【正文】 電動機驅動控制策略 5 第 2 章 電動汽車電機技術 II 第 1 章 緒 論 I ABSTRACT discussed electric motor and transmissionto equip of constitute and the decoration project, designed the decoration position of thestorage battery set and install structure, in the meantime first step to design a refit project ofthe the brake system, to carryon. Keyword: EV refit； motor drive system； battery management system； regenerativebraking i 目 錄 摘 要 為此，電動汽車的發(fā)展得到了廣泛的關注，各種類型的電動汽車也在研究和開發(fā)之中。introduced the function characteristics of somestorage batteries, and choosed the Leadacid storage battery to be the energy source。1 選題的背景、目的及意義 6 電動汽車電機的分類及特點 9 電動車的使用情況及性能選擇 21 本研究用蓄電池 21 蓄電池管理系統總體設計 31 制動模式與能量的分析 36 本章小結 38 電機與傳動系統結構布置設計 42 制動系統改裝設計 特別是在大城市中，汽車行駛時排出的氣體污染物、微粒污染物、蒸發(fā)排放物等已成為城市空氣污染的主要來源。隨著世界人 口的增加和生活水平的提高，人類對能源需求的增加速度很快，石油資源的枯竭速度正在加劇?？梢灶A見，我國在未來對傳統的車用燃料的需求將持續(xù)大幅度增長。 （ 1） 污染低 電動汽車由電力驅動，在行駛中不排放有害氣體，即使電動汽車所消耗的電力由使用石油燃料的火力發(fā)電廠提供，火力發(fā)電廠的大氣污染物主要是 NOx，根據電動汽車所消耗電力折算出以火力發(fā)電來估計 NOx的排放量，也不到同類型汽油車的 10%。傳統汽車和電動汽車相比，由動力部分引起的噪聲和振動，特別是在加速時，電動機的噪聲和振動要比發(fā)動機低得多。同時，客車車體寬大，布置電動機、蓄電池、燃料電池和相關的設備也比較容易，成本不會太高。特別是隨著我國電動汽車的制造體系逐步建立，自主創(chuàng)新能力得到較大提升，國內許多企業(yè)已開始涉足與電動汽車相關的電池、發(fā)動機等關鍵零部件的研制和生產，技術水平與國際先進水平的差距正在縮小。據不完全統計，到目前為止，發(fā)達國家累計用于電動汽車的科研開發(fā)和產業(yè)化發(fā)展的資金已達數十億美元。選擇控制策略并對其進行研究。 直流電動機 直流電動機（ DCM）是最早發(fā)明的電動機，到現在已經有 100 多年的歷史。與其他電動機相比其特點有：一是低頻轉矩大，啟動轉矩可以達到額定轉矩的兩倍或更高。 但是開關磁阻電動機又有轉矩有脈動；振動和噪聲較大；驅動控制系統復雜，控制器價格高；在高峰和高峰電流時容易產生電磁兼容性問題等缺點。在尺寸不變的條件下，最高功率由 33 kw提高到 50 kw,最大轉矩由 350 N178。電動汽車驅動電動機要求有高的比功率 (電動機單位質量的輸出功率 )和在較寬的轉速和轉矩范圍內都有較高的效率，以實現降低車重，延長續(xù)駛里程 。電動汽車的各種動力電池組和電動機的工作電壓可以達到 300 V 以上，因此必須裝備高壓保護設備以保證安全。 9 圖 本研究用的永磁直流電機 表 ZYCD 永磁直流電機技術參數 電機型號 ZYCD60 電源電壓 V 384 額定電壓 V 350 最高電壓 V 384 額定功率 kw 60 最大功率 kw 100 額定轉速 rpm 20xx 最大轉速 rpm 2500 額定效率 % 92 最大轉矩 1000 工作制 min S260 重量 kg 300 電動機性能計算 電動車的使用情況及性能選擇 由于條件的限制，在電動汽車開發(fā)時必須提出合理而且恰當的整車動力性能指標，從而能夠更好的選擇動力電動機和動力蓄電池，及相關的其他設備。 電動汽車行駛方程 電動汽車行駛受力如圖 所示。表 給出了與校核計算有關的電動汽車傳動系的參數。 電動機驅動 控制策略 電動汽車的電機驅動控制策略分析 理想的車輛驅動應用場合下原動機的輸出特性為恒功率特性，即 Tω=const ，但實際上當 ω→0 時不可能達到 T→∞ ，因此，在工程可實現的范圍內，理想的車輛原動機的輸出特性 ， 即在低速時為恒轉矩特性，在高速時則為恒功率特性。換句話說，在任意檔位下，加速踏板踏位的變化，必導致行駛狀態(tài)的變化。 電機電流控制研究 永磁直流電動機的特性 ⑴ 永磁直流電動機基本方程 直流電機在電動運行時的基本方程（忽略電刷的壓降）為： 其中： E 為電動機反電動勢（ V）， Ce 為電動機在額定磁通下電動勢轉速比（ V/(r/min)），n 為電動機轉速（ r/min）， Ud0 為電動機輸入端電壓（ V）， Id 為電樞電流（ A）， R 為電動機電樞回路電阻（Ω）， Te 為電動機輸出的電磁轉矩（ Nm）， CT 為電動機在額定磁 通下的轉矩轉速比（ Nm/(r/min)）， CT = ?260Ce[12]。 100% =(11PP? )179。 PI 調節(jié)器 PWM 功率變換器 M 蓄電池組 電樞電流負反饋 加速踏板控制信號 制動踏板控制信號 主控制器 17 本章小結 總之，電動汽車驅 動電機總的發(fā)展趨勢是由通用走向專用，由直流走向交流。 