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純電動汽車高壓原理設計 1、 電動汽車概述 1.1 電動汽車定義及組成 電動汽車（EV，electric vehicle）是指以車載電源為動力，由電動機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。 電動汽車區(qū)別于內燃機汽車的最大不同點是動力系統(tǒng)由電力驅動系統(tǒng)組成，電力驅動系統(tǒng)是電動汽車的核心，由驅動電機及其控制器、動力電源、高壓配電系統(tǒng)和電力附件組成，電動汽車的其他裝置則基本與內燃機汽車相似。 目前，電動汽車上使用的驅動電機廣泛采用為永磁無刷或異步交流電機，隨著電機和電機控制技術的發(fā)展，開關磁阻電機和輪轂電機等勢必成為將來電動汽車驅動電機應用的方向。 目前，電動汽車上應用最廣泛的動力電源是鋰離子動力電池，但隨著新型儲能裝置的發(fā)展和技術革新，類似燃料電池、金屬電池、超級電池、超級電容等儲能裝置也將會改變電動汽車應用的進程。 1.2 電動汽車的分類 電動汽車的種類：純電動汽車(BEV，battery electric vehicle )、混合動力汽車(HEV，Hybrid-electric vehicle)、燃料電池汽車(FCEV，F(xiàn)uel cell electric vehicle )。 純電動汽車，驅動電機的能源完全來自于車載電力儲能裝置——動力電池。 混合動力汽車，驅動電機的能源來自于傳統(tǒng)或新型燃和電力儲能裝置。 串聯(lián)式混合動力汽車（SHEV）：車輛的驅動力只來源于電動機。 并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV）：車輛的驅動力由電動機及發(fā)動機同時或單獨供給。 混聯(lián)式混合動力汽車（CHEV）：同時具有串聯(lián)式、并聯(lián)式驅動方式。 燃料電池汽車：以燃料電池作為動力電源的汽車。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池車輛是完全無污染的汽車。 1.3 電動汽車的歷史 早在1873年，由英國人羅伯特戴維森用一次電池作動力發(fā)明了可供實用的電動汽車，這比德國人戴姆勒和本茨發(fā)明汽油發(fā)動機汽車早了10年以上。隨后，從1881年開始，廣泛應用了可以充放電的二次電池，由此電動汽車需求量有了很大提高。由于當時車用內燃機技術還相當落后，行駛里程短，故障多，維修困難，而電動汽車卻維修方便，所以在19世紀的下半葉成為交通運輸的重要產品， 當時汽車使用主要有蒸汽機汽車、電動汽車、內燃氣車，由于受當時生產力和發(fā)展的限制，電動汽車充電時間長、續(xù)駛里程短的問題還不突出，在1900年美國制造的汽車數量中，電動汽車為15755輛，蒸汽機汽車1684輛，而汽油機汽車只有936輛?？墒沁M入20世紀以后，由于內燃機技術的不斷進步（啟動電機技術的應用、高性能點火裝置等），1908年美國福特汽車公司T型車問世，以流水線生產方式大規(guī)模批量制造汽車使汽油機汽車開始普及，致使在市場競爭中蒸汽機汽車與電動汽車由于存在著技術及經濟性能上的不足，使前者被無情的歲月淘汰，后者則呈萎縮狀態(tài)。 2、 純電動汽車高壓原理設計 2.1 純電動汽車高壓主回路設計 純電動汽車的高壓主回路如圖2.1所示，由動力電池、正、負極接觸器、預充電回路（預充電接觸器和預充電阻）、高壓負載（電機控制器和高壓器件）組成。其中，由于電機控制器和一些高壓用電設備內部有較大的電容電路，為了高壓電路接通瞬間的用電安全，設計了預充電回路，即預充電接觸器和預充電阻。 