纯电动汽车技术及其发展研究

电动汽车技术及其发展研究

摘要：发展纯电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池管理技术、电机及控制技术、

整车控制技术以及整车轻量化技术。本文将对这四个关键技术进行一一说明，并且介绍技术的发展情况。关键词：纯电动汽车技术研究

正文：

1、电池管理技术及发展

蓄电池是纯电动汽车的动力源，纯电动汽车的性能取决于对蓄电池的管理是否有效合理，电池管理系统(Battery Management System, BMS)的设计与研究己经成为制约纯电动汽车发展的关键技术，而如何有效的利用和管理车载电池的能量、延长车载电池的使用寿命则是电池管理系统研究的重要部分。.电池管理系统不仅可以估算电池剩余电量S()L，保证S()C维持在正常的工作范围之内，防止由于系统过允电或过放电对蓄电池造成的损伤口忍，提高电池的使用寿命，而且还能对故障的电池做出早期的预测，防止因个别蓄电池的损坏而未能及时发现造成整体电池组寿命的降低，从而降低纯电动汽车的运行成本，提高纯电动汽车的工作效率。

1.1 BMS总体设计方案

在使用纯电动汽车的动力电池时，必须保证铅酸电池工作在合理的电压、电流和温度范

围内，根据纯电动汽车电池管理的功能要求，BMS主要包括:铅酸电池电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、绝缘电阻检测模块、故障报警模块、CAN通信模块等}'} , BMS 总体设计力一案如图1所示。

图1、电池管理系统整体框架

1.2 BMS硬件电路的设计

BMS选用了Microchip公司生产的PIC18F4580和PIC12F675两种单片机，其中，PIC18F4580单片机作为本系统的主控芯片，主要实现对铅酸蓄电池组的单体电压、总电压、温度、电流等测量，同时与整车控制器(the Vehicle Management System, VMS)实时通信;PIC12F675单片机作为绝缘电阻检测模块的控制芯片，来实现对铅酸蓄电池正负极对地绝缘电阻大小的检测功能.

1.2.1电压检测模块

BMS针对8个单体铅酸蓄电池串联的铅酸蓄电池组，每个单体铅酸蓄电池的正常输出电压为12 V,串联电池组总电压为96 V.电压检测模块是检测各单体铅酸蓄电池的端电压和铅酸蓄电池组的总电压.为了实现该口的，BMS采用串联电阻分压的原理，对电池组进行电压的采集和检测.电压检测电路如图2所示.。

图2、电压检测电路

1.2.2 电流检测模块

为了防止对铅酸蓄电池进行过充电和过放电现象，以及实现对铅酸蓄电池组的S()('估算，BMS必须要检测电池允电和放电过程中电流的大小.

在纯电动车正常行驶过程中，铅酸蓄电池组处于放电的状态;允电机工作时，铅酸蓄电池处于允电的状态.因此要检测允电和放电过程的电流大小就需要采用两路A/D转换.BMS选用霍尔传感器DHABS/14进行充放电电流大小的检测，其充放电电流检测电路如图3所示.

图3、充放电电流检测电路

1.2.3温度检测模块

电池管理系统需要检测铅酸电池组中各个单体电池温度的高低，防止由于单体电池受各种因素的影响而出现温度过高或者过低的现象，影响铅酸电池的使用寿命.温度检测模块采用精密温度/电压传感器TC1047A对温度大小进行检测.TC1047A是线性的电压输出温度传感器，其输出的电压大小和测得的温度大小直接成比例关系，它可以精确测量从一40℃一

+125℃范围内的温度大小川.TC1047A输出信号经电容C1滤波后输入到单片一机进行A/D转换，温度检测电路如图4所示.。

图4、温度检测电路

1.2.4绝缘电阻检测模块

绝缘电阻检测，主要是检测铅酸电池组的正负极两端对地(车体)的绝缘电阻大小.绝缘电阻检测电路采用独立的ECU(PIC12F675单片一机)来检测绝缘电阻的大小.BMS绝缘电阻检测电路如图5所示.

图5、绝缘电阻检测电路

1.3 BMS软件设计

BMS主要是对铅酸电池电压、电流、温度及绝缘电阻等参数信息的准确采集和信息处理(包括估算SOC)，并通过CAN总线实现与整车控制器的数据交流.BMS主控制器程序流程。

BMS完成了对96 V铅酸电池组电压检测、温度检测、允放电电流检测、绝缘电阻检测、报警提示和CAN通信等模块硬件电路和软件的设计.通过实验室模拟和CA6363纯电动汽车试验台试验，得出了如下的结论:

1)所设计的电池管理系统简单可靠.考虑到现场试验的复杂性，硬件电路进行了抗十扰设计，大大提高系统的可靠性和稳定性，实现了对铅酸蓄电池有效管理.

2)系统采用串联电阻分压法对铅酸电池单体电压和总电压进行检测，检测效率高，准确性好，能实现实时采集电池单体电压和总电压的口的.系统采用了高精度的温度传感器和电流传感器，实现了对电池温度和电流信息的准确有效采集和检测.

3)通过对电池S()C的估算和对铅酸电池组的实时检测，保证了纯电动汽车的电源能量供给的稳定.在模拟工况试验中，通过CA6363试验台和电池管理系统采集信息的比较，验证了电池管理系统的检测精度很高，误差小，到达了预期的设计要求.

2、电机及控制技术及发展

汽车汽车的驱动电机属于特种电机，是电动汽车的关键部件。要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的起动转矩，体积小、质量轻、效率高，且有动态制动强和能量回馈的性能。电动汽车所用的电机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。

2.1 异步电机及其控制技术

异步电机是较早用于电动车驱动的一种电机,究其原因,是由于异步电机结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠,低转矩脉动,低噪声,不用位置传感器,转速极限高。最重要的是由于异步电机调速控制技术成熟,这使它有比较明显的优势。美国通用公司EV21轿车、福特公司RANGEREV、日本Nissan公司FEV等都采用异步电机驱动。

2.1.1 矢量控制

比较成熟并常用异步电机控制的技术为矢量控制。1971年由德国西门子公司的F.Blaschke提出的异步电机矢量控制技术是基于坐标变换的一种技术,将电机的定、转子电压、电流、磁势、磁链瞬时值所产生的效应用空间矢量来表示,以转子磁链矢量为参考坐标,