电动自行车知识培训
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从电子技术角度针对电池而言：第一个阶段叫充电限流阶段，第二个阶段叫高 恒压阶段，第三个阶段叫低恒压阶段比较贴切。
第二阶段和第三阶段转换时，面板指示灯相应变换，大多数充电器第一、二阶 段是红灯，第三阶段变绿灯。第二阶段和第三阶段的相互转换是由充电电流决定的 ，大于某电流进入第一第二阶段，小于某电流进入第三阶段。这个电流叫转换电流 ，也叫转折电流。
控制器分类:
有刷控制器
控制器
无刷控制器
60°相位角 120°相位角
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
16
直流无刷控制器：
我公司电动自行车产品控制器主要采用120 °相位角的直流无刷控制器。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
17
直流无刷控制器主控制板说明：
电机驱 动IC
散热板 固定杆
电芯： 是电动自行车电池的核心组件，是电池的能量贮存和输出单元。一般由多颗 液态锂离子电芯或聚合物态锂离子电芯组成。电动自行车电池一般会组成七 串、十串、十三串等。常见电动自行车电池所使用的液态锂离子电芯以18650 这种规格为主。
前端硬件保护单元： 该单元以定制处理器为中心，完成多串锂电池组各电芯数据检测、过电压保 护/欠电压保护/过充电流保护/过放电流保护/高温保护/低温保护等功能保护 、短路保护、电芯平衡处理、通讯接口等。其中通讯接口是完成IC与微控制 器(单片机)或PC工具之间数据通讯，用于设定IC保护参数和读取电池状态。
MOSFET组合单元： 该单元是各种保护的输出终端部分，起开关作用，当电池出现异常条件保护 执行时关断MOSFET停止对电池充电或放电，保护电芯安全。
电压检测： 将电池电压、充放电端口电压、MCU供电电压等转换并输入到前端硬件保护单 元及MCU主控制单元，用于实现过电压保护、欠电压保护 。
温度检测： 通过热敏电阻器将各电芯或部分电芯温度、MOSFET温度、电路板温度转换并 输入到前端硬件保护单元及MCU主控制单元，用于实现高温保护、低温保护。
三速/过流/堵转/
电压保护/温度保
护/刹车/调速/速
度计算与控制、
霍
通讯数据处理、
尔
用户功能处理等
检
测
电流检测
仪表控制
前
灯
速度检测
控
制
三速控制
助力检测
防
刹车检测 盗 检
调速控制
测
GOLDEN DRAGON
电 源 入
19
直流无刷控制器各组成单元功能：
MCU主控制单元： 该单元以MCU(单片机)为中心，完成电机驱动、助力/三速/过流/堵转/过电压 保护/欠电压保护/高温保护/低温保护/刹车/调速/速度计算与控制、通讯数 据处理、用户功能处理等工作。
电压检测： 将供电电压、驱动供电电压、主供电电压等转换并输入到MCU主控制单元， 用于实现过电压保护、欠电压保护等。 当电池电压高于、低于设定保护值时，控制器切断驱动输出，防止因电池过 压损坏电机，也防止过放电而损坏电池，起到保护电池和电机的作用。
电流检测(保护功能)： 通过电流感应元件将主回路电流转换并输入到MCU主控制单元，用于实现过 流保护。当电动车爬坡或者堵转时，将电流限制在设定值，不会因为电流过 大而对电机以及控制器产生损害，还可以节能。
GOLDEN DRAGON
13
二、充电器知识
充电器是一种为蓄电池提供能量的装置，它通过转换方式，将能量提供给蓄电池
并由蓄电池保存。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
14
电动车充电器:
近几年，电动车普遍使用了三段式充电器，第一个阶段叫恒流阶段， 第二个阶段叫恒压阶段，第三个阶段叫涓流阶段。
仪表控制： 对仪表通讯信号进行处理，实现手动控制自行车控制器实现各功能与显示， 如三速/五速控制、前灯控制、限速控制、车速显示、电量显示、累积里程 显示、累积时间显示等。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
21
速度检测： 通过电机内速度或轮圈霍尔传感器将转速信号转换并输入到MCU主控制单元 ，用于实现速度和堵转计算。 堵转功能是自动判断电机在过流时是处于完全堵转状态还是在运行状态或 电机短路状态，如果过流时是处于运行状态，控制器将限流至值设定值， 以保持整车的驱动能力；如电机处于纯堵转或短路状态，则控制器先限流 至设定值，2秒后将关断电流，以确保控制器及电池的安全，且节省电能及 延长续航里程。
电流检测： 通过电流感应元件将主回路电流转换并输入到前端硬件保护单元及MCU主控制 单元，用于实现过充电流保护、过放电流保护。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
12
