第一节　电动自行车概述

一、电动自行车

电动自行车是“以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动力的特种自行车”。以动力电池为能源、依靠电动机拖动是电动自行车与普通自行车的本质区别。如图1-1所示为几款常见的电动自行车。

电动自行车是一种新型节能、绿色环保的交通工具。它以蓄电池为动力来源，通过控制器、转把使电动机旋转，驱动电动自行车的车轮转动，达到行驶的目的。电动自行车除保留了自行车轻便、灵活、安全等特点外，还具有零排放、低噪声、低能耗、易骑等优点。

电动自行车强制性国家标准《电动自行车安全技术规范》（GB 17761—2018）规定如下：

（1）具有脚踏骑行能力。

（2）具有电驱动或/和电助动功能。电驱动行驶时，最高设计车速不超过25km/h；电助动行驶时，车速超过25km/h，电动机不得提供动力输出。

（3）装配完整的电动自行车的整车质量小于或等于55kg。

（4）蓄电池标称电压小于或等于48V。

（5）电动机额定连续输出功率小于或等于400W。

电动自行车技术是综合机械、电子、电动机、电化学、微电脑控制等多学科的系统技术，电动自行车是一种高科技产品。

随着科技的发展，电动自行车以其优越的性能、过硬的质量、多样化的外形，在我国掀起了一股热潮，越来越受到人们的欢迎。

电动自行车之所以能够成为未来车辆发展的方向，是因为它具有以下6个无可替代的特点。

（1）采用高能蓄电池、电动机驱动，维护方便。

（2）无废气排放，无机油、冷却剂等污染物。

（3）减速时，驱动能量“再生”，转化为电能并存入蓄电池。

（4）宁静行驶，无噪声。

（5）耗能成本低，节能环保。

（6）除了定期更换蓄电池，不需保养，使用寿命要比常规燃油车长。

二、电动自行车的发展史

1.电动自行车技术的发展过程

据介绍，电动自行车自20世纪70年代就开始研制，但早期的电动自行车仅仅是自行车、电动机、蓄电池简单叠加的“电瓶车”。受到当时电动机、蓄电池性能的限制，难以满足人们出行的基本要求。

随着直流电动机和蓄电池制造技术的进步及工艺的改善，特别是磁学性能优良的稀土材料（钕硼）在直流电动机上的广泛应用，直流电动机的性能大幅提高。普通铅酸蓄电池经特殊处理及优化配方，体积进一步缩小，质量也有所减轻，并且可以全密封免维护，反复充放电达400余次。因此，真正意义上的电动自行车才推向市场，在20世纪90年代实现了商品化生产。

早期电动自行车使用的普通铅酸蓄电池内部就是铅和稀硫酸，长时间停用蓄电池内部电极会迅速钝化，使用者即使在停用时也要定期充、放电保养；同时也不密封，要求使用者定期加入电解液维护保养，极其麻烦。新型铅酸蓄电池在电极表面增加新型稀土材料，大大改善了它的活性，在相同的体积下可存储更多的电能，同时稀硫酸也逐渐被一种含酸性物质的海绵状胶体所代替，实现了蓄电池的全密封免维护，使用极为方便。

微电子技术的发展，使得今天的电动自行车控制环节具有了真实的意义。电动自行车控制器主要有3种功能：首先是为保护蓄电池而设置的功能，如欠电压保护、最大电流限制、软启动等；其次是启动和调节器功能；最后是显示功能，主要是电量提示、速度显示等。

电动自行车的另一个关键部件就是充电器。目前大多数厂家采用智能型充电器，只需为蓄电池接通电源，充满电后会自动断电，就像给手机充电一样简单。

另外，在电动自行车的两项关键部件—轮毂式直流电动机和新铅酸蓄电池的技术水平上，我国基本上和世界发展同步，因为我国是稀土资源主要拥有国和出口国，目前电动自行车生产厂只要选择高质量的电动机和蓄电池，产品质量都可以有所保障。电动自行车性能质量水平的差异主要体现在控制系统上。消费者只要选择有一定品牌信誉、生产规模的专业厂家生产的电动自行车，就完全不必为电动自行车的性能而忧虑。

