動力锂電池為電動自行車脫下了沉重的包袱,優越的性能、輕靈的外形,更能吸引消費者的眼球。現在許多整車廠都在推出锂電車新品,以期成為企業經濟發展的後續動力。
新産品的設計,不光是锂電池與整車外形的整合,更要顧及與相關控制器、電機等部件的匹配,才能充分發揮锂電池的性能。
一、根據锂離子電池的特性設置控制器的欠壓保護和過流保護值
控制器的兩個關鍵功能是欠壓保護和過流保護。這兩項功能的參數設置對锂電池的正常使用關系重大。
目前電動自行車用锂電池,大部分是錳锂電池,常用規格有24V10AH或36V10AH。實際上,這兩個規格的電池組,分别由七塊電池和十塊電池組合而成。按照錳锂單體電池每節3.7V計算,确切的額定電壓應為25.9V和37V。依據廠家推薦的單體放電截止電壓2.7V計算,理論上控制器的欠壓值可以設定為18.9V和27V。
電壓-容量曲線圖
實際上,每組電池的電芯不可能做到完全一緻,當電池組在放電過程中,總體電壓高于欠壓點時,某隻單體電芯有可能會低于2.7V。此時若繼續放電,就會對電池産生損害。因此在控制器具體設定時,必須适當擡高欠壓值,建議可設定為22.5V和31.5V。
可能有些人會擔心,欠壓值設定過高,是否會影響到電池輸出的能量。進而影響到整車的續行裡程。其實,從锂電池的輸出特性曲線圖上可以看出,锂電池在放電過程中,其電壓值下降是很平緩的,隻有當電池容量接近放完時,電壓才會急劇下降。因此,适當提高控制器的欠壓值設定,可以防止電池組深度放電,以延長電池組的壽命。同時,對電池的放出容量幾乎沒有影響。
有關控制器過流保護值的設定,也應該依據锂電池的性能而定。
對锂電池産生傷害的不光是深放電,還有大電流放電。對于電動車用锂電池,目前廠家一般推薦的最大放電電流為2C,最大持續放點電流控制在10A以内,即對于10AH容量的電池,最大放電電流不得大于20A。但是由于尖峰電流的存在和實際過流保護的偏差,建議過流保護設定值為15A。在此設定值下,24V和36V規格的電動車最大輸出功率可達270W和390W,可以滿足電動車的正常騎行。
二、為锂電池電動車配置合适的電機
目前市場上電動自行車種類較多,如何為锂電池電動車選擇電機呢?這要綜合考慮電動車的實際使用情況和锂電池的放點特性。
電動車平地騎行,當速度達到20km/h時,所需功率大緻在120W。此時電池的放電電流在6A(24V時)和4.2A(36V時)左右,電機的轉矩約為6N.m。對于24V10AH或36V10AH容量的锂電池,續行裡程可達到30km和45km以上。
高速電機輸出特性圖
當電動車爬坡或啟動時,所需轉矩會急速增加,此時電機電流也會同步上升。當電動車在下坡或順風的情況下,所需轉矩相應下降,此時電機電流也會同步下降。因此,電動車騎行時,電機功率、轉矩和電流一直在變化中。
所以,在選擇電機時要充分考慮到以下幾點:
第一是确定電機功率。通過對電動車騎行時負載變化的分析,電機運行功率多數情況在80W到300W之間。因此,可以選定額定功率為150W~200W的電機,即可兼顧電動車多種路況的運行。
第二是對電機效率要有要求,其實所有電動車都應有此要求。電動車用電機工作時功率範圍很寬,其高效率區間也應是寬範圍的。目前高速電機基本能夠滿足此要求。但低速電機性能相對差些,離開了額定點,電機效率就迅速下降。
第三是對電機的轉矩要有要求。對于低速電機而言,在功率較低時,轉矩随着電流的增大而增大,當功率超過額定功率後,轉矩增大的趨勢明顯放緩,輸入的電流相當部分轉化成了熱量,具體表現為電機發熱,效率下降。對于高速電機而言,轉矩随着電流的增加而增大,效率不會有明顯下降。因此在大電流情況下,高速電機能夠提供較大的轉矩,使整車顯得動力充足。
綜合上述分析,锂電池電動車用電機,選擇功率為150W~200W的高速電機為最佳,功率、效率、轉矩要求均能夠滿足整車的使用。
但是在此要提醒注意,高速電機在突然啟動或加速時的尖峰電流很大,往往會超過限流值的二倍以上,甚至引起锂電池内部電路保護,這對锂電池的壽命影響很大。為此在采用高速電機時,希望在控制器設計時,能夠采用延時啟動方式,以剝弱尖峰電流。
锂電池在電動車上的使用,确實為電動車開創了一個全新的前景。希望同行們了解锂電池的特性,以求與控制器、電機實現最佳匹配,設計出更多新款锂動力電動車。
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