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1、纯电动汽车电力驱动系统设计冉 茂 银（陕西理工学院 机械工程系 热能与动力工程 汽车082班，陕西 汉中 723003）指导老师: 孟 欣【摘要】：环境恶化和能源紧张使得当今汽车行业面临着前所未有的考验，随着环保和节能意识的逐渐深入人心，人们对汽车这一同常交通工具也提出了环保和节能的要求，为解决这些问题，电动汽车正呈献出加速发展的趋势，纯电动汽车作为电动汽车家族中的重要一员，正受到越来越多的关注。 本文以纯电动汽车为研究对象，对其动力系统的设计进行了深入研究。 首先，在分析了纯电动汽车对驱动电机和动力电池的要求的基础上，结合课题中的设计要求和样车车身参数，对动力系统的基本部件(包括：驱动电机、
2、传动系和动力电池)分别进行了合理地选型并对它们的参数进行了匹配；另外，从实际应用的角度出发，重点介绍了驱动电机在d-q坐标系下的数学模型，并给出了相关的运动方程及控制过程中所涉及到的其他方程；对作为能量源的蓄电池，介绍了所选动力电池(锂电池)及其端电压的数学模型。 其次，利用电动汽车仿真软件ADVISOR的内置模块，结合驱动电机和动力电池的数学模型，建立了纯电动汽车样车的整车动力学仿真模型，对纯电动汽车的动力性能和续驶里程进行了仿真研究，通过仿真对前面动力系统的匹配参数进行了验证，结果证明匹配参数是合理的。最后，根据已匹配的动力系统各部件参数，研究并设计了基于DSP的电动机驱动控制系统，整个硬
3、件系统包括以面向电机控制的DSP芯片TMS320LF2812为核心的控制单元和由IGBT模块所组成的逆变单元。给出了相关电路的设计方案，对IGBT模块及其保护电路中元件参数进行了匹配计算。【关键词】：纯电动汽车，动力系统，参数匹配，ADVISOR，电机驱动控制系统ABSTRACTAuthor: Ran Mao Yin（Grade08,Class2,thermal energy and power engineering , Mechanical engineering Dept, Shaanxi University of Technology，HanZhong723003,Shaanxi）I
4、nstructor: Meng XinABSTRACT:Nowadays，the automotive industry is faced with unprecedented challenges for environmental deterioration and energy shortageEnergy saving and environmental protection is becoming so important in our daily lifeThen，electric vehicle is presenting a trend of accelerated devel
5、opmentAs a part of electric vehicle，pure electric vehicle is being more and more attentionThis paper studies about pure electric vehicles，and carries out an in-depth study of its power lines designFirstly, on the basis of analyzing the requirements of pure electric vehicles drive motors and power ba
6、tteries，combining the issues design requirements and body parameters of sample vehicle，this paper makes a reasonable selection of the basic parts type(including drive motors，transmission lines and power batteries)of pure electric vehicles power lines and made the parameters matchedIn addition, on th
