【正文】 電動(dòng)機(jī)基本方程 直流電機(jī)在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)的基本方程（忽略電刷的壓降）為： 其中： E 為電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)（ V）， Ce 為電動(dòng)機(jī)在額定磁通下電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比（ V/(r/min)），n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）， Ud0 為電動(dòng)機(jī)輸入端電壓（ V）， Id 為電樞電流（ A）， R 為電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻（Ω）， Te 為電動(dòng)機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩（ Nm）， CT 為電動(dòng)機(jī)在額定磁 通下的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速比（ Nm/(r/min)）， CT = ?260Ce[12]。 ⑶永磁直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性 在端電壓 Ud0 一定的情況下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，永磁直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Te 隨電樞電流 Id 變化而變化的特性稱為轉(zhuǎn)矩特性，即 Te=f(Id)， 如圖 所示 [13]。 100% =(11PP? )179。 圖 永磁直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖 ⑴電流 PI 調(diào)節(jié) 在閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，常常會(huì)遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題，這就需要有校正裝置。 PI 調(diào)節(jié)器 PWM 功率變換器 M 蓄電池組 電樞電流負(fù)反饋 加速踏板控制信號(hào) 制動(dòng)踏板控制信號(hào) 主控制器 17 本章小結(jié) 總之，電動(dòng)汽車驅(qū) 動(dòng)電機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)是由通用走向?qū)Ｓ?，由直流走向交流? 英語(yǔ)：Leadacid battery 荷電狀態(tài)下， 正極 主要成分為二氧化鉛， 負(fù)極 主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。 特殊的吸液隔板將酸保持在內(nèi)，電池內(nèi)部沒有自由酸液，因此電池可放置在任意位置。 由于獨(dú)一無(wú)二的氣體復(fù)合系統(tǒng)使產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化成水，在使用VRLA(ValveRegulated Lead Acid Battery 即 “ 閥控式密封鉛酸蓄電池 ” 的縮寫 )電池的過(guò)程中不需要加水。 采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和嚴(yán)格的質(zhì)量控制系統(tǒng)，VRLA(ValveRegulated Lead Acid Battery 即 “ 閥控式密封鉛酸蓄電池 ” 的縮寫 )電池的質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠。高壓氫 – 鎳電池是 20 世紀(jì) 70 年代初由美國(guó) 和 等首先研制的，單體電池氫電極為負(fù)級(jí)，鎳電極為正極，在氫電極和鎳電極間夾有一層 KOH 電解質(zhì)溶液（ 20℃時(shí)，密度為 178。 