供电： 该单元是将电池和充放电端口电压变换成低电压(如5V、3.3V等)，供给前端 硬件保护单元、MCU主控制单元、其它外围电路。
我公司电动自行车产品充电器主要有29.4V3A、42V2A、 42V3A、42V5A、54.6V3A、 54.36V5A等规格。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
15
三、控制器知识
控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、
速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控 制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重 要的部件。
EEPROM(备选)： 该单元是保存MCU主控制单元数据及电池运行时的各种实时数据，起到断电 保存、数据恢复的作用。
开关/显示： 手动开关，用于启动显示电池剩余电量。
LED灯： 用于显示电池剩余电量。
保险丝： 串入充放电主回路中，在超过流状态下断开充放电回路，防止控制板和电芯 因超大电流而损坏。
2013-5-25
镍氢电池
储氢 材料
KOH
NiOOH 环保
1.2 60-70 190-200 ≥300 10%
我公司电动自行车产品电芯主要采用液态锂离子电池。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
5
锂电池内部结构：
极柱
安全 阀
负极 隔膜 正极
外壳
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
6
电动自行车锂电池
三相电机驱动单元： 该单元是三组功率驱动器，将MCU的电机调制信号进行功率放大直接驱动大功 率三相无刷电机。另外该单元还设计有反充电功能，在刹车、减速或下坡滑 行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维 护，延长电池寿命，增加续行里程。
驱动供电、主供电： 驱动供电产生12-20V 1A中压电源为三相电机驱动单元和外设供电;主供电产 生5V或3.3V 0.2A低压电源为MCU主控制单元和功能检测电路供电。主供电电 源取自驱动供电电路。
能量比（Wh/kg 或 Wh/L）： 定义：指的是单位重量或单位体积的能量 公式：比能量＝电池能量／电池重量（或体积） 意义：能量密度的高低是由材料密度与结构决定的
电池容量（Ah）： 定义：Байду номын сангаас从电池获得电量的量或电池所能够储存的电量多寡 公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h） 意义：容量是电池电性能的重要指标
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
7
我公司电动自行车产品电芯主要采用18650锂离子电池;电池组电压主要有25.2V、 36V、48V等规格;电池组容量主要有8AH、10AH、11AH、12AH、15AH等规格。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
8
电动自行车锂电池内部构造图：
2013-5-25
供电
EEPROM
电
压 检 前端硬件保护单 测 元：各电芯数据
检测、各功能保
护、短路保护、
电芯平衡处理、
温
通讯接口等
度
检
测
电流检测
MCU主控制单元 ：电量计算与 指示、通讯数 据处理、用户 功能处理、辅 助保护功能等
开关/显示
GOLDEN DRAGON
充 电 入 放 电 出
10
电动自行车锂电池各组成单元功能：
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
4
锂离子电池
优点：重量轻、体积小，寿命长，无记忆效应，环保。 缺点：价格相对昂贵，发展时间短 ，制造工艺的成熟性不如铅酸，镍镉及镍
氢电池。
常见可充电电池性能比较：
电池体系 组成 负极
锂离子电 池
碳
铅酸电池 Pb
电解液 正极
LiPF6
LiMn2O4 或 LiCoO2
H2SO4 PbO2
环保性能
电池 能量密度 电压 （V） Wh/kg Wh/L
充电循 环
绿色环保 3.6 130-150 350-400 ≥300
铅污染严重 2.0 30-50 50-80 200-300
自放电 率
8%
20%
镍镉电池 Cd KOH NiOOH 镉污染严重 1.2 50-60 130-150 200-300 25%
