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锂电池 控制器 电机 之间的匹配问题小解

动力锂电池为电动自行车脱下了沉重的包袱,优越的性能、轻灵的外形,更能吸引消费者的眼球。现在许多整车厂都在推出锂电车新品,以期成为企业经济发展的后续动力。

新产品的设计,不光是锂电池与整车外形的整合,更要顾及与相关控制器、电机等部件的匹配,才能充分发挥锂电池的性能。

一、根据锂离子电池的特性设置控制器的欠压保护和过流保护值

控制器的两个关键功能是欠压保护和过流保护。这两项功能的参数设置对锂电池的正常使用关系重大。

目前电动自行车用锂电池,大部分是锰锂电池,常用规格有24V10AH或36V10AH。实际上,这两个规格的电池组,分别由七块电池和十块电池组合而成。按照锰锂单体电池每节3.7V计算,确切的额定电压应为25.9V和37V。依据厂家推荐的单体放电截止电压2.7V计算,理论上控制器的欠压值可以设定为18.9V和27V。

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电压-容量曲线图

实际上,每组电池的电芯不可能做到完全一致,当电池组在放电过程中,总体电压高于欠压点时,某只单体电芯有可能会低于2.7V。此时若继续放电,就会对电池产生损害。因此在控制器具体设定时,必须适当抬高欠压值,建议可设定为22.5V和31.5V。

可能有些人会担心,欠压值设定过高,是否会影响到电池输出的能量。进而影响到整车的续行里程。其实,从锂电池的输出特性曲线图上可以看出,锂电池在放电过程中,其电压值下降是很平缓的,只有当电池容量接近放完时,电压才会急剧下降。因此,适当提高控制器的欠压值设定,可以防止电池组深度放电,以延长电池组的寿命。同时,对电池的放出容量几乎没有影响。

有关控制器过流保护值的设定,也应该依据锂电池的性能而定。

对锂电池产生伤害的不光是深放电,还有大电流放电。对于电动车用锂电池,目前厂家一般推荐的最大放电电流为2C,最大持续放点电流控制在10A以内,即对于10AH容量的电池,最大放电电流不得大于20A。但是由于尖峰电流的存在和实际过流保护的偏差,建议过流保护设定值为15A。在此设定值下,24V和36V规格的电动车最大输出功率可达270W和390W,可以满足电动车的正常骑行。

二、为锂电池电动车配置合适的电机

目前市场上电动自行车种类较多,如何为锂电池电动车选择电机呢?这要综合考虑电动车的实际使用情况和锂电池的放点特性。

电动车平地骑行,当速度达到20km/h时,所需功率大致在120W。此时电池的放电电流在6A(24V时)和4.2A(36V时)左右,电机的转矩约为6N.m。对于24V10AH或36V10AH容量的锂电池,续行里程可达到30km和45km以上。

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高速电机输出特性图

当电动车爬坡或启动时,所需转矩会急速增加,此时电机电流也会同步上升。当电动车在下坡或顺风的情况下,所需转矩相应下降,此时电机电流也会同步下降。因此,电动车骑行时,电机功率、转矩和电流一直在变化中。

所以,在选择电机时要充分考虑到以下几点:

第一是确定电机功率。通过对电动车骑行时负载变化的分析,电机运行功率多数情况在80W到300W之间。因此,可以选定额定功率为150W~200W的电机,即可兼顾电动车多种路况的运行。

第二是对电机效率要有要求,其实所有电动车都应有此要求。电动车用电机工作时功率范围很宽,其高效率区间也应是宽范围的。目前高速电机基本能够满足此要求。但低速电机性能相对差些,离开了额定点,电机效率就迅速下降。

第三是对电机的转矩要有要求。对于低速电机而言,在功率较低时,转矩随着电流的增大而增大,当功率超过额定功率后,转矩增大的趋势明显放缓,输入的电流相当部分转化成

了热量,具体表现为电机发热,效率下降。对于高速电机而言,转矩随着电流的增加而增大,效率不会有明显下降。因此在大电流情况下,高速电机能够提供较大的转矩,使整车显得动力充足。

综合上述分析,锂电池电动车用电机,选择功率为150W~200W的高速电机为最佳,功率、效率、转矩要求均能够满足整车的使用。

但是在此要提醒注意,高速电机在突然启动或加速时的尖峰电流很大,往往会超过限流值的二倍以上,甚至引起锂电池内部电路保护,这对锂电池的寿命影响很大。为此在采用高速电机时,希望在控制器设计时,能够采用延时启动方式,以剥弱尖峰电流。

锂电池在电动车上的使用,确实为电动车开创了一个全新的前景。希望同行们了解锂电池的特性,以求与控制器、电机实现最佳匹配,设计出更多新款锂动力电动车。