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电动车如何在丘陵以及山区取代燃油摩托车
http://www.scxkfdz.com   2016年9月6日

电动车如何在丘陵以及山区取代燃油摩托车
-----DDS交通工具智能电控系统


一; 电动车市场的现状,以及DDS的开发初衷

二; 山地电动车市场的分布,

三; 市场现实需求(力量,里程,速度,整车安全性,电池寿命。)

四;  DDS电动车参数配置

五;  结语

 

 

四川省新科方电子设备有限责任公司
                                          2015年6月

  
一, 目前电动车市场的现状
电动车从1995年至今已发展近二十年,期间经历了从无到有,从小到大,逐步细分为天津板块(简易款)、无锡板块(豪华款)、浙江板块(电摩)、深圳板块(载重王)、徐州板块(三轮车)山东板块(四轮车)等不同类型的生产区域。年产量高达3000万台。
在经历长达10年的高速增长后,已呈现饱和状态。市场占有率逐步向大品牌集中,形成以爱玛,雅迪,新日为第一集团,绿源,台铃,新蕾,立马,绿佳,绿驹,比德文等紧随其后的第二集团格局。由于电动车行业门槛较低,同质化相当严重,各厂家只能以最原始的价格战竞争,已进入大的越大,小的越小的后期市场整合淘汰阶段。
综上分析,今后3-5年内,各厂家将进一步向加大市场推广力度,开拓空白区域,产品差异化等方向发展。目前来看,电动车市场的最后一块大蛋糕就是山区市场。由于受制于技术瓶颈,传统控制器不能满足山区市场的需求。因此,这将是各大厂家提高市场占有率的一次机遇。如贵州市场:目前市场保有量仅为50万台。重庆地区则基本处于空白阶段,大大落后于其他市场,根本原因就是没有一款能适应该地区正常使用的电动车,形成了有市场无产品的尴尬局面。据行业权威人士的调查显示,如有相适应的产品,在未来5年内,仅贵州地区,将有500万台以上的增长量,市场空间巨大。
鉴于此,我公司特别针对丘陵以及山区道路的特殊性,开发了“DDS智能电控系统”DDS是“双电池-双电压-电控系统”的简称(英文名称Double  Battery - Double Voltage – System)
该产品已于2012年获国家发明专利(ZL200710050543.4)在电动车领域打破了电动车的传统控制方式,突破了大功率电动车的多项瓶颈,其各项性能均大大领先同行业水平,同时行业首家通过四川省质量技术监督局检验备案(四川省技术监督局--企业标准备案)并且该产品已通过四川省电子产品监督检验所检验。(见附件)

二  丘陵以及山区的电动车市场分布。
1 贵州全境, 四川省大部分地区, 重庆市全境,广东,广西大部分区域 云南全境等。
2 湖北,湖南,江西,甘肃,山西,陕西,宁夏,青海,西藏。
我国山地丘陵地区占国土面积的三分之二以上。此部分地区消费者急需一款能适应山地行驶的电动车。
三  市场现实需求。
消费者的需求是多方面的,绝不仅仅在于动力的大小。综合起来看,有以下几个重点: 1力量, 2里程, 3速度,4整车安全性, 5 电池寿命。而把这五项指标同时提升起来,具有很高的难度。

《1》 力量需求
山区到底需要多大的力量才能满足消费者的需求?以目前的家庭结构来看,必须解决一家三口(约300斤---360斤)的爬坡需求。由于各区域的道路坡度不同,对电机的扭矩要求也会不同。以云贵川为例,大多数山区道路为当地自建为主,局部路段坡度较大,15°以上坡道随处可见。特别是公路到家门口的一段坡道,由于成本问题,往往修得又直又陡。一般的电动车只能望坡兴叹,无奈之下只得推车上去。因此,解决这最后的10米或者几十米对电动车行业来说是一个新的课题,也就是大扭矩。
根据我公司实际测量,一家三口约360斤,半坡起步需要突破20°陡坡的话,需要扭矩超过150牛米的大功率电机。且爬坡时转速降低到120转时,效率不得低于50%,(效率过低将会导致爬坡温升过快,烧掉电机)。而150牛米的电动车,负载120斤的话,可以轻松突破40°陡坡,已完全覆盖所有山区的坡道。
 
    
 
