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电动车行业技术大盘点

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2008-12-23
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资料简介
   从*辆合格的电动车出厂到2000年电动车产业的初具规模，再到2008年全国电动车使用者接近一亿，电动车行业走过了十年的风风雨雨，历经坎坷。在这十年中，电动车技术虽然不能说是迅猛发展，却也一直紧跟消费者需求，在不知不觉中，各种影响行业的技术创新不断被研发出来。同时，民间兴起的各类关于电动车的发明创造热潮，也一定程度上为行业注入了创新的活力。
    可以说，中国的轻型电动车的兴起与发展是从基础研究开始的，这也决定了电动车作为与人们关系zui为密切的产业，必将获得与群众的支持与政府的大力推动。作为轻型电动车技术的后起国家，中国电动车产业表现出了令人惊奇的活力。在短短的十余年的时间里，我国已经走到了电动车技术的前沿，取得了非常可喜的成绩。
    电动车行业的技术创新，归纳起来就是以下几个方面：驱动技术、控制技术、电池与充电技术、能量回收技术等。
    一.驱动技术的进步
    有刷电机与无刷电机
    *以来，蓄电池技术存在较大的研发瓶颈，许多国家纷纷致力于开发效能更高的电机以求取得电动车整车性能的提高，中国也不例外。
    早在三四年前，市场上大多数电动自行车还停留在使用有刷电机的阶段。有刷电机采用的是机械换向，对控制系统的技术要求较低，成本也较无刷电机低，有刷电机的起动力矩略大于无刷电机。
    有刷电机具有几大弱点：寿命短、噪声大、工作效率低。寿命短是因为它使用碳刷，转动过程中较易损坏。同时磨损产生了大量的碳粉尘，这些粉尘落下齿轮油中，使齿轮油加速干涸，电机噪声进一步增大。
    有刷电机使用到一年左右需要更换一次碳刷，更换过碳刷之后，充一次电行驶的里程不到新车买来时的三分之二，而且在爬坡方面显得动力不足，甚至还会烧坏控制器。这是因为电机更换碳刷后，换向器也被磨出了一条凹槽，使碳刷接触面积减少，接触不良的碳刷通电后会产生火花并加快氧化换向器和铜片，导致上述不良现象。
    无刷电机是一种特殊的直流电机，它采用内置传感器外加电子换向器的方法进行电子换向，无刷电机主要是为了消除电刷的磨损，以及电刷接触所产生的噪声。
    从电动车低速电机问世以来，有刷与无刷电机之争就一直没停止。两者比较，无刷电机的确要优于有刷电机，无刷电机也以其优异的性能为广大消费者接受。当前，几乎所有电动自行车都采用了无刷电机，无刷电机取代有刷电机是一种必然。
  双动力电动车
    双动力电动车的核心部件是电机，与普通电动车相比，双动力电动车拥有两个动力源，可实现在两个不同额度电流下的效能转换，即实现动力档和高速动力档的转换。
    如果把传统的无刷电机比作四缸的汽车发动机，则双动力无刷电机就好比八缸的汽车发动机，动力澎湃，*的双动力源具有起步力强劲，能耗低，续航里程长等优点。在动力档位下，一次充电zui大续航里程可达100公里，比传统无刷电机提高了1.4倍，扭距增加了40%，爬坡能力更强，特别适合于爬坡、上桥、顶风、负重及城市中频繁启动、刹车等行驶环境，它在高速档位下，转速提高50%，尽可体会到双动力带来的风驰电掣的感觉，转换时无明显噪音、抖动，zui高时速可达35公里/小时。目前拥有此项技术的是北京新日电动车。
    磁动力电动车
    电动车驱动技术中的助力技术已经逐渐成熟，此技术可大大增加电动车的续行里程，其市场前景仍非常看好，磁动力便是其中一种。