7、e view of practical application point，this paper mainly introduces the mathematical model of drive motors in the d-q coordinate system and gives the relevant equations of motion and the other equations which are involved in the control processThe energy source is storage battery；this paper presents
8、the mathematical model of the selected power batteries(1ithiumbatteries)and the terminal voltagesSecondly, using the internal installed module of the automobiles simulation ADVISOR，combining mathematical model of the driving motor and power cell，the entire car dynamics simulation model of pure elect
9、ric vehicle is established，simulated the electric vehicles power performance and driving courseThrough the inspection of the matching parameter by simulation，the matching parameter is proved to be reasonableAt last，according to parameters of each part of power-train which have been matched，the elect
10、ric motor driving control system is researched and designedThe whole hardware system contains TMS320LF2812 control unit which is widely used in motor control，and the inverter made by IGBT moduleThe design proposal of related circuits is given to calculate the parameters of elements in IGBT module an
11、d its protection circuitKey Words：Pure electric vehicle，Power train，Parameters match, ADVISOR， Electric motor driving control system目 录引 言11绪论21.1研究背景及意义21.2国内外纯电动汽车的发展状况41.2.1国外纯电动车的发展41.2.2国内纯电动车的发展51.3现代纯电动汽车开发的关键技术72.电动汽车动力总成参数匹配与设计132.1纯电动汽车的动力总成132.1.1动力总成的基本形式132.1.2动力蓄电池组及其管理系统142.1.3动力电机及其控
12、制原理172.2.1传统客车整车参数和性能指标212.2.2动力电机参数确定222.2.3动力传动系参数确定242.2.4动力电池参数确定252.2.5纯电动客车匹配结果262.3本章小结283.动力总成控制策略设计293.1控制系统结构及功能293.1.1整车控制系统结构293.1.2 CAN网络体系313.1.3控制系统的功能定义333.2动力总成驱动控制策略353.2.1驱动力矩控制353.2.2电机过载管理383.3能量管理策略453.4制动能量回馈控制策略473.4.1再生制动能量分析473.4.2再生制动系统结构和实现原理493.4.3再生制动特点和控制逻辑513.4.4再生制动控