高壓鎳 – 氫電池的優(yōu)點(diǎn)主要是比能量較高、壽命長(zhǎng)、耐過(guò)充過(guò)放以及可以通過(guò)氫壓來(lái)指示電池荷點(diǎn)狀態(tài)等。在 20 世紀(jì)前 50年研制生產(chǎn)的是極板（或袋式）電池，從20 世紀(jì) 50 年代開始研制生產(chǎn)燒結(jié)式電池，從 20 世紀(jì) 60 年代研制生產(chǎn)密封式電池。全密封結(jié)構(gòu)的電池有圓柱形和方形兩種。該類電池不僅保持了二次鋰電池的優(yōu)點(diǎn)，而且較好地克服了二次鋰電池的缺點(diǎn)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，電池容量高，安全性好，是一類具有很大開發(fā)價(jià)值的蓄電池。鋰離子電池的端電壓高達(dá) ，是 Ni – Cd 或 Ni – MH 電池電壓的 3 倍。 （ 5）負(fù)載能力大。同時(shí)采用特殊的可恢復(fù)配件，保證了電池在使用過(guò)程中的安全性 [6,22]。 kg1,但鋅空氣電池的實(shí)際比能量?jī)H為 180~230 W178。 h178。 （ 3）性能穩(wěn)定。鋅空氣電池可以完全實(shí)現(xiàn) 密封免維護(hù)，便于電池組能量的管理。 （ 5）鋅可以回收利用、制造成本低。 鋅空氣電池應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電池效率低，空氣極和電解液的管理難度大 [6]。 kg1，目前的鋁空氣電池的實(shí)際比能量只達(dá)到 350 W178。 （ 3）質(zhì)量輕。鋁還可以回收循環(huán)使用，不污染環(huán)境。 鋁空氣電池應(yīng)用中需解決的主要問(wèn)題是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作過(guò)程起泡，空氣極壽命短，電池效率低，需 CO2 清除劑，鋁成本高。 快速充電能力差，充電耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng) 目前的蓄電池充電時(shí)間都較長(zhǎng)，一般情況下充電需 10～ 12 小時(shí)，就算使用快速充電也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到內(nèi)燃機(jī)汽車加油的速度。 正因?yàn)榇嬖谶@些問(wèn)題和不足，同時(shí)又不能在短時(shí)間內(nèi)得到解決，所以對(duì)蓄電池的管理就顯得很重要。車輛運(yùn)行時(shí)的電量消耗率λ a（ A? h / km）可由下式計(jì)算： a? = ?aUuP179。本車以 40km/h的速度勻速行駛時(shí)，續(xù)駛里程為 ，可以滿足使用要求 圖 續(xù)駛里程圖 23 鉛酸蓄電池放電特性 本課題組利用饒線電位器，對(duì)該型蓄電池進(jìn)行了 30A、 40A、 50A、 60A 四個(gè)電流值的恒流放電特性試驗(yàn)，結(jié)果如下： 圖 蓄電池 30A（左）和 40A（右）放電曲線 圖 蓄電池 50A（左）和 60A（右）放電曲線 從圖 和圖 中可以看出，蓄電池以不同的放電率進(jìn)行放電時(shí)，放電時(shí)間長(zhǎng)短不一樣：放電電流越大，放電時(shí)間越短，容量越??；反之則放電時(shí)間越長(zhǎng)，容量越大。 24 圖 蓄電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 各模塊功能 （ 1） 主控機(jī) 主控機(jī)根據(jù)檢測(cè)模塊檢測(cè)到的蓄電池組的各種數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)對(duì)蓄電池組進(jìn)行管理，防止過(guò)流放電（放電電流大于最大允許放電電流）和欠壓放電（放電過(guò)程中蓄電池電壓低于截止電壓 ）、防止過(guò)流充電（充電電流高于允許的最大充電電流）和過(guò)電壓充電（充電電壓高于蓄電池的發(fā)泡電壓），控制均衡充放電模塊進(jìn)行蓄電池組的均衡充放電，保持蓄電池組性能一致性。 （ 4） 顯示模塊 顯示模塊的功能包括了蓄電池電流、電壓、溫度的顯示， SOC 值和續(xù)駛里程數(shù)顯示以及各種提示和報(bào)警顯示。 