用户要求电动自行车充一次电应跑30公里以上。
通过试验，电动自行车每跑一公里需8瓦时。
根据公式（3）计算
WH＝L×Y＝30公里×8瓦时公里＝240瓦时。
电池的容量AH：
AH＝WH/V （4）
AH——电池的容量 （安时）
WH——电池的瓦时 (瓦时）
V——电池的电压 （伏）
根据公式计算：电池选用24V。
AH＝WH/V＝240WH/24V＝10AH。
电动车用铅酸电池应选用24V-10AH。
电池采用24V-10AH。电池外形尺寸为：长300mm，宽98mm，高99mm。重量为7.6公斤。外加电池1公斤，提着电池上楼充电，一般人的体力没问题。
3、控制器的设计
控制应具备下列功能：
（1）无级调速，传感器可采用霍耳元件或拉线电位器。
（2）刹车断电，刹车时先断电后刹车。
（3）5公里/时限速起动。电动自行车必须用脚蹬至时速5公里/时后，才能接通电机并无级调速。
（4）过载保护，当电机的电流达到12A时，控制器进行保护，最大电量控制在12A。
（5）电池欠压保护，当电池电压降到21V时，控制器进行保护，切断电池供电。
（6）控制器调速调到最大输出时，电动自行车的速度应不大于20公里/时。
（7）电路中应有熔断器（保险管及管座），采用15A保险管，当电池短路时，立即切断电源。
（8）控制器应有钮子开关或钥匙开关，停车时应切断电源。
4、自行车的设计
电动自行车与普通自行车相比，车速增大了，重量也增大了，因此其结构强度应增强。自行车的设计应考虑以下问题。
（1）车架的钢管应适当增加钢管直径和钢管壁厚。
（2）便于上下车，应选用女车车型。
（3）由于车重增加，为了整车的稳定性，选用610mm较合适。
（4）轮胎应选用优质的，阻力小的，内胎应选用丁基橡胶。
（5）车闸应灵敏、可靠，可选用罗拉闸或抱闸。
（6）车把应选用使用舒适的燕把。
（7）轮辋应选钢圈镀铬，辐条应选铜帽和不锈钢辐条。
（8）电池盒装拆方便易行，便于提拿上楼。
5、充电器的设计
根据电池的需要，充电电流应控制在0.1C-0.2C。充电电流计算：
A＝C×AH （5）
A——充电电流（安）
C——倍率（倍）
AH——电池容量（安时）
根据公式（5）计算：
A＝（0.1-0.2）×10=1A-2A，充电器的功率PC：
PC=IV （6）
PC——充电器的功率（瓦）
I——充电电流（安培）
V——电池标称电压（伏）
根据公式（6）计算：
PC＝IV＝（1A-2A）×24V＝24瓦-48瓦
故充电器功率选用50瓦。
传统的充电器采用恒压式，采用变压器，输入220V50HZ，输出24V50HZ，再经过桥式整流，即可对电池脉动充电。为了保证电池充满电后不过充，减少电池内氢气损失，可在充电回路中加一个50mA的放电回路。可实现每秒50周的脉动充电，同时每秒50周的脉动放电。充电初期，充电电流在1A-2A，放电电流在20mA。充电后期，电池基本充满，充电电流在200mA，放电电流在50mA。
传统的充电器虽然笨重，但成本低，寿命长，故障小，是电动自行车首选产品。
目前，开关电源式充电器发展很快，但成本高，而且晶体管元件也容易出现故障。电动自行车选用此产品时，应加强晶体元件老化筛选，确保产品质量。（石忠东） |
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