13、制策略制定543.5本章小结614.全文总结和研究展望62参考文献63致 谢66外文翻译67引 言以电池为能源的蓄电池电动汽车（EV）将成为21世纪汽车工业和汽车运输的主力。世界各大国家、各大汽车公司、研究部门和大学，从20世纪70年代起就投入了大量的人力、财力和物力来开展EV的研究和开发，并且研制出多种多样的EV，其中有的达到或接近内燃机汽车的动力性能，有的已经批量生产和投入运营。我国将EV的研究和开发列为“十五”期间、“国家865计划电动汽车重大专项”重点科技攻关项目，由科技部领导和组织了多个研究院所、企业、大专院校，来开展EV的研究和制造，是我国EV的开发和制造技术有了飞速的进展。由于E
14、V涉及到汽车车身、底盘、蓄电池、燃料电池、电动机、驱动系统、自动控制、新材料和新工艺等方面的学科和技术。而它们又都是独立的系统学科和技术。本篇论文仅就以纯电动汽车的动力驱动系统为研究对象，对其结构模型、驱动模式、特点和主要技术性能做了基本的研究和阐述。本篇论文的编写力图深入浅出，通俗易懂。论文中列举了一些公式、插图、表格和总成的技术性能等，方便阅读、参考和使用。1绪论1.1研究背景及意义汽车是现代工业文明的象征之一，自从其诞生以来便给人们的生产、生活带来了极大的便利，但同时也面临着来自环境保护、能源短缺等方面越来越严峻的挑战，并带来了一系列的负面效应。汽车在其生命的全周期内对公共环境和公众健康
15、甚至生命产生了一系列危害，即汽车的环境公害。汽车环境公害包括环境大气污染、水质污染、噪声污染、电磁辐射等。汽车的环境大气污染包括两层含义：其一是汽车排放的硫化物、氮氧化物、氟氯烃等使温室效应加剧、臭氧层破坏和形成酸雨等大气环境问题，据估计汽车排入大气的污染物已达到大气污染物排放总量的16.9；其二是汽车排出的CO2、CO、NO、未燃碳氢化合物HC、颗粒物和臭味气体等造成的局部空气污染，进而对人类和动植物产生危害。特别是在大城市中，汽车行驶时排出的气体、微粒污染物、蒸发排放物等已经成为城市空气污染物的主要来源。据国家环保总局统计，2005年我国机动车尾气排放在城市大气污染中的分担率达到79。随着
16、人们生活水平的提高，人类对生存环境的要求越来越高，降低汽车有害排放的呼声与日俱增，在美国已经出台了部分汽车零排放的法规，在我国汽车排放法规的执行也更加严格，去年我国已经实行轻型汽车污染物排放限值计测量方法(中国I、阶段) (即欧I、标准)；北京市在2008年奥运会期间也采用了“零排放车队。因此，环境公害是汽车行业面临的最大挑战1。目前，全世界每年的汽车产量在4000万辆以上，保有量超过7亿辆，其中的七八成是小轿车。汽车已给人类的生活带来了不可估量的巨大变化，推动了科技和社会的进步，大大的提高了人民的生活水平。但随着内燃机汽车的保有的不断增长，汽车给人类带来的问题也日益突出，已严重危害到人类今后
17、的生活，主要表现在环境污染问题和石油资源危机问题上。尽管目前内燃机的电控技术(燃油喷射、点火讵时、怠速稳定、废气循环等的电子控制)和三元催化等排气净化技术的应用，使汽车的排放和油耗降到了很低的程度，但还未能从根本上解决汽车的排放和能源问题，现有的汽车每年向大气排放约2亿吨有还害气体，占大气污染总量得60以上，是公认污染大气的“头号杀手”。为了解决危机和环境污染问题，全世界各国不得不积极寻求开发排放低、使用新能源的新型交通工具。电动汽车被看成是能够解决内燃机汽车诸多问题的重要途径之一2。今后50年里，全球人口将从60亿增加到100亿，汽车的数量将从7亿增加到25亿，如果这些车辆都使用内燃机的话，
18、他们所需要的石油将从何而束？它们排除的尾气如何处理?天空是否将永远是灰色的？这些问题迫使人们去寻找2l世纪的可持续的道路交通工具。电动汽车积极地致力于这些问题的解决3。值得注意的是，金融危机爆发导致国际传统汽车产业衰退，而国际油价的不确定性、节能减排压力的增加、动力电池技术的新进展，使部分国际主流汽车厂商开始积极参与纯电动汽车研发，如日产公司、宝马公司等，这可能引发纯电动汽车新的发展热潮。电动汽车将是21世纪的主要交通工具之一，电动汽车是与汽车、电力、电子、控制技术、机械和材料等工业密切相关的新兴产业。大力发展电动汽车既符合我国当前的国情，也有利于推动我国汽车产业及其相关产业的快速发展，其具体