    与传统电动车相比，磁动力电动车在电机、电池、电路、电控、外形及结构上实现了五大变革性创新，呈现出五大优点：一是绿色环保。磁动力电动车采用的是锂电池，体积小、重量轻、充电快、使用寿命长。二是节能。磁动力电动车行驶一公里只花半分钱。该车能折叠，可随身携带，停放时采用挂架充电式停车充电站，大大节省公共场所面积，同时因车身短小也缩短了城市行车人流的长度。三是强劲实用。飞毛腿磁动车采用高磁盘式电机为动力，该电机系统效率达到85％，比传统的电动车效率高出10％以上，可负载80kg，一次充电可续行35km。四是轻便时尚。磁动力电动车采用的超轻超薄的高磁盘式点击，重量只有0.7kg；4节锂电池；车轮12寸及14寸；车身采用超轻复合材料，使整车重量仅有7kg（市面上电瓶车zui轻的也在20kg以上），五是智能安全。电机进行了两级变速设计，磁遥控按钮与控制器无线连接，可实现两级电子变速，同时具备钥匙功能。磁动力电动车代表了当今时尚代步的新潮流、新趋势，具有广阔的发展空间和诱人的市场前景。磁动力电动车适用于城市公交地铁上班族、适龄学生、白领、游乐健身的老人等。
    纳米电机
    所谓纳米技术，是指在0.1-100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。以纳米技术制造的电子器件，其性能大大优于传统的电子器件：工作速度快、功耗低、体积小、重量轻等，电子产品体积和重量大为减小。纳米电机的、英国奥利西纳米(AOLEXI-NANO)电机运用纳米技术，成功开发出上效率更高的新一代无刷电机。经电动车专业商场装车实测，纳米电机具有效率高、温升低、骑行舒适、稳定性好等特点，从根本上解决了电动车因电机效率低下导致的骑行里程过近、爬坡上桥推行、高耗能等诸多缺陷，为电动车族解除了后顾之忧。
    目前，该电机已运用到国内的电动车企业，*新型电机已被上海灵之通电动车有限公司全部买断。该纳米电机材料为超微、超细新型高强度金属材料颗粒，经特殊磁化复合处理，具有*品质，电机运行不需要内部磁场和运动部件，结构紧凑，没有行程限制，对于直线运动和圆周运动具有*的精度。真爱专家评述其功能：真爱电动车采用奥利西纳米电机，使电机生锈，骑乘运行更顺滑、启动更平稳。上海灵之通电动车有限公司引进此技术研发出来的“真爱”牌电动车曾一度在市场上。
  二.电控技术的进步
    智能变频控制技术
    2005年，智能变频电机被研制出来，经过改进和升级，解决了现有电动车的几大弱点，满足了消费者对车型设计及整车性能日益提高的需求。它避免了以不变的zui大额定功率的长时间输出，减低了持续同一频率对电机带来的冲击，电机和电动车其他系统协调、稳定的工作，大大延长了电动车的寿命。
    装有智能变频电机的电动车在骑行过程中，变频控制器和变频电机共同组成动力系统，充分利用小电流大扭矩原理，在骑行过程中根据路况和载重情况及时调整输出功率。
    这种技术的原理是，电动车在起步、爬坡时，电机以小电流、大扭矩工作，增强了爬坡能力、也更省电；而在平路、标准载重行驶时，电机以小电流，率工作，使之速度快、耗电小，可延长续行里程。
    安装了智能变频系统的电动车只要一开启电源并调速，车子立马就被拉动了，表现出惊人的强劲动力，而不像一般的电动车在启动时还要“挣扎”一段时间才艰难爬行，这正是智能变频技术的优势所在。
    2005年7月，麦科特集团推出三款智能变频电动车，深受消费者欢迎。天津宝岛电动车的带电子增速功能的无刷电机控制系统———电子CVT系统，也是采用了相同的技术。这种新型电机系统增大了电机的力矩常数，在降低过载点、电机相电流前提下，有效提高额定负载点电机的转速。
    2007年由无锡清华九隆机车有限公司研制的类似于带挡位摩托车的三动力电动车也是基于此类变频控制技术。
    此项技术有效地提升了电动车驱动系统的功能，一定程度上解决了电动车爬坡能力差的问题，并且在使用者方便操纵，完善电动车调档变速以及整体性能上取得了长足的突破。
    双变频技术
    变频技术目前广泛运用于家电空调领域，在新兴的电动车领域也得到了初步的尝试。控制器作为电动车无极调速、刹车断电、软启动等功能的助力“器官”，若设计不合理、限流量过大，会严重影响电池和电机的寿命。为了提高整车的性能以及实现控制，上海灵之通电动车有限公司引进变频科技。
