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純電動(dòng)汽車(chē)高壓原理設(shè)計(jì) 1、 電動(dòng)汽車(chē)概述 1.1 電動(dòng)汽車(chē)定義及組成 電動(dòng)汽車(chē)（EV，electric vehicle）是指以車(chē)載電源為動(dòng)力，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車(chē)輛。 電動(dòng)汽車(chē)區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的最大不同點(diǎn)是動(dòng)力系統(tǒng)由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的核心，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、動(dòng)力電源、高壓配電系統(tǒng)和電力附件組成，電動(dòng)汽車(chē)的其他裝置則基本與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相似。 目前，電動(dòng)汽車(chē)上使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)廣泛采用為永磁無(wú)刷或異步交流電機(jī)，隨著電機(jī)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和輪轂電機(jī)等勢(shì)必成為將來(lái)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)用的方向。 目前，電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力電源是鋰離子動(dòng)力電池，但隨著新型儲(chǔ)能裝置的發(fā)展和技術(shù)革新，類(lèi)似燃料電池、金屬電池、超級(jí)電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能裝置也將會(huì)改變電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的進(jìn)程。 1.2 電動(dòng)汽車(chē)的分類(lèi) 電動(dòng)汽車(chē)的種類(lèi)：純電動(dòng)汽車(chē)(BEV，battery electric vehicle )、混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV，Hybrid-electric vehicle)、燃料電池汽車(chē)(FCEV，F(xiàn)uel cell electric vehicle )。 純電動(dòng)汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能源完全來(lái)自于車(chē)載電力儲(chǔ)能裝置——?jiǎng)恿﹄姵亍? 混合動(dòng)力汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能源來(lái)自于傳統(tǒng)或新型燃和電力儲(chǔ)能裝置。 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)（SHEV）：車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力只來(lái)源于電動(dòng)機(jī)。 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHEV）：車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給。 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)（CHEV）：同時(shí)具有串聯(lián)式、并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)方式。 燃料電池汽車(chē)：以燃料電池作為動(dòng)力電源的汽車(chē)。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車(chē)輛是完全無(wú)污染的汽車(chē)。 1.3 電動(dòng)汽車(chē)的歷史 早在1873年，由英國(guó)人羅伯特戴維森用一次電池作動(dòng)力發(fā)明了可供實(shí)用的電動(dòng)汽車(chē)，這比德國(guó)人戴姆勒和本茨發(fā)明汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)早了10年以上。隨后，從1881年開(kāi)始，廣泛應(yīng)用了可以充放電的二次電池，由此電動(dòng)汽車(chē)需求量有了很大提高。由于當(dāng)時(shí)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)還相當(dāng)落后，行駛里程短，故障多，維修困難，而電動(dòng)汽車(chē)卻維修方便，所以在19世紀(jì)的下半葉成為交通運(yùn)輸?shù)闹匾a(chǎn)品， 當(dāng)時(shí)汽車(chē)使用主要有蒸汽機(jī)汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、內(nèi)燃?xì)廛?chē)，由于受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力和發(fā)展的限制，電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)駛里程短的問(wèn)題還不突出，在1900年美國(guó)制造的汽車(chē)數(shù)量中，電動(dòng)汽車(chē)為15755輛，蒸汽機(jī)汽車(chē)1684輛，而汽油機(jī)汽車(chē)只有936輛?？墒沁M(jìn)入20世紀(jì)以后，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步（啟動(dòng)電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用、高性能點(diǎn)火裝置等），1908年美國(guó)福特汽車(chē)公司T型車(chē)問(wèn)世，以流水線(xiàn)生產(chǎn)方式大規(guī)模批量制造汽車(chē)使汽油機(jī)汽車(chē)開(kāi)始普及，致使在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中蒸汽機(jī)汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)由于存在著技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能上的不足，使前者被無(wú)情的歲月淘汰，后者則呈萎縮狀態(tài)。 