三速/五速控制（功能）： 将三速/五速控制信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现在骑行中调整 助力速度(力量)的大小，适应不用的路况，一般分为三档(低、中、高档)、 五档(关、低、中、高、超高档)等。 在功能控制中实现了自动限速/恒速功能，如限速20km/h,如果骑行速度高于 设定值时电机停转，节约电能，低于设定值时电机驱动辅以动力，使之维持 在设定速度值。
等形式的能直接转化为电能的装置,是一种可以 储蓄电能的物体。
电池的分类：
一次电池（干电池）
电池
铅酸电池
二次电池（充电电池 或蓄电池）
镍充电电池 锂离子电池
液态锂离子电池
聚合物态锂离子 电池
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
3
电池的分类：
电池能量（Wh）： 定义：指电池储存的电量（能量）的多少，用Wh来表示 公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×容量（Ah） 意义：电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定 做功的多少
电动自行车知识培训
兴龙辉公司 开发二部 制作
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
1
目录 一、锂电池知识 二、充电器知识 三、控制器知识 四、电机知识 五、其它配件知识 六、电动自行车整车知识 七、总结
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
2
一、锂电池知识
电池是指能够将化学能、内能、光能、原子能
调速控制(备选)： 通过调速霍尔传感器将调速信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现无 级调速和防飞车功能，解决无刷电动车控制器由于转把或线路故障引起的 飞车现象，提高了系统的安全性。
MCU主控制单元： 该单元以MCU(单片机)为中心，完成电量计算与指示、通讯数据处理、用户 功能处理、辅助保护功能等。用户功能处理是指各公司自定义一些非标准功 能或特殊功能，是MCU主控制单元所要完成的主要工作。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
11
电芯平衡检测与控制单元： 该单元是电芯平衡的前端部分，是输入检测和输出控制部分。电芯平衡是根 据检测每节(串)电芯的电压、电流、温度、容量、剩余容量、内阻等进行综 合计算，控制调节每节电芯以不同的电流进行充电和放电达到平衡电芯的目 的。
散热板
热敏电 阻器
MOS 驱动管
MOS 固定杆
电流感 应元件
电机驱 控制器
动线
板
背面为MCU 主控制器
通讯驱 供电外 动IC 围元件
供电 IC
2013-5-25
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18
直流无刷控制器原理方框图：
驱动供电
主供电
电压检测
三 相 电 机 至驱 电动 机单 元
2013-5-25
温
度
检 MCU主控制单元： 测 电机驱动、助力/
霍尔检测： 将三相无刷电机的相位霍尔信号转换并输入至MCU主控制单元，用于实现 电机调制。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
20
温度检测： 通过热敏电阻器将MOS散热管或MOS散热板温度等转换并输入到MCU主控制单 元及MCU主控制单元，用于实现高温保护、低温保护。当电动车长时高负载 工作致使控制器内部温度高于设定值时控制器切断驱动输出，防控制器过热 损坏;当冬天气温低于设定值时控制器切断驱动输出，防止电池低温损坏。
助力检测(功能)： 将踏臂的运动信号转换并输入到MCU主控制单元，实现在骑行中自动辅以动 力，停止骑行时停止助力，让骑行者感觉更加轻松，增加电池续航里程。
2013-5-25
GOLDEN DRAGON
22
刹车检测(刹车断电)： 将刹车信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现在骑行中捏刹把时，控 制器会自动切断输出，起到节能以及保护消费者安全的作用。
外壳 防水圈 电芯
保险丝
开关/ 显示
LED指 电流采 示灯 集元件
充电放 电芯固 电芯连
电端口 定架
接片
MOSFET 组合
供电IC
MCU主 控制器
电池控 制板
2013-5-25
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9
电动自行车锂电池原理方框图：
MOSFET组合单元
电 芯电
芯 平 电衡 芯检 测 与 控 制 电单 芯元
第二阶段和第三阶段转换时，面板指示灯相应变换，大多数充电器第一、二阶 段是红灯，第三阶段变绿灯。第二阶段和第三阶段的相互转换是由充电电流决定的 ，大于某电流进入第一第二阶段，小于某电流进入第三阶段。这个电流叫转换电流 ，也叫转折电流。