    直流变频控制的基本原理就是直流无刷电机的回转数是由外界给与的回转数指令来决定的。回转数指令的发出和实施，是通过电动机外独立的变频器来完成，电机运转中，变频器通过对直流无刷电机转子位置的识别，调整输出电压、频率来完成对电机的任意回转数控制。根据直流变频控制的基本原理，香港瑞达股份有限公司与上海灵之通电动车有限公司联合研制开发了新一代电动车变频控制器（RL-Ⅱ型）。
    此变频控制器具超宽频率、超低噪声、健康环保等特点，其性能远超过以往传统的控制器。相比较之下,变频控制器具有省电、节能、*等功效,有效节能20%以上,且在超低温超宽电压下启动更容易、运行更平稳、更加*。
直流无刷马达单芯片
    轻型电动车控制技术发展进程经历了两个明显的阶段。第二阶段是以无刷电机的广泛成功应用为标志的。此时，控制器进入了快速发展的阶段，以微处理器（ＣＰＵ）的广泛应用为主要特征，一批有较强的自主开发能力的电子技术企业迅速崛起。目前，第二阶段的爆炸性的技术创新仍在继续，一系列旨在提高车辆行车便利性和安全性的控制模式正在不断深化。ＣＰＵ进入轻型电动车控制系统，为未来开发微型电动汽车的控制系统奠定了关键技术的产业化基础。
    早期义隆电子即与客户合作开发电动自行车控制模块，两年前ADCtype4K功规MCU推出后，因抗干扰特性良好，客户即节省许多外围抗干扰组件，降低成本，今年更推出直流无刷马达单芯片，除整合度更高外，还使用Flash制程，方便客户程序更新升级，内置EEPROM可储存马达控制参数及防盗密码。此外，一般马达控制中困难度zui高的相位Deadtime控制，一不小心，往往造成同时导通使昂贵高压MOS管烧毁，也增加开发及量产测试很大困扰，义隆电子使用直流无刷马达单芯片的电动自行车方案，内置*的DeadtimeControl功能，可以经由单芯片内的硬件，实时且自动的将不同马达相位转换的Deadtime做有效控制，减少程序开发时间及失误，此芯片还内置强大程序保护机制，防止抄版，保护原程序。
    电动自行车除提供Flash及内置EEPROM，方便开发外，高整合性也很重要，直流无刷马达单芯片，内置比较器/运算放大器/ADC做过压，过流等保护，实时的中断控制与PWM联动，能的控制马达转速，加速减速及EABS(EbikeAnti-lockBrakingSystem)，内建PGA(ProgrammableGainAmplify)透过与ADC连接，达到实时中断控制，使过流保护更完整，外部中断驱动脚，可使用于无霍尔的相位控制，内建强制关掉PWM功能，在过载时能实时关掉PWM，保护MOS管，UART，SPI界面，可与表头连接，方便外围程序开发，LVD(LowVoltageDetect)在电池低压时，自动提示功能，LVR(LowVoltageReset)低压自动复位，避免误动作。
    三.电池与充电技术的进步
    废弃铅酸电池再利用技术
    中国的轻型电动车主要采用铅蓄电池作为储能部件，而废旧铅酸电池也成为了污染环境的一大杀手。在铅酸蓄电池的组成中，属于有毒和腐蚀性物质占据了较大份额。其中，浓度为37%左右的稀硫酸占电池总重量的15%，含铅物质占75%以上，分别以金属铅（极柱、汇流排、板栅、负极板活性物质）和Pb2（正极板活性物质）的形态存于电池之中。
    废弃铅酸蓄电池中的有毒和腐蚀性物质包装在塑壳或胶壳之中，正常状态下不会产生暴露或泄漏，对人员安全和环境不会产生不良后果。但是，如果电池外壳损坏，其中的含铅物质、稀硫酸电解液将会造成土壤或水体的污染。
    目前，这个问题已经得到了初步解决，废弃铅蓄电池的循环经济特征已经得到有效利用。失效铅蓄电池进入再生铅工业的比例几乎达到１００％，再生利用效率zui高可达９７．７％，低水平的也在８５－９０％。
    废弃电池的再利用技术可谓是一举两得，一方面解决了废旧电池对环境的污染问题，另一方面也同时解决了电动车电池寿命短、重复利用率低的问题，在电池企业的可持续发展道路上获得了阶段性胜利。
锂电池崭露头角
