电动自行车正处于峰顶。他们的设计如何？

Lime是一家美国运输公司，在世界各地的各个城市都经营电动踏板车，电动自行车，普通踏板自行车和汽车共享系统。该公司最近宣布已达到1.5亿乘以100％可再生能源动力成立公司仅三年后。

但是，这些新时代的运输车是如何从电气角度制造的？在本文中，我们将尝试介绍一些设计电子自行车的基本技术概念。

估计电动机功率

设计电子自行车的第一步是估计所需的电动机功率。电动机应提供克服几个不同的对立力量的力量，以推动自行车向前推动。例如，当我们上坡移动时，重力的力量将我们拉到山上。如下所示，重力的下坡力由以下方式给出：

$$ f_d = mgsin（\ phi）$$

其中m是总质量，g是重力场强度，而φ是倾斜角。

骑自行车的人在山上骑着山丘，必须发挥更多的力，而不是重力推向自行车及其骑手的力量。图像自我推动

防风，轴承和轮胎摩擦是应考虑的其他主要对立力量。确定风力阻力力的一些重要因素是骑手和自行车额叶区域以及相对于逆风的自行车速度。

电动机提供的推进力（FP）至少应等于上述三个相对力的总和（重力，风和滚动电阻的力）。乘以f_p通过自行车速度V_b为我们提供电动机应提供的最小功率：

p_{电动机，最小}= f_p•v_b

实际上，我们需要向上扩展此价值，以考虑损失。此外，电子自行车的加速度要求将要求使用具有更高功率值的电动机。

估计电子自行车的范围

使用E自行车，跨平台的最大速度通常限制为约30 km/h。因此，利用具有较高功率的电池将增加电子自行车的范围，而不是其最大速度。电池电源能力以瓦时（WH）表示，指定电池中存储的能量量。这种能量用于创建将自行车向前推动的力。

假设电子自行车以最大速度行驶v_b，，，，_最大限度跨层的推进力是F_p，级别。在这种情况下，我们可以使用以下方程来估计给定功率容量的范围：

电池提供的电源= $$ {f_ {p，level}} \ cdot {v_ {b，max}} = {f_ {p，level}} \ cdot \ frac {range} {time} $$

$$ range = \ frac {电池电源容量} {f_ {p，level}} $$

例如，F_p，级别= 30n还有一个480-WH电池，我们的射程约为57.6公里。

电池类型：铅酸与锂离子

电子自行车应用的两种常见电池类型是铅酸和锂离子电池。铅酸电池便宜，但能量密度较低。

电池的能量密度指定电池在质量单位（WH）或​​体积（每升WH）中提供的能量量。基于质量的定义称为电池的特定能量，基于体积的措施称为电池容量密度。

如下所示，锂离子电池的特定能量密度是铅酸电池的三倍。

能量密度比较尺寸和重量。图像EPEC

此外，锂离子电池提供了更高的放电和效率，这意味着锂离子电池的有效能量密度可以比上图所建议的更好。此外，锂离子电池的寿命更长。

锂离子电池的主要缺点是它们对过热敏感，需要电池管理系统（BMS）将温度保持在指定范围内。应保护锂离子电池免受充电/排放的影响。如下面的电子自行车框图所示，BMS需要检查电池的不同参数。

电动自行车的电推进系统。图像提供Waraporn Puviwatnangkurn等。al

BMS的另一个常见功能是保护电池免受过电流或短路状态时可能发生的过电流。

电机类型和驱动器：BLDC电动机

无刷直流电流（BLDC）电动机是电动机类型，在电子自行车应用区域中常用。

BLDC电动机比拉丝直流电动机具有多个优势，例如效率更高，寿命较长和维护要求较低。此外，BLDC电动机的尺寸较小，因此，适用于需要具有高扭矩比率的电动机的电动汽车应用。

但是，BLDC电动机需要复杂的控制算法才能获得所需的功能，例如对获得的扭矩/速度，更少的连锁和更好的驱动动力学的控制。对于电子自行车应用，减少扭矩波纹可能是最重要的方面，因为它直接与驾驶舒适性有关。

这是BLDC结构授权复杂控制算法。使用BLDC，线圈在定子上，永久磁铁在转子上。需要电子电路（控制器）以适当的序列为定子线圈供电，以使定子产生的磁场使转子旋转。

下图显示了BLDC电机的简化结构以及控制器的框图。

BLDC电动机控制实施厅传感器的框图。图像德州仪器

控制器需要了解转子相对于定子的当前位置，以便它可以用正确的序列为线圈供电。转子位置通常由集成到电动机的霍尔传感器的方式确定。

结论

石灰估计，诸如电子自行车之类的清洁基于能源的游乐设施节省了1,300,000加仑的气体。广泛吸收电子自行车可以减少对短途运输的个人汽车的依赖，并使子孙后代拥有更绿色的星球。

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