2、 純電動(dòng)汽車(chē)高壓原理設(shè)計(jì) 2.1 純電動(dòng)汽車(chē)高壓主回路設(shè)計(jì) 純電動(dòng)汽車(chē)的高壓主回路如圖2.1所示，由動(dòng)力電池、正、負(fù)極接觸器、預(yù)充電回路（預(yù)充電接觸器和預(yù)充電阻）、高壓負(fù)載（電機(jī)控制器和高壓器件）組成。其中，由于電機(jī)控制器和一些高壓用電設(shè)備內(nèi)部有較大的電容電路，為了高壓電路接通瞬間的用電安全，設(shè)計(jì)了預(yù)充電回路，即預(yù)充電接觸器和預(yù)充電阻。 圖2.1 純電動(dòng)汽車(chē)高壓主回路圖 2.2純電動(dòng)汽車(chē)的控制回路設(shè)計(jì) 純電動(dòng)汽車(chē)的控制回路，是指純電動(dòng)汽車(chē)高壓主回路里面高壓接觸器的低壓控制回路以及控制器等低壓控制裝置在高壓原理圖中的控制回路，如圖2.2所示，主要工作電壓為12/24V。 圖2.3 純電動(dòng)汽車(chē)的控制回路設(shè)計(jì) 2.3純電動(dòng)汽車(chē)的高壓檢測(cè)回路設(shè)計(jì) 純電動(dòng)汽車(chē)的高壓原理圖設(shè)計(jì)中，需要對(duì)高壓回路中的電壓、電流、絕緣電阻等高壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，所以高壓原理圖中的高壓檢測(cè)設(shè)計(jì)是十分重要的，如圖2.3所示。 圖2.3高壓檢測(cè)設(shè)計(jì) 2.4 純電動(dòng)汽車(chē)高壓原理圖設(shè)計(jì) 如圖2.4所示，為某車(chē)型純電動(dòng)汽車(chē)的高壓原理圖。圖中高壓原理設(shè)計(jì)了高壓配電系統(tǒng)的開(kāi)蓋互鎖、高壓接插件互鎖、充電互鎖、放電控制等高壓安全控制電路。 圖2.4 純電動(dòng)汽車(chē)高壓原理圖 3、 純電動(dòng)汽車(chē)高壓器件選型 3.1 高壓接觸器選型 高壓接觸器起著高壓回路接通與切斷的作用，是高壓回路重要開(kāi)關(guān)，在選型時(shí)要根據(jù)高壓電氣參數(shù)做適當(dāng)選擇，主要指標(biāo)有電壓等級(jí)、電流承受能力、帶載切斷能力與次數(shù)、滅弧能力、輔助觸點(diǎn)功能、安裝方式與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，如圖3.1為美國(guó)泰科高壓接觸器的外形圖。 泰科LEV100 泰科EV200 圖3.1泰科接觸器外形圖 3.2 高壓熔斷器選型 高壓熔斷器起到對(duì)高壓回路中高壓線(xiàn)束以及高壓用電器的過(guò)流保護(hù)的作用，即在大電流或短路電流通過(guò)的時(shí)候，及時(shí)熔斷以保護(hù)高壓用電器不因大電流的沖擊而受到損害盒保護(hù)過(guò)流導(dǎo)致高壓線(xiàn)束的升溫甚至熔斷起火。高壓熔斷器選型也應(yīng)考慮電壓等級(jí)，電流分?jǐn)嗄芰Γ謹(jǐn)嗵匦缘纫?，如圖3.2為巴斯曼高壓熔斷器外形圖。 圖3.2 BUSSMANN熔斷器 3.3 預(yù)充電阻和預(yù)充時(shí)間的確定 前面說(shuō)過(guò)了，為了避免內(nèi)含較大容量電容的用電設(shè)備在上電時(shí)產(chǎn)生大電流沖擊高壓用電器、高壓接觸器和高壓熔斷器，設(shè)計(jì)了預(yù)充電回路，但是選擇多大的預(yù)充電阻和控制多長(zhǎng)的預(yù)充電時(shí)間，還需要經(jīng)過(guò)科學(xué)的計(jì)算，如式3-3所示，為預(yù)充電回路設(shè)計(jì)的理論計(jì)算依據(jù)。 根據(jù)公式Vc=E(1-e-(t/R*C))………………………………………………（式3-3） 式3-3中，Vc為預(yù)充電容兩端電壓，E為動(dòng)力電池兩端電壓，C為預(yù)充總電容，t為充電時(shí)間，R為預(yù)充電阻。 由上式計(jì)算出充電電阻R和預(yù)充電時(shí)間t。 3.4 放電電阻和時(shí)間的確定 同理，在高壓系統(tǒng)下電后，那些內(nèi)部含有大容量電容的高壓用電設(shè)備還儲(chǔ)存有大量的電能，對(duì)整車(chē)和人員的安全產(chǎn)生極大的危險(xiǎn)，所以需要設(shè)計(jì)放電電路泄放掉大容量電容內(nèi)的電能，一般要求高壓用電設(shè)備自帶泄放回路，但安裝不滿(mǎn)這一要求用電設(shè)備的車(chē)輛，就需要單獨(dú)設(shè)計(jì)泄放回路，泄放回路中電阻和時(shí)間的確定也是有科學(xué)的理論計(jì)算依據(jù)的，如3.4式。 根據(jù)公式Vc=E* e-(t/R*C) ………………………………………………（式3-4） 式3-4中，Vc=36V（安全電壓），E為動(dòng)力電池兩端電壓，C為高壓回路總電容值，t為放電時(shí)間，R為放電電阻。 由式3-4計(jì)算出放電電阻R和放電時(shí)間t。 4、 高壓原理設(shè)計(jì)中的改進(jìn)和創(chuàng)新 4.1 互鎖設(shè)計(jì) 顧名思義，互鎖就是指某兩種功能或狀態(tài)的相互鎖定，即通過(guò)軟件或硬件手段實(shí)現(xiàn)的，同一時(shí)刻或工況下只能有一種狀態(tài)存在的可能。前面已經(jīng)在高壓原理設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了高壓系統(tǒng)內(nèi)的互鎖設(shè)計(jì)：充電互鎖、開(kāi)蓋互鎖、插接件互鎖等。 4.2 預(yù)充與放電設(shè)計(jì) 4.3 絕緣電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 絕緣電阻是指絕緣物在規(guī)定條件下的直流電阻。 　　 絕緣電阻是電氣設(shè)備和電氣線(xiàn)路最基本的絕緣指標(biāo)，在本應(yīng)電氣隔離的兩個(gè)介質(zhì)中加直流電壓，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間極化過(guò)程結(jié)束后，流過(guò)電介質(zhì)的泄漏電流對(duì)應(yīng)的電阻稱(chēng)絕緣電阻。 對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18384中對(duì)動(dòng)力電池及高壓用電器的絕緣電阻有著明確的規(guī)定和要求。 4.4 專(zhuān)利 在工作中，處處存在著問(wèn)題和解決問(wèn)題的情況，善于總結(jié)就會(huì)從平凡的工作中體會(huì)到不平凡的發(fā)現(xiàn)和改善，結(jié)合科學(xué)的手段，不難就可以從中得到頗豐的收獲。 第 7 頁(yè) 共 7 頁(yè)