控制器分类:
有刷控制器
控制器
无刷控制器
60°相位角 120°相位角
2013-5-25
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16
直流无刷控制器：
我公司电动自行车产品控制器主要采用120 °相位角的直流无刷控制器。
2013-5-25
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17
直流无刷控制器主控制板说明：
电机驱 动IC
散热板 固定杆
电芯： 是电动自行车电池的核心组件，是电池的能量贮存和输出单元。一般由多颗 液态锂离子电芯或聚合物态锂离子电芯组成。电动自行车电池一般会组成七 串、十串、十三串等。常见电动自行车电池所使用的液态锂离子电芯以18650 这种规格为主。
前端硬件保护单元： 该单元以定制处理器为中心，完成多串锂电池组各电芯数据检测、过电压保 护/欠电压保护/过充电流保护/过放电流保护/高温保护/低温保护等功能保护 、短路保护、电芯平衡处理、通讯接口等。其中通讯接口是完成IC与微控制 器(单片机)或PC工具之间数据通讯，用于设定IC保护参数和读取电池状态。
MOSFET组合单元： 该单元是各种保护的输出终端部分，起开关作用，当电池出现异常条件保护 执行时关断MOSFET停止对电池充电或放电，保护电芯安全。
电压检测： 将电池电压、充放电端口电压、MCU供电电压等转换并输入到前端硬件保护单 元及MCU主控制单元，用于实现过电压保护、欠电压保护 。
温度检测： 通过热敏电阻器将各电芯或部分电芯温度、MOSFET温度、电路板温度转换并 输入到前端硬件保护单元及MCU主控制单元，用于实现高温保护、低温保护。
三速/过流/堵转/
电压保护/温度保
护/刹车/调速/速
度计算与控制、
霍
通讯数据处理、
尔
用户功能处理等
检
测
电流检测
仪表控制
前
灯
速度检测
控
制
三速控制
助力检测
防
刹车检测 盗 检
调速控制
测
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电 源 入
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直流无刷控制器各组成单元功能：
MCU主控制单元： 该单元以MCU(单片机)为中心，完成电机驱动、助力/三速/过流/堵转/过电压 保护/欠电压保护/高温保护/低温保护/刹车/调速/速度计算与控制、通讯数 据处理、用户功能处理等工作。
电压检测： 将供电电压、驱动供电电压、主供电电压等转换并输入到MCU主控制单元， 用于实现过电压保护、欠电压保护等。 当电池电压高于、低于设定保护值时，控制器切断驱动输出，防止因电池过 压损坏电机，也防止过放电而损坏电池，起到保护电池和电机的作用。
电流检测(保护功能)： 通过电流感应元件将主回路电流转换并输入到MCU主控制单元，用于实现过 流保护。当电动车爬坡或者堵转时，将电流限制在设定值，不会因为电流过 大而对电机以及控制器产生损害，还可以节能。
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13
二、充电器知识
充电器是一种为蓄电池提供能量的装置，它通过转换方式，将能量提供给蓄电池
并由蓄电池保存。
2013-5-25
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14
电动车充电器:
近几年，电动车普遍使用了三段式充电器，第一个阶段叫恒流阶段， 第二个阶段叫恒压阶段，第三个阶段叫涓流阶段。
仪表控制： 对仪表通讯信号进行处理，实现手动控制自行车控制器实现各功能与显示， 如三速/五速控制、前灯控制、限速控制、车速显示、电量显示、累积里程 显示、累积时间显示等。
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速度检测： 通过电机内速度或轮圈霍尔传感器将转速信号转换并输入到MCU主控制单元 ，用于实现速度和堵转计算。 堵转功能是自动判断电机在过流时是处于完全堵转状态还是在运行状态或 电机短路状态，如果过流时是处于运行状态，控制器将限流至值设定值， 以保持整车的驱动能力；如电机处于纯堵转或短路状态，则控制器先限流 至设定值，2秒后将关断电流，以确保控制器及电池的安全，且节省电能及 延长续航里程。
电流检测： 通过电流感应元件将主回路电流转换并输入到前端硬件保护单元及MCU主控制 单元，用于实现过充电流保护、过放电流保护。
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供电： 该单元是将电池和充放电端口电压变换成低电压(如5V、3.3V等)，供给前端 硬件保护单元、MCU主控制单元、其它外围电路。
