| 现代电动自行车是融合电力电子、机械、控制、材料以及化工等领域各种新技术的综合产品。我国电动自行车发展的总体目标是生产出在性能和价格上都能媲美于燃油助动车的适合于城市交通的绿色轻便代步工具。实现这一目标的关键在于开发高性能、低成本、安全可靠的动力蓄电池。尽管目前电池储能技术还没有得到相应的发展。但新型蓄电池如氢镍电池、锂电池、锌—空气电池和燃料电池的问世和快速充电技术的发明，为电动自行车最终取代燃油助动车提供了乐观的保证。
电气传动系统
1、电动自行车对电气传动系统的要求
电气传动系统是电动自行车的驱动和控制中心，其系统结构如图1所示。对其要求是：结构简单，外形尺寸小，重量轻，效率高，免维护或少维护。电动自行车的电机应具有高功率密度和图2所示的矩—转速特性：基速以下大转矩，适应车辆负荷爬坡、频繁起制动等要求；基速以上小转矩、恒功率，保证车辆在平坦路面上快速骑行。同时，电机在整个转矩—转速运行范围内应保持高效率，以谋求电池一次充电后的续驶里程尽可能长。2、无刷直流电机的控制规律
无刷直流电机具有很高的能量密度，其体积仅为相同功率普通直流电机的50％，且重量轻、效率高。用于电动自行车的永磁无刷直流电机有两类：内转子和外转子，其中外转子电机更适合构成电动轮毅，在电动自行车中有较多应用。电动自行车主要在市区骑行，车速不高，并且起、停频繁，因此电机普遍采用多极三相结构。控制器为双向DC／AC变流器，车辆前进时，变流器控制电机工作在电动工况；车辆制动时，变流器控制电机工作在发电工况，实现再生制动，将机械能转换成电能反馈回蓄电池。图3是由变流器、转子位置检测器和永磁同步电机构成的永磁无刷直流电机原理图。其中变流器为电枢绕组提供双向电流通路，Ui的大小和极性决定了驱动转矩的数值和方向，即车辆是前进还是制动。电流负反馈保证电磁转矩跟随给定指令Ui变化，可有效地提高车辆的运动可控性。限于目前电池的储能水平，在电动自行车上采用再生制动技术是增加一次充电续驶里程的有效方法。该技术目前还处于研究开发阶段。
3、减速系统的作用
对于相同功率的电机，额定转速越高，其额定转矩和对应的电枢电流就越小，减小电枢电流可降低电机的铜耗和涡流损耗，提高电机效率。采用配有减速装置的电气传动系统，可改善电动自行车的低速动力性能，保证电机始终工作在高速、高效状态，蓄电池处于小电流放电的最佳工况，带有减速系统的电机是将机械减速装置和电机合成一体化的含油电机轮毅。直接车轮驱动的电动自行车采用低速大转矩电机，车辆低速前行时，电机电枢电流增大，效率降低；蓄电池放电电流大，直接影响蓄电池的使用寿命。但直接车轮驱动方式结构简单，价格便宜，在电动自行车上被广泛采用。
蓄电池及其应用技术
1、蓄电池
蓄电池及其应用水平始终是制约包括电动自行车在内的电动车辆进步的瓶颈。世界各主要工业国家纷纷投入巨大的人力、物力、财力开发高能量、低价格的蓄电池，日前已达到实用程度的新型蓄电池性能比较见表一。
铅酸蓄电池不适合大功率连续放电，成组一致性差，深度循环会降低能量转换率和缩短使用寿命，但它的价格优势是无可辩驳的。并且改进后的免维护全密封阀控式铅酸蓄电池，其比能量、比功率、快速充电性能等指标均较传统的铅酸蓄电池有大幅度提高，因此铅酸蓄电池仍是我国电动自行车目前的首选动力源。
电动车对蓄电池的主要要求是；高能量密度，使电动车有较长的一次充电续驶里程；高功率密度，赋予电动车良好的起动、加速、爬坡性能；长寿命，可有效降低
表格：
特 性 铅酸型电池 镉镍电池 氢镍电池 锂离子电池
比能量/Wh.kg-1 35 55 60 120
能量密度/Wh.L-1 65 85 140 250
单元电压/V 2.0 1.2 1.2 3.7
放电曲线 平坦 平坦 平坦 平坦
循环寿命/次 150~140 500~1000 500~1000 600~1000
月自放电率/% 6 15 25 5
制造成本/（美元/kWh） 75-150 100-200 230-500 120-200
