关于电瓶、并联大电容、控制器电流的分析

天行健 · 发表于 2009-4-3 17:30:30

先说下控制器内部的基本工作原理，在工程上，像我们用的无刷电机类型的负载可以由以下模型构成：一个可变电阻和电感器的串联。电阻的值和速度成正比。不转动时候，就是电机线圈的直流电阻值。而电感器的值，根据各生产厂家电机制造技术的差异和电机功率的大小会在一个很大的范围内变化。
电子技术告诉我们，电感器是一类电流无法突变的器件，其电流变化的速率和电感值成反比，因为电动车等效电感通常都非常大，所以，对于15KHz的脉冲来说，事实上电机内部电流根本是无法突变的，只是按照固定的斜率上下波动而已。当输出管截止的时候，其通过反方向二极管回路续流，（这里部分控制器所谓的同步整流技术[我觉得说同步续流更合适]是在续流期间的一种输出驱动方法）。这样我们通过每个开关周期控制开关时间比例，就可以将电机电流慢慢提升到合适某个速度的电流。说白了，控制器从原理上其实就是一个会换相的开关电源，根据转把的输出电压，控制输出的脉冲占空比（当然这里还有换相系统，是为了配合电机转动而设计的，就不另外讨论了），一般无刷电机这个开关频率控制在15KHz-20KHz之间。通过控制输出脉冲的占空比，达到等效的改变电机驱动电压从而实现调速的目的。
这里虽然电机电流是完全无法突变的，但是控制器输出的电流确是完完全全脉冲的，因此所有控制器在输入端都并联了一个合适的电容，其目的就是为了提供脉冲电流，而只从电瓶获得基本上平直的电流就可以了。
这里这个电容我们可以这样计算：容抗公式Xc = 1/（ω×C）= 1/（2×π×f×C）
一个1000uf的电容的在15KHz下面的容抗为0.01Ω，公式里计算的是正弦波，但实际上控制器工作时候非正弦波，为方波，而电流本身就是带续流的脉动三角波或者锯齿波，其最大的成分为基频也就是15KHz的正弦波，用这个来计算足够精确了。所以，哪怕这个脉动电流在100A，其实际反应到电容2端最多不超过1Vp-p，这也就一般控制器用到2个1000uF电解电容就够的原因。同时也因为这电容工作在15KHz,属于比较高频率，所以通常，用于控制器的电解电容对高频特性会提出特殊的要求。
上面的分析，我们可以初步得出这样的结论，由于控制器内部电解电容的存在，该电容高频等效内阻小于0.01Ω，远远小于电瓶的内阻，而且由于从电瓶到控制器的引线电感的存在，电瓶流向向控制器的电流，不管控制器工作在15还是20KHz，基本上可以认为是以直流形式提供的。
再说说电池组并联电容的分析：等效的说，电池就是一个理想电池和电阻的串联模型，这个串联电阻根据电池的满、欠和基本容量会有一个非常大的变化。以我们常见的48V20AH铅电说：电池满的时候，30A输出电流，端电压基本上不会有什么变化，这时候电池等效内阻计算出来将是很低的，而到一半的时候，30A电流大概能引起5V以上的压降，粗略的计算一下，这时候的内阻就变的有0.15Ω了。
如果某个电动车起步时间是2秒（相信这已经是很好的起步性能了）起步电流是30A，如果我们希望并联的电容器能分担电池一半的瞬态电流，那么电容等效内阻等于0.15Ω就基本上可以了。现在我们可以算出来，这个电容需要多大：0.15=1/（2×π×f×C）这里 f我们可以简单的用起步时间算作频率的周期，可以算出来电容为2.13F（法拉）。由于这里计算过程是和瞬态时间相关的，说明电容可以在瞬态内减低电池的内阻，这个瞬态越短，效果越明确。而且由于电池随着电量的下降，内阻变化越厉害，电池越低，这个补偿效果也越明显。
现在我们得出一个这样的结论：一个50V（前提是充电时候断开这个电容）2法拉的电容，能在2秒的启动过程中分流这个电池一半的电流。剩下的其性能价格比什么的相信大家都自己会有个小九九啦。

(原)cxm4088 · 发表于 2009-4-3 17:34:10

太深奥了。。。。

(原)newcob · 发表于 2009-4-3 19:16:33

事实上，我们开电车时起步远不止2秒，2秒只是启动的一瞬间，实际起步过程应该是指电车从静止到加速到需求速度的那一段时间，一般是几秒至几十秒。

另外，我认为区区2000uF的电容对几十A电流输出的控制器来说，是无法令输入电流变得非常平滑的，它的主要作用是令输入电压的波幅变化范围不至于大到影响驱动电路的正常工作。

(原)zhuzf · 发表于 2009-4-3 19:25:20

不懂，太深奥了！

(原)xxmhit · 发表于 2009-4-3 22:04:22

仔细读了一遍，如醍醐灌顶！
此贴解决了一直困扰我的很多问题。

我建议，此贴应该加精！

[ 本帖最后由 xxmhit 于 2009-4-3 22:05 编辑 ]

天行健 · 发表于 2009-4-3 23:37:20

原帖由 cxm4088 于 2009-4-3 17:34 发表
太深奥了。。。。

晕，这已经是科普级别的分析了，在这里大多数都不过是引用了那些简单并应该为大家所熟知的基本物理概念，我尽量并试图用一般人最能理解的描述来说明一个基本的原理。如果真说到工程一级，一般人说深奥到也算正常了。现在大家还是这样看，那我真不知道怎么给大家分析了。

(原)avatar · 发表于 2009-4-4 02:25:26

原帖由 newcob 于 2009-4-3 19:16 发表
事实上，我们开电车时起步远不止2秒，2秒只是启动的一瞬间，实际起步过程应该是指电车从静止到加速到需求速度的那一段时间，一般是几秒至几十秒。

另外，我认为区区2000uF的电容对几十A电流输出的控制器来说，是无 ...

拜托，2法拉是2百万uF:6:

(原)zhang971138 · 发表于 2009-4-5 14:57:36

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(原)xxmhit · 发表于 2009-4-5 15:22:20

为何这么好的帖子，这么多人看了都不顶呢？

(原)xiangqi · 发表于 2009-4-5 15:25:27

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