我公司电动自行车产品充电器主要有29.4V3A、42V2A、 42V3A、42V5A、54.6V3A、 54.36V5A等规格。
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三、控制器知识
控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、
速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控 制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重 要的部件。
EEPROM(备选)： 该单元是保存MCU主控制单元数据及电池运行时的各种实时数据，起到断电 保存、数据恢复的作用。
开关/显示： 手动开关，用于启动显示电池剩余电量。
LED灯： 用于显示电池剩余电量。
保险丝： 串入充放电主回路中，在超过流状态下断开充放电回路，防止控制板和电芯 因超大电流而损坏。
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镍氢电池
储氢 材料
KOH
NiOOH 环保
1.2 60-70 190-200 ≥300 10%
我公司电动自行车产品电芯主要采用液态锂离子电池。
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5
锂电池内部结构：
极柱
安全 阀
负极 隔膜 正极
外壳
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电动自行车锂电池
三相电机驱动单元： 该单元是三组功率驱动器，将MCU的电机调制信号进行功率放大直接驱动大功 率三相无刷电机。另外该单元还设计有反充电功能，在刹车、减速或下坡滑 行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维 护，延长电池寿命，增加续行里程。
驱动供电、主供电： 驱动供电产生12-20V 1A中压电源为三相电机驱动单元和外设供电;主供电产 生5V或3.3V 0.2A低压电源为MCU主控制单元和功能检测电路供电。主供电电 源取自驱动供电电路。
能量比（Wh/kg 或 Wh/L）： 定义：指的是单位重量或单位体积的能量 公式：比能量＝电池能量／电池重量（或体积） 意义：能量密度的高低是由材料密度与结构决定的
电池容量（Ah）： 定义：Байду номын сангаас从电池获得电量的量或电池所能够储存的电量多寡 公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h） 意义：容量是电池电性能的重要指标
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7
我公司电动自行车产品电芯主要采用18650锂离子电池;电池组电压主要有25.2V、 36V、48V等规格;电池组容量主要有8AH、10AH、11AH、12AH、15AH等规格。
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8
电动自行车锂电池内部构造图：
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供电
EEPROM
电
压 检 前端硬件保护单 测 元：各电芯数据
检测、各功能保
护、短路保护、
电芯平衡处理、
温
通讯接口等
度
检
测
电流检测
MCU主控制单元 ：电量计算与 指示、通讯数 据处理、用户 功能处理、辅 助保护功能等
开关/显示
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充 电 入 放 电 出
10
电动自行车锂电池各组成单元功能：
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4
锂离子电池
优点：重量轻、体积小，寿命长，无记忆效应，环保。 缺点：价格相对昂贵，发展时间短 ，制造工艺的成熟性不如铅酸，镍镉及镍
氢电池。
常见可充电电池性能比较：
电池体系 组成 负极
锂离子电 池
碳
铅酸电池 Pb
电解液 正极
LiPF6
LiMn2O4 或 LiCoO2
H2SO4 PbO2
环保性能
电池 能量密度 电压 （V） Wh/kg Wh/L
充电循 环
绿色环保 3.6 130-150 350-400 ≥300
铅污染严重 2.0 30-50 50-80 200-300
自放电 率
8%
20%
镍镉电池 Cd KOH NiOOH 镉污染严重 1.2 50-60 130-150 200-300 25%