那么150牛米的电机需要什么样的电控系统呢?
以96v为例,需要96V45A控制器来驱动12吋40磁钢(540转)的电机。才能得到150牛米的扭矩。但是目前常规的性能稳定的96v 15管电控系统(一线品牌)最大为33A,其功率不足以驱动大功率电机,难以适应山区市场的要求。那么开发出大功率控制器就是摆在行业中一道新课题或者说“难题”
     难题1:高压导致瞬间大电流对功率管的冲击。
 由于96v电池组在满电情况下,电压最高达到110v,众所周知,电压越高,电机起步瞬间的冲击电流就越大,最大可以达到500A! 这个巨大的冲击电流可以瞬间击穿普通的功率管。目前的国产高压功率管其性能还达不到要求,部分进口高压功率管也由于价格因素,难以进入大批量运用。当电池组电压更高时,比如120V,144V,就出现了无合适的功率管可用的窘境。
有人曾经用低压功率管做低电压大电流控制器, 虽然也可以获得大扭矩,但是这种技术方案会导致控制器,电机,线路等成本急剧上升。而且高压小电流方案的效率比低压大电流方案更高。比如高压输变电系统和电动汽车系统,电气化铁路,地铁,高铁机车系统等,无一例外全部采用高压驱动。
难题2:高压功率管的内阻过大,爬坡时的大电流使功率管温升过快。
目前采用常规方案的控制器,由于电池组电压很高,必须使用耐压更高的功率管,而耐压高的功率管内阻相应更大,相同的输出电流下,发热量更高,高温对大功率控制器的稳定性和使用寿命有致命影响。

针对上述难题,我公司开发的DDS智能电控系统(以下简称DDS),利用低压并联起步和高压串联行驶,巧妙的避开了高压大电流冲击并且解决了温升过快的障碍。
以96v电池为例,并联48v起步时,比常规控制器电压低一半,峰值电流低一半,对功率管的冲击小一半,启动效率高,发热小,同时在电机上形成24v左右的电压, 当电池从并联状态切换到串联状态后,加载到功率管上的最高电压为96v-24v=72v,对功率管来说是游刃有余。基于此优势, DDS可以使用更低内阻的功率管,输出更大的电流,温升更低,更稳定。
《2》里程需求
由于山区使用的普通电动车,无法避免爬坡时耗电量过大的情况。相对于平原地区,山地行驶时里程会缩短50%以上。虽然通过增加电池容量的办法可以实现长里程,但电池成本,车架成本,制动系统成本,整车重量均大幅度增加,有效负荷也严重降低,表现为启动乏力,爬坡力度下降。里程和动力的矛盾凸显。
 山区使用的高压大功率电动车,在刹车和下坡时,完全依靠机械刹车来实现制动。大量的能量消耗在制动系统上,以发热的形式浪费掉。
我公司开发的DDS由于采用了获得国家发明专利的“并联-串联转换机制”(见附件)在刹车和下坡时把惯性动能高效转化为电能并存储在电池中,从而延长了行驶里程。据四川省电子产品技术监督局的检测报告显示:能量回收效率最高可达80%(见附件)。
 
滑行和下坡时刹车,DDS把电池由96v串联状态变换为48v并联状态,电池电压降低一半,而96v电机电压超过了电池的电压,形成电势差,此时电机转换为发电机,通过DDS内部的能量收集回馈电路对电池进行反充电。
我公司曾用两台相同配置的电动车在山区公路上做对比测试:正常条件下,行驶里程可增加30%以上。电动车行业中,里程增加5公里也是了不起的成就,而DDS智能电控系统可提高30%里程,这是电动车行业的一大革命,具有划时代的意义。具有DDS智能电控系统的电动车,不仅能增加里程,还可降低电池成本,车架成本,以及制动系统的成本。
另外DDS还具有副油箱功能,欠压后让电池并联,放电电流小4倍,电池容量增加一倍。(96v20AH转换为两组48v20AH)低速小电流行驶还能持续行驶约10-20公里。普通电动车一旦欠压只能勉强行驶1-2公里。
 