特殊的吸液隔板將酸保持在內，電池內部沒有自由酸液，因此電池可放置在任意位置。 采用先進的生產工藝和嚴格的質量控制系統，VRLA(ValveRegulated Lead Acid Battery 即 “ 閥控式密封鉛酸蓄電池 ” 的縮寫 )電池的質量穩(wěn)定，性能可靠。 高壓鎳 – 氫電池的優(yōu)點主要是比能量較高、壽命長、耐過充過放以及可以通過氫壓來指示電池荷點狀態(tài)等。全密封結構的電池有圓柱形和方形兩種。鋰離子電池的端電壓高達 ，是 Ni – Cd 或 Ni – MH 電池電壓的 3 倍。同時采用特殊的可恢復配件，保證了電池在使用過程中的安全性 [6,22]。 h178。鋅空氣電池可以完全實現 密封免維護，便于電池組能量的管理。 鋅空氣電池應用中存在的主要問題是：結構復雜，電池效率低，空氣極和電解液的管理難度大 [6]。 （ 3）質量輕。 鋁空氣電池應用中需解決的主要問題是：結構復雜，工作過程起泡，空氣極壽命短，電池效率低，需 CO2 清除劑，鋁成本高。 正因為存在這些問題和不足，同時又不能在短時間內得到解決，所以對蓄電池的管理就顯得很重要。本車以 40km/h的速度勻速行駛時，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，對該型蓄電池進行了 30A、 40A、 50A、 60A 四個電流值的恒流放電特性試驗，結果如下： 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行放電時，放電時間長短不一樣：放電電流越大，放電時間越短，容量越??；反之則放電時間越長，容量越大。 （ 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)駛里程數顯示以及各種提示和報警顯示。目前采用的主要是集中檢測和分布檢測兩種方法。該方法將全部 24 塊蓄電池分成 12 個小組，每組 2 塊蓄電池，每個小組用一個電壓溫度檢測模塊進行集中檢測，電流則 24 塊蓄電池共用一個電流檢測模塊，這樣整個系統由 13 個分布檢測模塊通過 CAN 總線連接而成。 圖 DS18B20 示意圖 CAN 接口設計 因為作為 MCU 的 P87C591 內部集成了 CAN 通信控制器，所以不需再外接 CAN 控制器了。由于磁平衡式電壓輸出型傳感器具有性能穩(wěn)定、工耗小、與被測電流沒有電接觸等優(yōu)點，所以選用該類電流傳感器 。 。 表 電流傳感器主要參數 額定輸入 輸出 電源電壓 精度 線性度 響應時間 177。為了增強 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，而是設計了光耦隔離電路，選用的是光耦 6N137。 各檢測模塊基本設計 電壓溫度檢測模塊設計 電路電壓檢測 通過電容的充放電特性進行電壓的采集。檢測技術比較直觀，為了檢測每只蓄電池的電壓，需要將每只蓄電池的電壓信號引入檢測設備，采用多通道切換的技術，即通過開關器件 (繼電器 )把多節(jié)單體蓄電池的電壓信號切換到同一個差分放大器，經信號處理后用一只 A/D 轉換器進行采樣。 主要特點 [15]： （ 1） 內嵌 GX1300 MHz 處理器 , 64 MB/128 MB RAM； （ 2） 1 個 10/100 BaseTRJ45 端口和 1 個 USB 端口； （ 3） 支持 UNO hdd 擴展配件； 電流檢測模塊 主控機 均衡充放電模塊 電壓、溫度測試模塊 顯示模塊 25 （ 4） 雙 CAN 總線和一個標準 RS232 接口； （ 5） 4 通道隔離 I/O 口； （ 6） 2 路熱電偶輸入； 圖 為主控機的主界面和蓄電池信息界面。其主要功能包括： （ 1） 檢測電池電壓、電路電流、電池溫度等參數； （ 2） 對檢測數據進行處理 分析，通過顯示器顯示； （ 3） 對蓄電池組進行均衡充放電管理； （ 4） 計算剩余容量，提供續(xù)駛里程參考值； （ 5） 對制動能量回收進行管理； （ 6） 對電池的異常情況進行報警； （ 7） 提供安全保護。蓄電池組總電壓為 288V，總容量為 110Ah。 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。 （ 4）鋁沒有毒性和危險性。鋁空氣電池的理論比能量可達 8100 W178。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。采用鋅空氣電池后，電動汽車能夠明顯地增加續(xù)駛里程。鋅空氣電池的 理論比能量可達 1350W178。 （ 4）循環(huán)壽命長。缺點是鎘對環(huán)境的污染較大，開路電壓低，維護不當易報廢，這些都限制了電池的大規(guī)模使用，預期有被淘汰的可能 [6]。因此，目前研制的高壓氫 – 鎳電池主要是應用于空間技術 [6,22]。 鎳 – 氫蓄電池 鎳 – 氫（ Ni – H2）電池亦稱氫 – 鎳（ H2 Ni）電池。 電池內壓超出正常水平后， VRLA(ValveRegulated Lead Acid Battery 即 “ 閥控式密封鉛酸蓄電池 ” 的縮寫 )電池會放出多余氣體并自動重新密封，保證電池內沒有多余氣體。相信隨著電機技術、電力電子技術、微電子技術、自控技術的飛速發(fā)展和更加完美的結合，電動車用電機必將發(fā)展成為可靠、易維護、低成本、高效率、寬調速、高功率密度和高集成度的智能電機。 圖 永磁直流電動機效率特性圖 本研究電動機驅動控制系統 本研究的電動機控