19、意义主要表现在以下几个方面：(1)、实现交通能源的多元化，维护国家的能源安全我国从1994年开始成为石油的纯进口国，2000年我国进口石油7000万吨，成品油3000万吨，据国际石油组织(IEA)和中国能源研究所预测，到2010年我国的石油产量为17亿吨，需进口石油13亿吨。而到2050年石油需求量为5O亿吨，需进口石油40亿吨，石油产量减到1亿吨，可见我国的石油资源将会在不久的将来枯竭。进口石油数量的激增需要我们认真考虑在交通方面的能源结构多样化，以维护我国的能源安全。(2)、降低汽车的排放污染，促进社会的可持续发展据联合国调查，世界上污染最严重的10个城市中，有7个在中国。近几年来随着国民
20、发经济的发展和汽车保有量的持续快速增长，现在我们城市的大气污染已经非常严重了，如果我们将来继续延用目前的传统内燃机技术发展汽车，将会对我国城市的大气造成更为严重的污染后果。(3)、增强我国汽车工业的自身竞争力电动汽车作为信息技术、电子技术、新能源、新材料、先进制造技术等现代高科技的综合集成，是典型的高科技产品。汽车工业具有很强的关联带动性，电动汽车的产业化不仅是高新技术的典范，而且是用高新技术改造传统产业，用信息化带动工业化的突破口。业内专家普遍认为，发展电动汽车是一项复杂的系统工程，需要官、产、学、研协调配合，大力协同，应尽快建立开放、竞争、规范的运行机制和管理体制，调动社会各方面力量，共同
21、推进电动汽车的产业化。上个世纪开始，世界上著名的汽车公司都开始对电动汽车的研制投入力量。纯电动汽车、燃料电池车和混合电动汽车成为各科研机构和汽车厂家争相研究的对象。绿色环保车辆的概念正深入人心。这些新型环保车辆很多都从根本上解决了污染问题，得到了全世界的关注45。中国的传统汽车产业一直落后于国外发达国家。现阶段，中国的汽车产业基本上是采用外国先进技术。发展新型环保汽车，这给中国汽车行业立足于世界汽车行业提供了一个非常好的契机6。中国目前非常重视这项被称为2l世纪科技研究之重的产业，争取能利用这个契机使自己在汽车领域占有一席之地。因此，对纯电动汽车的研究是完全必要和迫切的。随着绿色节能环保意识逐
22、渐深入人心，以解决环保需求与能源危机问题为出发点的新型环保车辆已经越来越受到大家的欢迎。纯电动汽车作为新型环保车辆家族中的一个杰出代表，得到了全世界的关注，世界上著名的汽车公司都开始对纯电动汽车的研制投入巨大的人力物力。当今，对纯电动汽车的研究已经成为全世界高新技术的研究开发热点之一，在国内已经被列入863计划的重点项目。 1.2国内外纯电动汽车的发展状况1.2.1国外纯电动车的发展电动汽车起源于十九世纪中后期，比汽油车早12年。1873年英国首先制造了使用铅一锌一次性蓄电池的电动汽车。其后产生了内燃机汽车，形成了电动汽车与内燃机汽车并存的局面。二十世纪初，随着内燃机技术的不断发展，内燃机汽车
23、的性能得到改进和完善，电动汽车由于其有限的续驶罩程和较差的动力性能而逐渐为内燃机汽车所代替，其应用也仅限于一些特殊领域，但人们对电动车的研究、开发工作并没有停止。二十世纪70年代丌始人们普遍关注的环境保护问题及80年代出现的石油危机又引发了人们对电动汽车的兴趣，从此，世界各国特别是欧美等发达国家开始投入大量的人力、物力、财力对电动汽车进行研发，并取得了一定的成就。在美国、日本、欧洲等发达国家，电动汽车已开始进入实用化阶段9。美国是全世界对污染限制最严格的国家之一，也是对电动汽车研制起步较早的国家。美国政府以能源部为中心，对电动汽车的研制进行了连续的逐年递增的资金投入。美国EPRI(电力能源研究
24、所)推行了实用电动汽车普及活动。1991年美国3大汽车公司签订协议，合作研究电动汽车用先进电池，开发高性能电动汽车电池。其中，通用公司1997年开发的具有先进动力系统的1997双座EV1。该车为前轮驱动，采用一台102KW的三相交流感应电机，装备由26个阀控铅酸电池组成的电池组。电池组可以使用6.6KW的非车载感应充电器或1.2KW的车载感应充电器进行充电。该车的电机在转速为07000转输出恒转矩1640Nm，在转速为700014000转输出恒功率102KW，使得EV1可以获得128km/h(电子限速)的最高车速和096km/h加速小于9s的性能。2002年1月7日，通用汽车公司在北美国际汽车