早期的电动自行车一般使用高速有齿电动机配合汽车用启动型蓄电池，调速装置采用能耗型（电阻降压）。由于调速装置效率太低，没有相应的保护电路，使得电动机、调速装置、蓄电池之间的配合没有达到最佳状态。这种形式的电动自行车已经淘汰。

2003年以后，电动自行车技术得到飞速发展，以无刷电动机驱动的电动自行车逐渐代替故障率居高不下的有刷电动自行车。电动机可靠性极高，使电动自行车的使用寿命大大延长。与之相配的无刷控制器技术也得到快速提升。融入了多段限流软启动技术，速度开环、闭环控制，堵转保护，ABS柔性电子刹车技术和发电机发电反充电技术等，使得电动自行车的机械性能和电气性能全面加强。

值得一提的是，蓄电池充电技术也不断提高。早期的工频变压器加上二极管充电机没有充电电流、电压的控制，使得蓄电池严重过充或欠充，蓄电池使用寿命极短。后来研制了恒压限流两阶段充电器，虽然达到了充足电的要求，但效率较低，充电时间较长。现在普遍使用的智能三段式充电器，基本遵循了蓄电池的最佳充电曲线（麦斯曲线）。在此基础上，结合单片机技术，正脉冲充电、修复和负脉冲去极化技术，数字化温度检测控制技术，蓄电池充电量管理技术，蓄电池组平衡充电技术，在充电的各个阶段施以最佳的电流、电压、频率和温度等控制，使得充电时间更短，充电效率更高，蓄电池寿命更长。

未来的电动自行车应该是以无位置传感器（霍尔元件）的三相无刷电动机为主流。由于省去了位置传感器，因此电动机结构更简单、性能更可靠。电动机只有三条绕组线，维护更简单。与之相配的无刷控制器技术含量更高，更换无刷控制器将变得异常简单。

未来的电动自行车蓄电池将会朝着多元化方向发展，如镍氢蓄电池、锂蓄电池、燃料蓄电池、超级电容器蓄电池等。

2.国外电动自行车发展史

欧美是生产电动自行车较早的国家，如德国、英国、奥地利、美国等。

日本是世界上电动自行车发展较早的国家之一。1994年，雅马哈首先推出“PAS”电动自行车。1995年，本田公司也推出“RACOON”电动自行车。松下、三洋、小松等公司也相继推出电动自行车。1996年，电动自行车的销售量超过20万辆。国外电动自行车的价格较高，日本为10万日元左右。

总体来说，电动自行车在全球的潜在市场很大，并呈上升趋势。

在欧、美、日等国家和地区，电动自行车的功能仅停留在休闲和短距离代步上，是从属和备用的交通工具。在我国，电动自行车是广大工薪阶层的日常交通工具，使用频率非常高。

3.国内电动自行车发展史

我国电动自行车的发展与世界基本同步，并有独立自主的技术。早在1958年，我国就掀起电动自行车的开发热潮。20世纪80年代中期，我国生产销售了一批电动摩托车，但由于当时电动自行车三大件技术还不成熟，因此很快停止了生产。

真正实用的电动自行车在20世纪90年代后期出现。此时电动自行车用阀控密封铅酸蓄电池技术取得突破性发展，蓄电池可以在使用时免维护，而且不再有电解液溢出，电动自行车的使用变得更加安全和方便。这一时期的电动自行车以高速有刷电动机为主，控制器以PWM技术为核心，加入刹车断电、过电流保护、欠电压保护等；同时，控制器功率管不再经常被烧毁，电动自行车整体性得到很大提高。