《3》速度需求
速度的需求分为山区和平原两大类型
1山地速度需求:
在山地爬坡既要获得速度也必须考虑到爬坡效率。普通的中小功率电动车,平原上速度比较快,但爬坡时速度下降太多,效率也下降很多,导致电机和控制器温升很高。消费者感觉到:速度慢,耗电量大,温度高。
在山地爬坡,要得到较高速度,必须采用大功率山地专用电机,配合高压大功率电控系统。爬坡速度快,效率高,耗电量小,温度低。(DDS在高压大功率上的优势见上文:力量的需求)
2平原速度需求:
在平原地区,随着电动摩托车的出现,即将出现高速远距离的需求。而高速必须采用高压,大电流,大功率。普通电控虽然可实现高速,但是里程会受到限制。
由于DDS具有并联低压运行和串联高压行驶两种状态,在低压行驶时,电流分别由两组电池提供,放电电流小。众所周知,电池用小电流放电,放电效率高,能放出更多电量,里程更远(细水长流),非常适合远距离行驶。同时小电流放电,电池寿命会很长。
当需要高速行驶时,DDS把电池转换为串联状态,供电电压高一倍,速度高一倍,功率高4倍,可以获得更快的速度。目前最高电压为144v,可提供100km/小时以上速度
   另外,高速电动车必须具有可靠的刹车系统。DDS高速版具有的高强度E-abs优势。普通高压电动车若采用E-abs刹车,功率管对电机线圈频繁短路,在电机上产生瞬间超高压脉冲,以96v控制器为例,瞬间可达200V以上,可击穿较弱的功率管。这也是常规控制器即便使用小幅度E-abs刹车也会导致返修率大幅度增加的病症所在。
 
DDS系统的超级E-abs刹车,包含能量回馈制动和大幅度E-abs制动。一旦需要制动时,DDS首先将电池处于并联状态,启动能量回馈制动,且不需要功率管对电机线圈短路即可产生制动阻力。其次,当速度降低到一定值,能量回馈制动减弱,再启动大幅度E-abs刹车,此时整车均为低压工作,所以电机发出的脉冲电压比传统控制器低一半,不存在功率管过压击穿的风险,控制器和电机均处于安全状态,可靠性大幅度提高,可实现在高速电动车的无漂移无摩擦减速,安全性高,结合常规的机械刹车系统,实现精确定点停车。刹车距离更短,驾驶人更安全。

《4》安全性需求
安全性主要包含: A 电控系统的安全性,可靠性,稳定性;B 整车电器系统的安全性; C 驾驶的安全性,制动系统的安全性;
《A》 电控系统的安全性,可靠性,稳定性。
A1 起步的风险:目前的电动车由于采用直接串联高压起步,在起步的瞬间,110v高压导致的峰值电流过高,易导致击穿功率管,损坏控制器。
A2 过热的风险:在山地连续爬坡,严重发热使返修率高得难以想象。据某山区经销商统计:96v35a控制器返修50%。试验数据表明:用常规96v35a控制器在山地重载连续爬坡,约5分钟后爬到坡顶,功率管温度上升到120度,当第二次上坡时,功率管温度超过140度而损坏。此时,电机温度也非常高,外表温度约100度,实际内部温度达到130度以上,濒临烧毁的边缘。也就是说,传统控制器在山地运行,基本上是明知山有虎,偏向虎山行。结果就是控制器,电机,必坏其一。
A3  电子刹车E-abs的风险:某些控制器,为了增加刹车效果,采用E-abs刹车,电机将会产生瞬间超高压脉冲,以96v控制器为例,瞬间可达200V以上,可击穿较弱的功率管。这也是常规96v以上的控制器尝试采用高强度E-abs刹车,但都无一例外,全部失败的根本原因!即使采用柔性E-abs刹车,也会加大风险,返修率升高,且刹车力聊胜于无,无异于鸡肋。
另外长时间的高压高强度电子刹车也会导致电机,控制器严重发热,严重影响控制器和电机的寿命,甚至直接烧毁控制器和电机。
DDS由于采用多项先进技,术对安全性和可靠性做了重大提升!(以96v为例)
1  并联48v起步时,电压比常规96v低一半,峰值电流低一半,同时在电机上形成24v左右的电压。
2  当电池从并联状态切换到串联状态,加载到功率管上的最高电压为96v-24v=72v。对功率管来说是游刃有余。
3 当启用E-abs刹车时,电池处于并联48v状态,相当于一部48v的电动车。此时电机发出的脉冲峰值电压比传统方案低一半,不存在功率管过压击穿的风险。控制器和电机均处于安全状态,因此 DDS 可使用高强度E-abs刹车,减速效果远大于常规E-abs刹车。可实现无漂移无摩擦减速,安全性高,结合常规的机械刹车系统,实现精确定点停车。刹车距离更短,驾驶人更安全。在山区和丘陵地带,不仅可实现陡坡缓降功能,还能把惯性能量回收到电池中,一举两得。
4  定制的功率管采用特殊工艺,具有发热量小,耐冲击性好,控制器整体温升较低,同等配置下能输出更大的电流。
5  DDS内部具有温度传感器,通过采集功率管的温度,适时调整输出功率,保护控制器免受高温威胁。并且通过芯片预置的电机温升曲线,对的电机温升进行实时测算,适时调整输出电流,进一步保护了电机不受高温损害。
6  高效率的π型双排传热系统配合外壳阳极化散热系统,确保控制器内部的热量迅速传递到外部,降低了控制器内部电子元器件的工作温度,延长了控制器的寿命。