25、展上，推出了一款高科技环保型燃料电池概念车Autonomy，它被认为代表了汽车工业未来的发展趋势。这款未来型概念车是世界上第一款从零开始全新设计的、使用燃料电池驱动系统的车型，也是第一款将燃料电池与线传操控电子控制技术相结合的车型2。欧洲各国成立了欧洲电动汽车协会，并得到欧洲经济委员会的支持和资助。英国、法国在大力研究先进电动汽车的同时积极开发推广应用限定范围的电动汽车。目前已有约十几万辆电动汽车在英国运行。法国的雷诺和标志雪铁龙公司长期从事电动汽车，特别是纯电动汽车的研究和开发工作，早在90年代初，就实现了纯电动汽车的批量生产。雷诺公司推出的带有里程延长器的KANG00轿车采用缠绕式转子同步
26、电动机，最大功率为27kW，持续功率22kW；电池采用Saft NiCadl00Ah型蓄电池，车载能量为13.2kWh，并备有车载充电器，该车在配有里程延长器的情况下续驶里程可大于200公里，最大车速为l00km/h， 050km/h加速时间不大于8.5秒，080km/h加速时间不大于25秒。在欧盟资助下，欧洲正在进行一项世界最大规模的燃料电池巴士示范计划，在2003年6底已经有30辆燃料电池大巴在欧洲不同环境下的八个国家10个城市开始营运。主要开展两大项目：欧洲清洁城市运输(Clean Urban Transport for Europe简称CUTE)和欧洲生态城市运输系统(Ecologic
27、al City Transport System简称ECTS)，其中，仅CUTE项目欧盟提供财政资助1850万欧元。燃料电池大巴将由奔驰汽车公司属下的EVOBUS公司负责制造，以奔驰Citaro低地板大巴为基础改装，三门，总长12米，30个座位，外加站立，乘客容量达70人，装用巴拉德MK902电池堆，功率200kw以上，350个大气压的压缩氢气瓶置于车顶上，电机驱动系统和燃料电池置于车后部，最高车速80km/h，一次加氢行程200250km10。1.2.2国内纯电动车的发展我国自“八五”以来，在研发电动汽车方面投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一系列科研成果，开发出一批电动汽车整车产品，在
28、北京、武汉、天津、株洲、杭州等城市开展了不同形式的小规模示范运行1112。纯电动客车以公交系统示范运营为主，如北京121路、杭州Y9路等。纯电动轿车以公务用车示范运行为主，如天津市开展电动轿车示范运行。电动小巴在局部地区开始商业化运营，如武汉市电动小巴，株洲田心小区电动小巴、北京云岗小区电动小巴等。微型电动汽车在山东、河北等北方地区的一些市县自发形成市场，仅山东省就有数家生产厂和改装厂，已达量产规模。国家科技部正在积极组织推进“十城千辆”电动汽车大规模示范行动计划，首批选定五城一地，即在武汉、上海、深圳、大连、重庆和长沙一株洲一湘潭开展示范运行。北京奥运会上，电动汽车示范运行取得了良好效果，这
29、对我国电动汽车发展将起到有力的助推作用。奥运会期间，50辆锂离子电池纯电动客车在奥运中心区的奥运村、媒体村和北部赛区等线路上为奥运官员、媒体记者、运动员提供24h全天候的运输服务。奥运会电动汽车示范运行不但起到了有效的示范引导作用，而且带动了电动汽车及其能源供给技术的发展。国家电网公司高度重视电动汽车推广应用工作。从2006年以来，国家电网公司大力开展电动汽车关键技术研究与推广应用工作，在动力电池系统、供充电系统、动力总成、内部示范应用考核、能源供给模式与配套政策等5个方面开展研究工作，率先开展内部示范应用，并积极推动社会车辆应用和能源供给基础设施建设。目前，内部使用的电动汽车已达50余辆，包
30、括电力营销服务车、电力工程车和公务车等。虽然我国已丌展电动汽车示范应用，但是缺乏有效的、可持续推动电动汽车发展的市场化机制。电动公交车的示范应用主要通过科技项目的形式开展，基本上都是由政府主导，公交运营单位和车辆研发生产单位参加。参与单位的风险较大，无法在短期内形成利益链，因此缺乏持续推动的动力。微型电动汽车自发形成的市场缺乏有效的组织管理，车辆质量和电池性能有待提高。我国电动汽车的研发与国外基本处于同一起跑线上，技术水平与产业化差距相差较小。我国电动汽车重大科技专项2001年正式启动。经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术骨干的努力，已在电动汽车关键单元技术、系统集成技术和整车