整組檢測(cè)的檢測(cè)方法相對(duì)簡(jiǎn)單。目前采用的主要是集中檢測(cè)和分布檢測(cè)兩種方法。分布式檢測(cè)技術(shù)，就是將單體電池電壓及溫度的檢測(cè)模塊化、本地化，然后通過(guò)一定的傳輸手段將這些檢測(cè)模塊檢測(cè)到的數(shù)據(jù)集中起來(lái)，統(tǒng)一處理。該方法將全部 24 塊蓄電池分成 12 個(gè)小組，每組 2 塊蓄電池，每個(gè)小組用一個(gè)電壓溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行集中檢測(cè)，電流則 24 塊蓄電池共用一個(gè)電流檢測(cè)模塊，這樣整個(gè)系統(tǒng)由 13 個(gè)分布檢測(cè)模塊通過(guò) CAN 總線連接而成。 因?yàn)?MCU—— P87C591 的工作電壓為 5V， A/D 轉(zhuǎn)換電壓不能超過(guò) 5V，而單體鉛酸蓄電池的電壓為 11~15V，所以要把檢測(cè)電壓降到 5V 以下。 圖 DS18B20 示意圖 CAN 接口設(shè)計(jì) 因?yàn)樽鳛?MCU 的 P87C591 內(nèi)部集成了 CAN 通信控制器，所以不需再外接 CAN 控制器了。 MCU 工作流程設(shè)計(jì) 27 電壓溫度檢測(cè)模塊的 MCU 選用 P87C591，它管理蓄電池電壓、溫度的檢測(cè)，數(shù)據(jù)預(yù)處理和向主控機(jī)傳送數(shù)據(jù)。由于磁平衡式電壓輸出型傳感器具有性能穩(wěn)定、工耗小、與被測(cè)電流沒有電接觸等優(yōu)點(diǎn)，所以選用該類電流傳感器 。 4V 177。 。 MCU 工作流程設(shè)計(jì) MCU 的工作流程如圖 所示。 表 電流傳感器主要參數(shù) 額定輸入 輸出 電源電壓 精度 線性度 響應(yīng)時(shí)間 177。上電初始化后， MCU 處于查詢狀態(tài)，當(dāng)查詢到 CAN 數(shù)據(jù)到來(lái)后，先判斷 CAN 送來(lái)的主控機(jī)指令地址是否是自己的，如果不是，則不處理；如果是， 則先讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)，然后將 K1 合上，等待 10 毫秒，斷開 K1，再合上 K2，然后從 A/D 口讀取電壓數(shù)據(jù)，之后斷開 K2，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后將溫度數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)封裝，通過(guò) CAN 發(fā)送給主控機(jī)，最后返回繼續(xù)等待下一個(gè)工作循環(huán)。為了增強(qiáng) CAN 通信的抗干擾能力， CANTX1 和 CANTX2 并不是直接與 82C250 的 TXD 和 RXD 相連，而是設(shè)計(jì)了光耦隔離電路，選用的是光耦 6N137。 電池溫度檢測(cè) 通過(guò)溫度芯片 DS18B20 進(jìn)行溫度采集， DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度 傳感器，數(shù)據(jù)傳輸接口為 1wire 總線，溫度測(cè)量范圍為 55℃ ~125℃；內(nèi)部有溫度上、下報(bào)警設(shè)置；不需要外部元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。 各檢測(cè)模塊基本設(shè)計(jì) 電壓溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 電路電壓檢測(cè) 通過(guò)電容的充放電特性進(jìn)行電壓的采集。但檢測(cè)模塊的功耗不能大，否則將增加蓄電池的“負(fù)擔(dān)”；由于檢測(cè)模塊直接從被測(cè)電池上持續(xù)取電，不利于節(jié)能和安全；當(dāng)電池較多時(shí)，模塊數(shù)量也多，使得成本和復(fù)雜度提高，并且要求通信總線有較高的帶載能力 [8,23]。