《B》 整车系统安全性的需求
B1   传统电动车整车线路采用串联高压供电,不符合安全规定,电压越高,漏电几率更大,易引起的短路燃烧。
B2  整车用电器(仪表,转换器,报警器,电门锁等)供电采用高压,稳定性差,成本高。
B3  充电口电压过高,有触电风险,引起短路燃烧。
拥有DDS系统的电动车,整车线路均为低压供电,符合国家3c规定,无触电之忧。
整车用电器(仪表,转换器,报警器,电门锁等)供电均采用低压供电,成熟可靠,成本低。
充电器电压比传统电压降低一半,无触电风险。DDS充电具备短路保护功能,不怕短路、不怕反极,不会打火燃烧,安全性强。
《C》 驾驶的安全性,制动系统的安全性需求
C1  驾驶的安全性
普通电动车采用串联高压供电,启动时冲击力过大,舒适度差。在凹凸不平的路面上行驶时,不易掌控速度,易发生追尾事故。驾驶人手腕,手臂,腰部等易疲劳。
DDS采用并联低压起步,启动平稳,低速行驶适合各种复杂路况(凹凸不平的路面,菜市场,拥堵的街道)。驾驶人感觉轻松。
C2  制动系统的安全性
普通电动车采用机械制动系统,易导致过热失效。
电动车刹车失灵冲下山 母女烧香归来一死一伤_大闽网_腾讯网
http://fj.qq.com/a/20120312/000054.htm
 
  电动车刹不住翻了 集美天马山3个月3起同样事故 东南网
http://www.fjsen.com/d/2011-08/21/content_5638771.htm

     大量电动车刹车失灵事故有一个共同点,那就是载重下坡、长时间刹车、
据实测:重载电动车以20码速度下坡,刹车系统发热功率高达2000w以上,会让摩擦片温度上升,导致刹车力减小,速度会更快,摩擦片温度更高,,,,,,,,这样就陷入恶性循环,当摩擦片的温度超过极限后,刹车力降为0,此时的电动车如一匹脱缰的野马,直冲下去,车毁人亡!!!极端条件下,碟刹只需要2-3分钟就完全失去摩擦力。
大量事实和数据均证明,传统的刹车系统无法满足山区道路的需求,特别是重载下长坡时,尤为突出,关系到驾驶者的人身安全!
针对这种现实,我公司研制的DDS电控系统,具备了下坡主动减速、限速功能。简称“陡坡缓降”,完美解决了困扰电动车行业多年的瓶颈
 “陡坡缓降”基本原理是:在能量回收模式下,电机对电池进行充电,回路电流在电机内部形成反向阻力,阻碍电动车的下滑,速度越快,电流越大,反向阻力越大,最终与下滑重力取得平衡,速度不会越来越快而是稳定在一个安全的范围内,驾驶人不需要持续地操作机械刹车,安全,省力,舒适。实现“下坡免刹车”的奇特效果。在有了如此惊人的制动效果的基础上,就可以利用机械刹车实现任意一处精准停车,确保驾驶者的安全。DDS还支持高强度E-abs刹车,让制动效果加倍,延长刹车片的寿命。

 