31、技术上取得了重要进展。并且开始进入产业化阶段。目前我国纯电动汽车项目尚处于开发研制阶段，还没有形成生产规模，在纯电动汽车的商业化运营模式探讨上更处于起步阶段，相对于欧洲、美国和日本，还有一定的差距。电动汽车是汽车工业发展的必然趋势，纯电动汽车和燃料电池汽车是电动汽车发展的最终方向。电动汽车的大规模应用需要相对较长的过程，将经历不同的发展阶段。国外电动汽车发展的技术路线已逐渐明晰：在起步期对各种电动汽车技术方向进行探索；在过渡期将混合动力汽车作为主要发展方向；纯电动汽车和燃料电池汽车则是成熟期的最终发展目标；各阶段的发展重点都是以乘用车为代表的中小型车辆。国内混合动力汽车技术渐趋完善，已进入商业
32、化推广阶段；纯电动汽车技术日趋成熟，已在特定区域开始推广应用II引。1.3现代纯电动汽车开发的关键技术2001年我国启动电动汽车重大科技专项，建立“三纵三横”的开发布局。其中“三纵”为控制器、驱动电机、动力蓄电池;“三横”是指纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的整车。纯电动汽车技术是其他电动汽车技术的基础。解决纯电动汽车的技术难点也是研发另外两种电动汽车的关键内容。国家对电动汽车技术和产品的研究以及产业化投入了大量资金。促进了纯电动汽车的技术和产业的迅速发展。纯电动车以动力电池作为能源，由电动机驱动，基本结构系统可分为3个子系统，即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。纯电动车相对
33、于传统车在技术优势上有很多有利条件。纯电动车因采用电池而带来在能源、环保和降噪方面显示出优越性和具有强大的竞争能力，采用电机还可以实现无级调速和再生制动功能，除此之外电动汽车还能更快地实现机电一体化和采用现代电子控制技术。现代电动车是一个复杂的系统工程，它的理论基础是将汽车技术、电机技术、驱动技术、电力电子技术、能源存储技术和现代控制理论有机的结合起来，实现系统的集成优化。总结起来纯电动车开发的关键技术主要有以下几个方面。(1)、高功率密度驱动电机研究电动车辆的驱动电机属于特种电机，它是电动汽车的关键部件。要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有宽的调速范围及高的转速，足够大的启动扭矩，体
34、积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。目前电动汽车所采用的电动机中，直流电动机基本上己被交流电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机所取代。电动汽车所用的电动机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。当今世界己研制出功率密度超过1kw/kg，额定点的效率大于90%的小型电动机，电机满足低速恒扭矩、大扭矩和高速恒功率的牵引控制要求。常用的电机基本特性比较如下表1.1所示:表1.1 各种电机基本特性对比直流电机交流感应电机永磁式电机开关阻尼电机功率密度低中高较高过载能力（%）200300500300300500峰值效率（%）85899495959790负荷效率（%）808790928
35、5977885功率因数（%）-828590936065恒功率区-1:51：2.251:3转速范围（r/min）40006000120002000040001000015000可靠性一般好优良好结构的坚固差好一般优良电机尺寸大中小小电机质量重中小小 目前，在电力传动中大约有90%的机械使用交流异步电机。对于电动客车来讲，交流感应电机是理想选择。交流感应电机与直流电机相比其结构简单，从技术水平上来看，感应电机驱动系统适合功率需求较大的电动客车。(2)、车用动力蓄电池的选择目前主要限制电动汽车发展的是车用动力蓄电池，其比能量、比功率、循环使用寿命低和成本高。因蓄电池的性能决定了电动汽车的性能指标，能
36、量密度决定电动汽车一次充电续驶里程，功率密度决定电动汽车的加速性能和最高车速。当前世界各发达国家都制定了相应的发展电动汽车动力蓄电池的计划，如美国三大公司于1991年1月签定了一个为期12年的协议，成立了先进电池研究联合体，合作研究车用蓄电池，并发布了中长期目标，如表1.2所列。可作为电动汽车蓄电池的有很多种，如铅酸、镍镉、镍氢、钠硫、镭离子及飞轮电池和燃料电池等，其中最有前景的是镍氢、钠硫、镭离子及飞轮电池和燃料电池。表1.2 先进蓄电池中长期目标性能中期目标长期目标比能量（C/3放电率）/(Whkg)80100200比功率（80%放电深度）/(Wkg)150200400循环寿命（80%放电
