電動(dòng)汽車(chē)電氣信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用研究

彭 吉

東風(fēng)日產(chǎn)乘用車(chē)公司，廣東花都 510800

0 引言

汽車(chē)消耗的是非可再生能源，隨著全世界范圍內(nèi)石油資源的緊缺，電動(dòng)汽車(chē)逐漸發(fā)展應(yīng)用起來(lái)。由于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)論是在汽車(chē)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式等各個(gè)方面，與傳統(tǒng)的汽車(chē)都存在較大的區(qū)別，如何實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力又燃油方式改造為電力驅(qū)動(dòng)方式，是電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，而一個(gè)穩(wěn)定、可靠、高效的電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)對(duì)于保障汽車(chē)的整體壽命和性能有著至關(guān)重要的作用。因此，本文將重點(diǎn)探討電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)內(nèi)部關(guān)于電氣信號(hào)檢測(cè)的設(shè)計(jì)。

本文重點(diǎn)結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的工作原理對(duì)其電氣信號(hào)的檢測(cè)展開(kāi)分析探討，以期從中找到更加合理可靠有效的電氣信號(hào)檢測(cè)方式與技術(shù)應(yīng)用。

1 電動(dòng)汽車(chē)電氣信號(hào)檢測(cè)內(nèi)容分析

電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部只有一種驅(qū)動(dòng)方式，那就是電力驅(qū)動(dòng)，因此，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部的電氣信號(hào)的檢測(cè)，無(wú)疑是以電動(dòng)汽車(chē)最佳的整體性能為檢測(cè)目標(biāo)的，將電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電流、驅(qū)動(dòng)電壓、形勢(shì)速度等等，通過(guò)相應(yīng)的傳感裝置將電氣信號(hào)檢測(cè)并采樣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終以合理的人機(jī)交互方式顯現(xiàn)出來(lái)，供駕駛員決策當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)的狀態(tài)與性能?？傮w來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)需要監(jiān)測(cè)的電氣信號(hào)主要有以下幾類(lèi)信號(hào)：

1）電動(dòng)機(jī)狀態(tài)檢測(cè)

電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部唯一的動(dòng)力源，因此十分有必要對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)，包括電動(dòng)機(jī)的工作電壓、工作電流，以及電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度等物理參數(shù)。由于駕駛員需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行換擋，因此還必須要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的人車(chē)交互系統(tǒng)，一方面來(lái)滿(mǎn)足駕駛員對(duì)于整車(chē)的操作變換；另一方面也將駕駛員的操作所產(chǎn)生的狀態(tài)改變反饋回給駕駛員，比如說(shuō)，當(dāng)汽車(chē)在運(yùn)行中，應(yīng)當(dāng)能夠讓駕駛員看到當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的供電狀態(tài)、電池續(xù)航里程、電池絕緣狀況等信息，這些都是保障電動(dòng)汽車(chē)順利運(yùn)行的必要信息。

2）電池狀態(tài)檢測(cè)

除了電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)汽車(chē)上最重要的莫過(guò)于電池管理系統(tǒng)，對(duì)于電池管理系統(tǒng)的檢測(cè)，如何實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定和可靠的電氣信號(hào)檢測(cè)，是關(guān)系到電池管理系統(tǒng)工作性能的關(guān)鍵。對(duì)于電池管理系統(tǒng)，主要需要監(jiān)測(cè)其電量，防止出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放和過(guò)熱等現(xiàn)象，在實(shí)施檢測(cè)的時(shí)候，主要檢測(cè)當(dāng)前電池中的電量剩余量，并由行車(chē)電腦計(jì)算出續(xù)航里程；另一方面還要對(duì)電池管理系統(tǒng)中的每一塊電池組的工作溫度、工作壓力、電壓電流等參數(shù)實(shí)施檢測(cè)，以保障電池管理系統(tǒng)的可靠有效管理，實(shí)現(xiàn)電池效益的最大化。

3）電池絕緣狀態(tài)檢測(cè)

由于電動(dòng)汽車(chē)質(zhì)量較大，因此毫無(wú)疑問(wèn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)一般都較高，一般在300V左右，這么高的電壓等級(jí)無(wú)疑會(huì)給車(chē)內(nèi)的駕駛員及乘客造成人身安全隱患，因此必然要在車(chē)內(nèi)設(shè)計(jì)電池絕緣部分，而電力絕緣部分是會(huì)由于工作溫度的升高、工作時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生老化，進(jìn)而絕緣等級(jí)和絕緣效果都會(huì)發(fā)生下降的現(xiàn)象，因此有必要對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池絕緣系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。在對(duì)絕緣部分實(shí)施檢測(cè)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)主要對(duì)起到絕緣保護(hù)功能的絕緣電阻、絕緣橡膠等部件進(jìn)行絕緣等級(jí)測(cè)評(píng)，以切實(shí)保障電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部駕駛員與乘客的人身安全。