拥有DDS系统的电动车,其刹车方式可以支持能量回收制动、摩擦片制动、高强度E-abs制动等,根据电动车的使用环境,灵活配置刹车方式的组合。

《4》驾驶的智能化需求。
1 DDS提供了真正智能化的操作方式。可感应到用户的意图,自动给出最佳的启动力量,最佳的运行速度,最佳的爬坡力量等。整个过程不需要操作其它开关或按钮。
2  DDS内置的ID陀螺仪可自动检测坡度,当遇到陡坡时,可自动加力加速,轻松爬坡。爬坡结束自动回归省电模式。
3  下坡自动回收电能,增加里程并实现陡坡缓降。

《5》电池寿命的需求
在山区使用的电池,寿命为什么这么短?
答:据市场反馈:电池寿命与电池电压成反比
36v 48v 72v 96v
3年以上 平均2年 一年左右 3-6个月,

1,高压串联起步,电池电压越高,峰值电流越大,电池寿命越短。大电流放电后不能及时补充电,造成不可逆伤害。
2,电池放电过程中,容量低的电池会过度放电,串联电池的数量越多,过度放电越严重。电池容量差异造成的伤害成倍放大,降低了电池寿命。(严重欠压一次,将减少电池寿命2个月以上).
3 电量降低后,内阻增大,大电流会导致极板弯曲,活性物质脱落失效,并且传统控制器放电电流不可更改,导致电池在“饥饿中超负荷工作”
3,高压串联充电,必将导致各个电池之间的电压落差成倍增加,一部分电池过度充电,电解液损失,容量下降;一部分电池欠充电,导致化学物质失去活性;电池一致性得不到有效维持,寿命非常短。
4   传统电动车电池串联使用,一旦某一只损坏,导致所有电池全部更换,造成电池厂巨大损失,相当于电池寿命变短,也给消费者带来更高的使用成本。

DDS具有多项独特技术能让电池寿命延长
A  采用两组电池并联起步,平均电流降低4倍,峰值电流也降低4倍,彻底避免大电流对电池的冲击,延长使用寿命。
B  正常行驶时,系统限制最高速度和最大电流均不超过安全值,确保电池工作在安全范围。
C  DDS系统检测到电池电量不足,将限制大电流的使用,起步电流降低50%-75%,对电池有极大的保护。
D 系统采用低压并联充电,充电电压降低一半,电池串联只数少一半,电池充电更均匀,电压落差比常规方式小4倍,电池一致性得到有效维持。
 
F  在“能量回收”时,将优先对电压较低的电池组充电,两组电池得到即时的均衡,显著延长电池寿命。保守估计,96v的电池有望得到48v电池的寿命。
G  在“能量回收”时,及时对大电流放电造成的“亏空”进行弥补,有利于电池寿命。
     H  在“能量回收状态”时,插入高频脉冲对电池进行脉冲修复,可解除电池硫化效应、钝化效应,降低电池内阻,相当于每辆车上安装一台修复仪,边骑边修复。延长电池寿命
     I  副油箱”功能:欠压后,可用小电流继续行驶一段距离,便于及时寻找充电站对电池补充电量。彻底避免严重过放电的发生。
J  当电池使用日久,某一只或者某一组电池容量下降,DDS会及时发现并降低其负荷,延缓其衰减速度,增加了寿命
K  DDS可支持两组不同容量的电池同时使用,并自动分配合适的负荷。电池过保修期后,消费者可以对电池进行重组,榨干电池的“余热”。延长使用寿命,降低消费者的使用成本。

五  结语:
我公司独家掌握的DDS核心技术具有以下特点。
1,运用范围广:年产量3千万台的二轮电动车,年产量1千万的三轮电动车,包括刚刚起步的电动汽车,都为DDS产品提供了广阔的发展空间,也为企业的发展代来了百年难遇的机会。
2技术含量高:解决了电动车市场的技术瓶颈。
3市场竞争小,独家拥有的专利技术。随着国家对知识产权保护的重视,DDS必将成为搅动电动车行业现有格局的利器。
4新能源,符合国家经济发展的产业政策。顺势而为的发展趋势,根本上保证了DDS产品可延续性。

从中国摩托车发展史来看,只有掌握核心技术的企业(如:宗申,力帆,隆鑫等),才能在恶劣的竞争环境下,永立不败之地。如果说电动车市场从有刷控制到无刷控制,是一次技术革命,成就了晶汇、高标在控制器领域的领先地位(现产销量分别达到600万、800万台)。那么,独家掌握DDS核心技术的新科方公司,势必引领电动车领域的第二次革命。

四川省新科方电子设备有限责任公司
                                          2015年6月

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