1995年，清华大学研制出我国第一辆轻型电动自行车。短短10年间，我国已发展出全球最大的电动自行车产业，同时也是具有国际竞争力的产业。特别是2004年5月1日《中华人民共和国道路交通安全法》颁布实施，带来了电动自行车产业的快速发展，并在我国形成了江苏、浙江、天津、上海四大电动自行车产业基地。据统计，2019年，我国电动自行车产销量超过了3000万辆，社会保有量超过3亿辆。

目前，电动汽车已逐步普及，并在各种领域中广泛使用，如图1-2所示。

作为一个朝阳产业，电动汽车具有广阔的市场潜力和发展空间。随着电动汽车核心技术的突破，未来将有不同的电动轿车、电动公交车、电动专用车等投放市场，电动汽车的发展终将为人类居住环境的改善做出贡献。

三、电动自行车的使用常识

电动自行车是一种新型自行车，使用上与自行车有相同之处，也有很大的不同。

（1）电动自行车最理想的使用方法是人助车动、电助人行、人力电力联动，既省力又省电。

（2）具有零启动功能的电动自行车，由于静止启动时电流较大，耗能较多，并且易损坏蓄电池，应在启动时先用脚踏骑行，到一定速度再用电力加速，切忌原地加速。上坡、负重或逆风行驶时，应人力骑行相助，这样可以避免蓄电池超大电流放电，提高一次充电行驶里程，有利于延长蓄电池寿命。

（3）蓄电池充电须使用随车配套的专用充电器，且应放置在阴凉通风处，避免高温和潮湿；切勿让水进入充电器，防止触电事故。充电器使用前先插蓄电池盒后接交流电，不可错位，以免损坏。充满电需8～10h。冬天充电时应适当延长充电时间。

（4）电动自行车的加速手把有时不能完全回位，一定要养成加速完成后即将手把推回原位的好习惯。

（5）刹车时，电动机的电流立即切断。但当刹车放开时，如果加速手把还在加速位置上，则电动机将立即得到电流而运转，这样不利于安全，务必养成加速完成后即将手把推回原位的好习惯。

（6）每次使用电动自行车前应检查下列各项：

① 轮胎气压是否充足。气压充足可降低轮胎与道路的摩擦阻力。

② 车把转向是否可靠，刹车是否灵活有效，要确保行车安全。

③ 蓄电池盒的插座、充电器插头是否有松动，蓄电池盒是否锁好，喇叭及灯光按钮是否有效，要确保电路畅通。

（7）电动自行车不适合在凹凸不平或陡峭的路面行驶，如遇这种路面，须缓慢行驶或下车推行。

（8）冬天骑行时，应尽量采用脚踏助力，这样既可使身体得到锻炼，又有利于延长蓄电池的使用寿命（因为低温使蓄电池组的容量下降，如放电深度加大，续行里程将缩短）。

（9）电动自行车虽然有良好的防雨性能，但仍需避免直接日晒和雨淋，防止车体或转动部件的锈蚀，雨季使用或经过水潭、积水时，水位高度不能高于轮毂轴中心线，防止电动机进水造成损坏。

（10）电动自行车的标准载重为80kg，所以除掉骑行者的重量，应避免带过重的物体。载重时，应用脚踏助力。

（11）电动自行车的座位以骑行者两脚可以触地为准，以保证安全。

（12）电动自行车所用铅酸蓄电池的寿命长短与用户的日常使用维护有很大的关系。一般来说，要注意以下几点：

① 蓄电池每次使用放电深度越小（距离越短），蓄电池的使用寿命就越长，因此，平时应养成随用随充的良好习惯，且蓄电池应经常保持充足电状态。

② 充电时间应根据里程长短来确定，路程越长，充电时间就长；反之，则短。充电时间控制在4～12h，不得长时间充电。

③ 蓄电池需长时间放置时必须先充足电量，一般每一个月补充一次。

④ 大电流放电对蓄电池有一定的损害，所以在起步、上坡、负重、顶风时用脚踏助力。