    电动自行车用锂离子电池是一种新型高科技能源产品，与传统的铅酸、镍氢和镍镉电池相比较，锂离子电池的优越性基本上可归纳为：安全性能好；工作电压高；比能量大；体积小；容量大；质量轻；循环寿命长（循环次数在500~1000次左右）；自放电率低，每月自放仅为8%；无记忆效应（充放电深度，不影响电池的容量及寿命）；无污染（电池材料不存在有毒物质）等。锂离子电池zui大的优点是其有长的贮存寿命，和长的循环寿命。专家告诉记者，1个锂离子电池相当于3个铬镍或金属氢化物镍电池。电池的比能量达到115Wh/kg和270Wh/L，又大大超过了金属氢化物镍电池的比能量。
    锂电池运用到电动车上，改变了以往的电动车一贯采用铅酸电池的局面。由于其体积小、重量轻、工作效率高、续驶里程长、使用寿命长等特点，锂电池被广泛替代现在应用于电动自行车用上的铅酸电池，将成为一种趋势。
    但锂电池的推广也有一定的障碍，电动车用锂电池的造价较高，消费者难以接受高价格，因此目前尚不能普遍应用。我们相信，随着技术的发展、工艺的改进及生产量的提高，锂电池的价格将会不断地下降，从而随电动车一起，走进千家万户。
    纳米胶体电池
    纳米是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于五万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。但当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种有既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。但是如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
    纳米胶体电池在极板活性物质中添加了纳米材料(纳米SiO2(二氧化硅))、纳米碳纤维、纳米锡)，极板灌注电解液后使得整节电池处于胶体化状态。隔板中增加了纳米材料，增大孔径，增加胶体电解液总量。有效防止电解液分层，减小腐蚀速度，提高使用寿命。
    纳米胶体电池具有许多优点：循环次数更多(相比传统钳酸电池充放电次数提高200次)；寿命更长，节省消费者使用成本；更耐低温，在-10度条件下保证电动车的使用，相比传统铅酸电池容量提高30%；一致性更好，故障率更低、容量更人、充放电性能更好；材料配方*，提高产晶性能，适应性更强。
    目前已有众多电池企业拥有了此项技术，纳米胶体电池在电动车用电池中已经占据了一定的地位。
电动车充
    一般的电动车充电器只能配套使用，如果使用其他的充电器对自己的电动车充电，由于电压电流的不匹配，则会导致烧坏电池，甚至电池自燃等后果。为了解决这种问题，方便消费者，浙江龙游联创电源有限公司研发出了一种助力电动车充电器，这种充电器当对蓄电池进行充电时，充电器首先会自动调整至与电池相匹配，然后再开始充电。不管哪种规格的电动车或者蓄电池，都能用这种充电器充电，如此一来，消费者再也不用担心由于充电器与电池的不匹配烧坏电池了。
    据介绍，这种充电器的zui大特点是“自觉性强”，善于自我调整。当用户给蓄电池充电时，充电器首先会进行自动检测，把自己的正负极自动切换成与电池一样的极性，然后把电压、容量都自动调整到与电池一样的规格，这样不管给哪种规格的蓄电池充电，两者都是匹配的。目前，该种充电器正在申请7项国家。
    四．能量回收以及智能化技术的进步
    能量回收技术
    自发电技术的核心是充分利用电动车本身优势达到节能、使能源回收和自发电、自充电的功能。目前电动车市场真正意义上带有自发电装置的电动车还很少，有也是电机控制器采用斩波方式升压的，在电动车行驶速度较快时刹车，有一点点的能源回收，但也是非常不稳定的，在30码行驶速度刹车时，输出电压可达90伏(48伏蓄电池供电的情况下)，这样对整车的电器控制线路危害是很大的，所以现在也很少有人使用。
    浙江001集团投资2000多万元，通过3年多时间成功研制出带“发电控制器”装置的自发电电动车，目前该技术已申请了70余项国家，通过几万辆带自发电电动车用户的实际使用，已被市场认可，目前公司正扩大产能满足市场需求。据悉，经过4年的发展，001自发电电动车已进入了产业化的阶段。