37、深度）/次6001000销售价格/（美元/Kwh）150100使用温度/30654085充电时间/h636效率（C/3放电，6h充电）/%7580自放电1.5（48h）1.5(30d)热损耗（高温电池）48h3.2W/( Kwh)15%额定容量维护方法免维护，极小的车载控制(3)、系统匹配设计及整车轻量化技术电动汽车由于车身质量、空间和能源的矛盾，因此在设计时必须考虑采用一定的措施来提高电动车的系统运行效率和整车的质量，以增加其续驶里程。1)通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电机功率、转速和转矩范围、整车性能等车辆宏观参数的总体优化，合理选择电池和电机参数。2)通
38、过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的重量。这里包括对电机、电机驱动器、传动系、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计，是系统得到优化;电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。3)积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毅等采用轻质合金材料。4)利用CAD技术对车身承载结构件(如前后桥、新增的边梁、横梁等)进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。(4)、电力驱动系统综合控制研究实现电动车各种驱动方案的关键技术是各驱动轮电机的调速控制和行驶系统的控制。目前世界各国所开发的电动车电力驱
39、动系统控制的软硬件大致如图1.4所示: 图1.4 电动车驱动系统控制结构原理图因此，首先必须建立准确适用的数学模型和控制模型，设计快速有效的控制算法，然后再开发以微处理机为核心的控制单元。这些控制技术和方法的研究也是当今世界各国攻关的热点。(5)、整车网络通讯系统研究 现代电动车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速CAN总线。实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-wire技术提供有力的支撑。高速CAN每个节点为各子系统的
40、ECU，低速CAN按物理位置设置节点。基本原则是基于空间位置的区域自治，即物理位置相近的电器元件连接到一个节点控制单元，各元件的信号通过ECU与总线进行通讯。低速总线有两种方案可以选择，低速CAN和LIN总线。高速和低速CAN总线的结构都为独立控制结构，可以按照ISO11898、J1939及J2284组建高速CAN，按照ISO1151922、J1939及J2284组建低速容错CAN。各节点自成一个系统，节点控制单元根据本地传感器和来自CAN总线上的信号控制本地执行机构，同时将需要与其他节点共享的信号传输到总线上。(6)整车智能化的能量管理系统研究与开发能量管理系统担负着维持电动车所有的蓄电池组
41、件工作处于最佳状态;采集车辆的各个子系统的运行数据，进行监控和诊断;控制充电方式和提供剩余能量显示等职责。因此智能化的能量管理系统研究与开发不仅要建立包括蓄电池在内的电动车的数学模型而且要开发以微处理器为核心的电子控制单元。可以归结为以下几个方面:1)故障诊断及高压点安全管理技术故障诊断及安全管理系统对纯电动车动力链的各个环节进行状态监控、故障诊断，并相应启动失效策略和安全保护功能，确保车辆的安全性和可靠性。其设计功能为:以高压电安全管理为第一功能目标;以分布式控制系统的故障诊断为特点;兼顾CAN总线的故障检测与管理。2)能量储存系统的集成 实现动力电池与电池管理系布置集成，以及与车载智能充电