记忆效应 有 有 无 无
环境保护 有污染 有污染 无污染 无污染
安全性 安全 安全 安全 潜在问题
研制生产情况 生产中 生产中 生产中 实验中
车辆的运行成本。目前还没有一种蓄电池能够全面满足上述要求，但近年来突飞猛进的蓄电池制造技术向人们推出了各具特色的新型电池，如：比能量80Wh/kg、比功率100W／kg的钠硫电池，重量轻、功率密度大的锂电池，可以“再生”方式置换阳极电极的锌—空气电池，以及能量转换效率高达80％的燃料电池。这些新型电池的出现打破了铅酸蓄电池一统天下的格局，正如美国先进电池联合体(usABc)预言的那样：铅酸电池是成熟的，但其性能提高的潜力有限，氢镍电池是一种较好的中期解决方案，而锂电池则是未来的希望。
2、电池应用技术
1967年由美国科学家J．A．Mas提出了蓄电池充电的麦氏三定律，从而奠定了蓄电池充电的理论基础。以此为基础，人们建立了脉冲去极化充电方式，其核心思想是在电池充电前和充电过程中适时地加入放电脉冲，消除电池的极化电压。实践证明：与传统充电方式相比，采用脉冲去极化充电方式不但可以实现快充而且电池循环寿命会延长。因此，脉冲去极化充电方式成为快速充电技术的主流方式。美国、英国、加拿大等国家在20世纪80年代初就研制出了由微机控制的，可向电动自行车、电动汽车提供应急充电服务的公用充电站。虽然目前还没有关于超快速充电的行业标准，但公认的准则是在15min内向电他补充30％-50％的电量，30min内补充80％的电量760min内完全充电。例如：加拿大Norvik。
Traction的快速充电机，最大输出功率150kW，可以同时给6个电动汽车充电，15min内给电池补充50％的电量，其价格约10万美元。目前我国还没有实用化的公用充电站，与电动自行车电池配套使用的充电器以家用夜充型为主，充电时间8-10h，快速充电器充电时间2-4h。
电池电量检测和电池能量管理系统是继电池充电技术之后，电池应用中的另两个主要问题。车载电池电员检测系统既有传统燃油汽车的油量计作用，又有防止电池过充、过放的监测环节。用于电动车车辆的电池能量管理系统的作用有：(1)对车载用电系统进行管制，达到电能合理分配使用，最终实现节能目的；(2)监控电池的工作状态，防止电池过充、过放，及时发现严重损坏的单元电池，并采取应急措施防止故障扩大；(3)记录无放电数据，实现优化充电。
国内外电动自行车
性能比较
电动自行车是全世界电动车辆工业中发展最快的。目前，日本的松下、三菱重工、雅马哈、本田，德国的奔驰、大众，美国的艾科卡等已致力于电动自行车的规模化生产。其产品以助力型(power asistant system，简称PAs)为主，pas的特点是把人力与电能在不需要特殊操作的情况下巧妙地结合起来：当车速小于20km／h的，助力比为1：1；车速大于20km／h时电动车自动切断电源，车辆依靠人力骑行。显然助力系统的目的不在于提高速度，而是在保证安全的前提下通过减小骑行负荷达到节约骑车人体力的目的。我国电动自行车以全电动型为主，其主要参数为最高时速20km/h、工作电压24v/36v，一次无电续驶里程40-55km，整车重量35-38kg，电机功率130-180W，电机普遍采用永磁无刷直流电机，其控制器选用功率MosFET为主开关管，具有限流、欠压、电机过热和刹车断电等保护功能。纵观国内外电动自行车的发展情况，就电动车自身而言，国产车、进口车并无明显差距，但国产电动自行车有明显的价格优势，一般在人民币3000-4000元/辆，而美国达到1800美元/辆，欧洲达2000美元/辆，日本650-1500美元/辆。
我国电动自行车产业的发展有别于其它家电行业，它一开始就在走国产化的道路。中国的电动自行车有着光明的市场前景。相信随着电池储能技术的改进和应用水平的提高，电动自行车一定能成为城市绿色代步工具。 |
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