    2005年起，莫拉克开发出“智慧脑”技术。据杭州“莫拉克”电动车公司总冯济利介绍，“智慧脑”技术的加入使“莫拉克”在骑行的同时就能给蓄电池充电。
    “智慧脑”安装了“再生制动能量回收型控制器”，能自动根据路面状况进行优化输出、自动阻断、自动巡航，刹车时发电、下坡时充电。
    再生制动能量回收型控制器采用再生制能量回收技术，提高电动自行车一次充电续驶里程10%~50%，节省用电；再生制动能量回收时的脉冲充电方式有利于消除蓄电池电极表面钝化，提高电池寿命,节省能源；运用非线性控制技术,提高电动车的驱动性能、续驶里程、驾驶舒适度；电刹车制动更安全，刹车噪音低,同时具有类似汽车ABS防抱死系统的刹车防侧滑功能；频繁刹车制动30~50%在繁华路段和下坡时频繁进行刹车再生制动能量回收。
    智能化技术
    2008年3月份，江苏新日集团面向同步推出具有自主知识产权的全智能电动车，实现了“人车对话”的技术创新。
    新日全智能电动车是一款具有高科技自动检测功能，新型“会说话”的电动车。该车的推出实现了电动车整车自身的智能扫描，人性化的语音报警，使驾车者随时掌握电动车的运行情况，在突发故障时能够从容应对。全智能电动车的新日磁王双动力电机、第二代E-ABS刹车系统、节能的LED冷光源照明体系、智能自动检测语音提示，满足消费者对电动车动力转换、安全刹车、照明和整车健康扫描的高性能要求，给消费者带来了全新的驾驶体验，充分保障驾车者与电动车的安全，真正实现了“人车对话”，每年还可为消费者节省数百元的维修费用。
    同年9月，由绿源集团自主研发的智能电动车近日在杭城靓丽登场。这款电动车引进了目前国内的数字化设计，遥控报警器、遥控电机锁、遥控电门锁，语音防盗系统，人性化的构造，停车后，钥匙拔出，电动车就会发出“嘀嘀”的提示音，提醒车主锁好车子。在按下报警器的同时，电机也被锁定。
五．其他技术
    1.美国自行车*Trek宣称他们将于今年底推出无链自行车，结构设计上采用了当前摩托车和履带式雪上汽车比较常用的一些技术。
    Trek无链自行车采用碳纤维传送带代替链条，结实耐用，质量很轻，也无需经常维护；既不会生锈，也不易被割断，不能拉升，也不会打滑，骑行者也不用担心会有链条上的润滑油蹭到脚踝处。
    2.安徽琦生新能源科技开发有限公司研制开发出我国*台太阳能能量补偿电动车。琦生太阳能能量补偿电动车利用新型转换技术，把无限的阳光资源转变为电能储存到蓄电池里，只要有阳光，电能就可以*地补偿蓄电池。该车的使用范围非常广泛，特别适用于旅游景点、度假村、治安巡逻、物业管理、宾馆饭店等。
    3.一款江苏研制的飞毛腿环保节能型磁动车获部门的上路许可证。生产厂家透露，该车采用的磁动力技术，杜绝了对大气环境的任何污染，*了一项空白。
    这款飞毛腿磁动车是世界上zui小的电动车，手机大小的锂电池，7公斤重的整车极便于携带，一次充电可骑行35公里。该车采用永磁电机驱动，耗电少，电机效率高达85%，而普通电机仅75%。每公里骑行只用半分钱，采用新型锂电池为动力，充电寿命大于1000次，电池三年间不用换，既节能环保又省钱。
    4.74岁的杭州老人徐志清发明了太阳能电动自行车。这是一辆利用太阳能为蓄电池充电的电动自行车，据测定，车顶这块面积约0.6平方米的太阳能电池板在太阳下晒4小时为蓄电池充电后，该车可行驶约30公里，电池板本身还可为骑车人遮挡烈日。
    ……
    结语：过去的几年里，行业内不乏各类小发明小创造，概念性的产品创新，亦不乏的前沿创造。电动车，这个可以让中国人感到骄傲的民族产业，它的快速发展的背后，是强劲的技术革新力量的支持。这些技术，让我们用车更经济、更安全、更便捷。行业走过了十年，电动车已经走进了千家万户，并逐渐替代自行车与摩托车，成为新时代百姓生活的必需品。回顾峥嵘往昔，展望辉煌未来，我们要做的，就是把技术革命进行到底，将电动车产业推向一个新的高度……

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