檢測(cè)技術(shù)比較直觀，為了檢測(cè)每只蓄電池的電壓，需要將每只蓄電池的電壓信號(hào)引入檢測(cè)設(shè)備，采用多通道切換的技術(shù)，即通過(guò)開關(guān)器件 (繼電器 )把多節(jié)單體蓄電池的電壓信號(hào)切換到同一個(gè)差分放大器，經(jīng)信號(hào)處理后用一只 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。整組檢測(cè)無(wú)法檢測(cè)單體蓄電池的性能及蓄電池組的實(shí)際容量，也就無(wú)法快速準(zhǔn)確的找出其中已經(jīng)性能衰退的蓄電池。 主要特點(diǎn) [15]： （ 1） 內(nèi)嵌 GX1300 MHz 處理器 , 64 MB/128 MB RAM； （ 2） 1 個(gè) 10/100 BaseTRJ45 端口和 1 個(gè) USB 端口； （ 3） 支持 UNO hdd 擴(kuò)展配件； 電流檢測(cè)模塊 主控機(jī) 均衡充放電模塊 電壓、溫度測(cè)試模塊 顯示模塊 25 （ 4） 雙 CAN 總線和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) RS232 接口； （ 5） 4 通道隔離 I/O 口； （ 6） 2 路熱電偶輸入； 圖 為主控機(jī)的主界面和蓄電池信息界面。 （ 2） 檢測(cè)模塊 檢測(cè)模塊的功能就是為蓄電池管理提供與之相關(guān)的蓄電池的參數(shù)數(shù)據(jù)，其中包括了電路電壓檢測(cè)、電池電流檢測(cè)和溫度檢測(cè)。其主要功能包括： （ 1） 檢測(cè)電池電壓、電路電流、電池溫度等參數(shù)； （ 2） 對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 分析，通過(guò)顯示器顯示； （ 3） 對(duì)蓄電池組進(jìn)行均衡充放電管理； （ 4） 計(jì)算剩余容量，提供續(xù)駛里程參考值； （ 5） 對(duì)制動(dòng)能量回收進(jìn)行管理； （ 6） 對(duì)電池的異常情況進(jìn)行報(bào)警； （ 7） 提供安全保護(hù)。則續(xù)駛里 程 s（ km）為 s = aC? （ ） 其中： C 為蓄電池總?cè)萘?。蓄電池組總電壓為 288V，總?cè)萘繛?110Ah。 蓄電池價(jià)格昂貴 目前的動(dòng)力蓄電池的價(jià)格一直居高不下，整個(gè)動(dòng)力蓄電池組的價(jià)格占整個(gè)電動(dòng)汽車成本的很大一 部分，這使得目前電動(dòng)汽車在價(jià)格方面對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 所以，鋁 – 空氣電池很少用于生活中，空氣電池部分只考慮鋅 – 空氣電池。鋁回收再生方便，回收再生成本也較低，可以采用更換鋁電極的方法解決鋁空氣電池充電較慢的問(wèn)題。 （ 4）鋁沒有毒性和危險(xiǎn)性。 kg1，但也是鉛酸電池的 7 ~ 8 倍、鋰電池的 倍，采用鋁空氣電池后，能夠明顯提高電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。鋁空氣電池的理論比能量可達(dá) 8100 W178?；厥赵偕奖悖页杀疽草^低，可以建立廢電池回收再生工廠。鋅空氣電池能夠有效地防止因泄漏、短路引起的起火或爆炸。允許深度放電，電池的容量不受放電強(qiáng)度和溫度的影響。采用鋅空氣電池后，電動(dòng)汽車能夠明顯地增加續(xù)駛里程。 kg1，仍然是鉛酸電池的 ~ 倍。鋅空氣電池的 理論比能量可達(dá) 1350W178。 （ 6）安全性好。 （ 4）循環(huán)壽命長(zhǎng)。與同等容量的 Ni – Cd或 Ni – MH 電池相比，鋰離子電池的重量輕，其 能量密度是這兩類電池的 ~2 倍。缺點(diǎn)是鎘對(duì)環(huán)境的污染較大，開路電壓低，維護(hù)不當(dāng)易報(bào)廢，這些都限制了電池的大規(guī)模使用，預(yù)期有被淘汰的可能 [6]。密封 Ni– Cd電池指液體密封或稱液密、半密封電池。因此，目前研制的高壓氫 – 鎳電池主要是應(yīng)用于空間技術(shù) [6,22]。氫電極是用活性炭作載體，聚四氟乙烯（ PTFE）粘結(jié)式多孔氣體擴(kuò)散電極，它由含鉑催化劑的催化層、多孔聚四氟乙烯防水層組成。 鎳 – 氫蓄電池 鎳 – 氫（ Ni – H2）電池亦稱氫