2 電動(dòng)汽車(chē)電氣信號(hào)檢測(cè)技術(shù)探討

2.1 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電源檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電源的檢測(cè)是依靠對(duì)絕緣電阻的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這主要是由于通過(guò)測(cè)量絕緣電阻兩端的電壓，能夠識(shí)別出動(dòng)力電源當(dāng)前的工作電壓、工作電流等參數(shù)，那么究竟是如何通過(guò)對(duì)絕緣電阻的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電源的檢測(cè)的呢？下面結(jié)合具體的檢測(cè)電路加以分析說(shuō)明。

如下圖1所示，這是一個(gè)在線測(cè)量電動(dòng)汽車(chē)絕緣電阻電壓進(jìn)而識(shí)別出動(dòng)力電源系統(tǒng)工作電壓的電源檢測(cè)電路，圖中開(kāi)關(guān)S1、S2是繼電器，在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)其兩端的電壓為零，這是繼電器的本身工作特性所致，既然工作電壓為零，那么通過(guò)該繼電器的工作電流也必然為零。而當(dāng)開(kāi)關(guān)不閉合的狀態(tài)下，只要通過(guò)測(cè)量圖中的R1電阻的兩端的工作電壓，根據(jù)電路關(guān)系，是可以推算出當(dāng)前動(dòng)力電源電池系統(tǒng)的工作電壓與工作電流參數(shù)的，限于論文的篇幅，這里對(duì)具體的推算過(guò)程不再贅述。圖1所示的是采用差分輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣電阻的測(cè)量的。采用差分輸入方式能夠有效的提高檢測(cè)的精度。

圖1 動(dòng)力電源的絕緣電阻檢測(cè)原理示意圖

2.2 電動(dòng)汽車(chē)電池檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

正如上文所分析，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，最重要的就是電池管理系統(tǒng)的檢測(cè)，因此這里簡(jiǎn)單探討一下如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)的檢測(cè)。由于電動(dòng)汽車(chē)所需要的驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)較高，一般為300V左右，而直接采用300V的電池，一方面對(duì)于設(shè)計(jì)制造的成本過(guò)高，同時(shí)對(duì)電池加工工藝要求過(guò)高，這樣顯然并不合算，因此目前對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)電池組的設(shè)計(jì)，一般是采用小額的電池組裝，最終達(dá)到300V的供電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力等級(jí)要求。因此，這里也以組裝后的電池管理系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。以一個(gè)電池容量為120Ah的鋰離子電池為例，一部電動(dòng)汽車(chē)大約需要84節(jié)這樣的電池，而為

了管理和數(shù)據(jù)通信的方便，也無(wú)需為每一節(jié)電池設(shè)置狀態(tài)管理和通信功能，而是以4節(jié)電池構(gòu)成一個(gè)電池組，為每一組電池組設(shè)置狀態(tài)管理和通信。具體實(shí)現(xiàn)如下：以4節(jié)電池構(gòu)成一個(gè)電池組，每一個(gè)電池組分配一個(gè)電池傳感器，電池傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)各自電池組的工作電壓、工作電流等狀態(tài)參數(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的電池管理程序，將電池傳感器所檢測(cè)到的全部電池組的工作參數(shù)進(jìn)行匯總運(yùn)算，得到當(dāng)前整個(gè)電池管理系統(tǒng)的工作電流、工作電壓等參數(shù)，并將這些參數(shù)一方面?zhèn)鬏數(shù)絻x表盤(pán)進(jìn)行顯示；另一方面?zhèn)鬏數(shù)叫熊?chē)電腦進(jìn)行運(yùn)算，得出電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)的電池動(dòng)力系統(tǒng)的管理。當(dāng)某個(gè)電池組中的某節(jié)電池發(fā)生故障，必然會(huì)引起電池傳感器所檢測(cè)到的工作電壓或工作電流參數(shù)的細(xì)微變化，通過(guò)檢測(cè)這種變化，借助于電池管理程序，將該節(jié)電池的編號(hào)識(shí)別并傳輸?shù)絻x表盤(pán)進(jìn)行顯示，從而提醒駕駛員應(yīng)當(dāng)更換該節(jié)電池。實(shí)際上，電池管理中央控制單元也可以將電池的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中建立所有電池的歷史檔案，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和改進(jìn)動(dòng)力電池以及電動(dòng)汽車(chē)提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 結(jié)論

電動(dòng)汽車(chē)電氣信號(hào)檢測(cè)的精度及質(zhì)量，直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)質(zhì)量與性能，因此，設(shè)計(jì)合理、高效、實(shí)用的電動(dòng)汽車(chē)電氣信號(hào)檢測(cè)裝置，將對(duì)整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)性能有非常重要的意義。本文對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電氣信號(hào)檢測(cè)的探討分析，只是對(duì)其中一方面的技術(shù)探討，更多的技術(shù)問(wèn)題有待于廣大技術(shù)人員的共同努力，才能夠推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。

[1]王軍，申金升.國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)[J].公路交通科技，2000，17(1)：71-74.

[2]崔淑梅，程樹(shù)康，邱長(zhǎng)華，等.電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輛管理單元的研究[J].高技術(shù)通訊，2000(11)：8-10.

[3]黃勇，陳全世，陳伏虎.電動(dòng)汽車(chē)電氣絕緣檢測(cè)方法的研究[J].現(xiàn)代制造工程，2005(4)：93-95.