42、机、均衡系统以及专用充电机的功能架构细分，实现充电过程管理系统和充电机协同工作，快速充电和车载慢速充电两种方式智能识别，快速充电过程和充电信息基于CAN总线交互。3)电池均衡及热管理系统的设计电动汽车的性能表现依赖于作为能量贮存系统的动力蓄电池组。电池组性能直接影响整车的加速特性、续驶里程以及制动能量回收的效率等。电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优化。电动车的电池在使用中发热量很大，电池温度影响电池的电化学系统的运行、循环寿命和充电可接受性、功率和能量、安全性和可靠性。所以，为了达到最佳的性能和寿命，需将电池包的温度控制在一定范围内。减小包内不均匀
43、的温度分布以避免模块间的不平衡，以此避免了电池性能下降，且可以消除相关的潜在危险。由于电池包的设计既要密封、防水、防尘、绝缘等，又要考虑空气流流场分布、均匀散热。电池包的散热通风设计，成为电动车研究的一个重要领域。2.电动汽车动力总成参数匹配与设计电动汽车动力总成主要包括能源系统、驱动系统。动力总成是电动汽车最重要的子系统，决定了整车的动力性和经济性，是电动汽车产业化的关键。能源系统主要由动力电池及相关的管理系统构成。驱动系统是由驱动电机及其控制器、机械传动系统、车轮等构成。动力总成在整车控制系统的协调控制下，实现驾驶员的操纵意图。2.1纯电动汽车的动力总成2.1.1动力总成的基本形式 纯电动
44、汽车动力总成有很多种形式，主要有单电机驱动方式、双电机驱动方式、轮毅电机驱动方式、相互相反电动机驱动方式等。不同方式有不同的动力总成布置和不同的传动系结构方式。纯电动客车采用了单电机后轮驱动的方式，动力总成主要包括驱动电机、动力电池、传动系和控制系统四部分。纯电动客车保留了原车型的部分传动系统。电机驱动系统和动力电池系统基于CAN网络结构和在控制系统的协调控制下实现整车驱动、再生制动和能源合理分配等功能。图2.1为纯电动客车动力系统结构原理。图2.1 动力系统构成2.1.2动力蓄电池组及其管理系统纯电动车行驶完全依赖蓄电池的能量，电池容量越大，可以实现的续驶里程越长，但是相应的需要的电池的体积
45、、质量也越大，会增加电动车的整车质量降低整车的动力性，同时给整车的布置也增加了难度。所以纯电动汽车电池的选择和匹配要根据具体的设计目标、道路情况和行驶工况的要求和实际情况来确定电池的类型和参数。总结电动车对动力电池的具体要求如下。 电池组要有足够的能量和容量，以保证典型的连续放电不超过1C，典型峰值放电一般不超过3C;如果电动汽车上安装了回馈制动，电池组必须能够接受高达5C的脉冲电流充电。电池要能够实现深度放电(例如80%)而不影响其寿命，在必要时能实现满负荷功率和全放电。需要安装电池管理系统和热管理系统，显示电池组的剩余电量和实现温度控制。由于动力电池组体积和质量较大，电池箱的设计、电池的空
46、间布置和安装问题都需要认真研究。基于以上的标准综合市场电池供给和成本等因素进行电池的选择。目前电动车用动力电池主要有铅酸电池、镍氢电池、金属空气电池、镭离子电池等类型，综合各类电池，基于电池的高比功率和高比能量，项目组选择了镭离子电池作为动力电池。镭离子电池是在二次镭电池的基础上发展起来的。它从原理上解决了二次镭电池安全性差和充放电寿命短两个技术难题。典型的电池体系构成如下:电池的正负极均由可以由嵌入和脱出Li的化合物或材料组成。其中正极为镭化跃迁金属氧化物(LiMo2，MCo、Mn或Ni等跃迁金属);负极为可嵌入Li的碳(形成LixC碳化镭);电解质通常是有机溶液或固体聚合物。 镭离子电池是
47、1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。1995年，索尼公司又开发成功用于电动车的镭离子蓄电池，共分为两种类型，一种是用于纯电动车容量为100Ah的高能量电池;另一种是用于混合动力车容量为22Ah，功率密度为800w/g的高功率电池。日本近年来一直在大力研究镭离子电池。日本政府在2002-2006年设立了国家级镭离子研究项目，日本的主要电池厂商，包括日立、汤浅、松下，都是该项目的成员。电池的技术指标如表2.1所示。表2.1日本SNOY公司电动车用锂电池的技术指标技术圆柱形单体电池方形组合电池性能高能型高功率型高能型高功率型重量（kg）3.31.22912.5尺寸（mm）410250290150140220300160工作电压（v）3.63.628828.8额定容量（Ah）1002210022比能量（Wh/kg）1106210055比功率（Wkg）300800300