三速/五速控制（功能）： 将三速/五速控制信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现在骑行中调整 助力速度(力量)的大小，适应不用的路况，一般分为三档(低、中、高档)、 五档(关、低、中、高、超高档)等。 在功能控制中实现了自动限速/恒速功能，如限速20km/h,如果骑行速度高于 设定值时电机停转，节约电能，低于设定值时电机驱动辅以动力，使之维持 在设定速度值。
等形式的能直接转化为电能的装置,是一种可以 储蓄电能的物体。
电池的分类：
一次电池（干电池）
电池
铅酸电池
二次电池（充电电池 或蓄电池）
镍充电电池 锂离子电池
液态锂离子电池
聚合物态锂离子 电池
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3
电池的分类：
电池能量（Wh）： 定义：指电池储存的电量（能量）的多少，用Wh来表示 公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×容量（Ah） 意义：电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定 做功的多少
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兴龙辉公司 开发二部 制作
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目录 一、锂电池知识 二、充电器知识 三、控制器知识 四、电机知识 五、其它配件知识 六、电动自行车整车知识 七、总结
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一、锂电池知识
电池是指能够将化学能、内能、光能、原子能
调速控制(备选)： 通过调速霍尔传感器将调速信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现无 级调速和防飞车功能，解决无刷电动车控制器由于转把或线路故障引起的 飞车现象，提高了系统的安全性。
MCU主控制单元： 该单元以MCU(单片机)为中心，完成电量计算与指示、通讯数据处理、用户 功能处理、辅助保护功能等。用户功能处理是指各公司自定义一些非标准功 能或特殊功能，是MCU主控制单元所要完成的主要工作。
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电芯平衡检测与控制单元： 该单元是电芯平衡的前端部分，是输入检测和输出控制部分。电芯平衡是根 据检测每节(串)电芯的电压、电流、温度、容量、剩余容量、内阻等进行综 合计算，控制调节每节电芯以不同的电流进行充电和放电达到平衡电芯的目 的。
散热板
热敏电 阻器
MOS 驱动管
MOS 固定杆
电流感 应元件
电机驱 控制器
动线
板
背面为MCU 主控制器
通讯驱 供电外 动IC 围元件
供电 IC
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直流无刷控制器原理方框图：
驱动供电
主供电
电压检测
三 相 电 机 至驱 电动 机单 元
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温
度
检 MCU主控制单元： 测 电机驱动、助力/
霍尔检测： 将三相无刷电机的相位霍尔信号转换并输入至MCU主控制单元，用于实现 电机调制。
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温度检测： 通过热敏电阻器将MOS散热管或MOS散热板温度等转换并输入到MCU主控制单 元及MCU主控制单元，用于实现高温保护、低温保护。当电动车长时高负载 工作致使控制器内部温度高于设定值时控制器切断驱动输出，防控制器过热 损坏;当冬天气温低于设定值时控制器切断驱动输出，防止电池低温损坏。
助力检测(功能)： 将踏臂的运动信号转换并输入到MCU主控制单元，实现在骑行中自动辅以动 力，停止骑行时停止助力，让骑行者感觉更加轻松，增加电池续航里程。
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刹车检测(刹车断电)： 将刹车信号转换并输入到MCU主控制单元，用于实现在骑行中捏刹把时，控 制器会自动切断输出，起到节能以及保护消费者安全的作用。
外壳 防水圈 电芯
保险丝
开关/ 显示
LED指 电流采 示灯 集元件
充电放 电芯固 电芯连
电端口 定架
接片
MOSFET 组合
供电IC
MCU主 控制器
电池控 制板
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电动自行车锂电池原理方框图：
MOSFET组合单元
电 芯电
芯 平 电衡 芯检 测 与 控 制 电单 芯元