圖2.1 純電動汽車高壓主回路圖 2.2純電動汽車的控制回路設計 純電動汽車的控制回路，是指純電動汽車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 純電動汽車的控制回路設計 2.3純電動汽車的高壓檢測回路設計 純電動汽車的高壓原理圖設計中，需要對高壓回路中的電壓、電流、絕緣電阻等高壓信號進行實時檢測，所以高壓原理圖中的高壓檢測設計是十分重要的，如圖2.3所示。 圖2.3高壓檢測設計 2.4 純電動汽車高壓原理圖設計 如圖2.4所示，為某車型純電動汽車的高壓原理圖。圖中高壓原理設計了高壓配電系統(tǒng)的開蓋互鎖、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 純電動汽車高壓原理圖 3、 純電動汽車高壓器件選型 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，是高壓回路重要開關，在選型時要根據高壓電氣參數做適當選擇，主要指標有電壓等級、電流承受能力、帶載切斷能力與次數、滅弧能力、輔助觸點功能、安裝方式與結構特點等，如圖3.1為美國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 高壓熔斷器起到對高壓回路中高壓線束以及高壓用電器的過流保護的作用，即在大電流或短路電流通過的時候，及時熔斷以保護高壓用電器不因大電流的沖擊而受到損害盒保護過流導致高壓線束的升溫甚至熔斷起火。高壓熔斷器選型也應考慮電壓等級，電流分斷能力，分斷特性等要求，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 預充電阻和預充時間的確定 前面說過了，為了避免內含較大容量電容的用電設備在上電時產生大電流沖擊高壓用電器、高壓接觸器和高壓熔斷器，設計了預充電回路，但是選擇多大的預充電阻和控制多長的預充電時間，還需要經過科學的計算，如式3-3所示，為預充電回路設計的理論計算依據。 根據公式Vc=E(1-e-(t/R*C))………………………………………………（式3-3） 式3-3中，Vc為預充電容兩端電壓，E為動力電池兩端電壓，C為預充總電容，t為充電時間，R為預充電阻。 由上式計算出充電電阻R和預充電時間t。 3.4 放電電阻和時間的確定 同理，在高壓系統(tǒng)下電后，那些內部含有大容量電容的高壓用電設備還儲存有大量的電能，對整車和人員的安全產生極大的危險，所以需要設計放電電路泄放掉大容量電容內的電能，一般要求高壓用電設備自帶泄放回路，但安裝不滿這一要求用電設備的車輛，就需要單獨設計泄放回路，泄放回路中電阻和時間的確定也是有科學的理論計算依據的，如3.4式。 根據公式Vc=E* e-(t/R*C) ………………………………………………（式3-4） 式3-4中，Vc=36V（安全電壓），E為動力電池兩端電壓，C為高壓回路總電容值，t為放電時間，R為放電電阻。 由式3-4計算出放電電阻R和放電時間t。 4、 高壓原理設計中的改進和創(chuàng)新 4.1 互鎖設計 顧名思義，互鎖就是指某兩種功能或狀態(tài)的相互鎖定，即通過軟件或硬件手段實現(xiàn)的，同一時刻或工況下只能有一種狀態(tài)存在的可能。前面已經在高壓原理設計中體現(xiàn)了高壓系統(tǒng)內的互鎖設計：充電互鎖、開蓋互鎖、插接件互鎖等。 4.2 預充與放電設計 4.3 絕緣電阻實時監(jiān)測設計 絕緣電阻是指絕緣物在規(guī)定條件下的直流電阻。 　　 絕緣電阻是電氣設備和電氣線路最基本的絕緣指標，在本應電氣隔離的兩個介質中加直流電壓，經過一定時間極化過程結束后，流過電介質的泄漏電流對應的電阻稱絕緣電阻。 對于純電動汽車，國家標準GB/T 18384中對動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 專利 在工作中，處處存在著問題和解決問題的情況，善于總結就會從平凡的工作中體會到不平凡的發(fā)現(xiàn)和改善，結合科學的手段，不難就可以從中得到頗豐的收獲。 第 7 頁 共 7 頁