純電動汽車高壓原理設(shè)計(jì).doc

純電動汽車高壓原理設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。電動汽車區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)是動力系統(tǒng)由電力驅(qū)動系統(tǒng)組成，電力驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心，由驅(qū)動電機(jī)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(nèi)燃機(jī)汽車相似。目前，電動汽車上使用的驅(qū)動電機(jī)廣泛采用為永磁無刷或異步交流電機(jī)，隨著電機(jī)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)磁阻電機(jī)和輪轂電機(jī)等勢必成為將來電動汽車驅(qū)動電機(jī)應(yīng)用的方向。目前，電動汽車上應(yīng)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(shù)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(yīng)用的進(jìn)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(qū)動電機(jī)的能源完全來自于車載電力儲能裝置動力電池?；旌蟿恿ζ?，驅(qū)動電機(jī)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(qū)動力只來源于電動機(jī)。并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV）：車輛的驅(qū)動力由電動機(jī)及發(fā)動機(jī)同時或單獨(dú)供給?；炻?lián)式混合動力汽車（CHEV）：同時具有串聯(lián)式、并聯(lián)式驅(qū)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(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)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(shí)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(jī)汽車早了10年以上。隨后，從1881年開始，廣泛應(yīng)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(dāng)時車用內(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，而電動汽車卻維修方便，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)時汽車使用主要有蒸汽機(jī)汽車、電動汽車、內(nèi)燃?xì)廛?，由于受?dāng)時生產(chǎn)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(shù)量中，電動汽車為15755輛，蒸汽機(jī)汽車1684輛，而汽油機(jī)汽車只有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（啟動電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用、高性能點(diǎn)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(chǎn)方式大規(guī)模批量制造汽車使汽油機(jī)汽車開始普及，致使在市場競爭中蒸汽機(jī)汽車與電動汽車由于存在著技術(shù)及經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)2.1 純電動汽車高壓主回路設(shè)計(jì)純電動汽車的高壓主回路如圖2.1所示，由動力電池、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 純電動汽車高壓主回路圖2.2純電動汽車的控制回路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)2.3純電動汽車的高壓檢測回路設(shè)計(jì)純電動汽車的高壓原理圖設(shè)計(jì)中，需要對高壓回路中的電壓、電流、絕緣電阻等高壓信號進(jìn)行實(shí)時檢測，所以高壓原理圖中的高壓檢測設(shè)計(jì)是十分重要的，如圖2.3所示。圖2.3高壓檢測設(shè)計(jì)2.4 純電動汽車高壓原理圖設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(guān)，在選型時要根據(jù)高壓電氣參數(shù)做適當(dāng)選擇，主要指標(biāo)有電壓等級、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(hù)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(hù)高壓用電器不因大電流的沖擊而受到損害盒保護(hù)過流導(dǎo)致高壓線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，電流分?jǐn)嗄芰?，分?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)充時間的確定前面說過了，為了避免內(nèi)含較大容量電容的用電設(shè)備在上電時產(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)充電阻和控制多長的預(yù)充電時間，還需要經(jīng)過科學(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為動力電池兩端電壓，C為預(yù)充總電容，t為充電時間，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(nèi)部含有大容量電容的高壓用電設(shè)備還儲存有大量的電能，對整車和人員的安全產(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，但安裝不滿這一要求用電設(shè)備的車輛，就需要單獨(dú)設(shè)計(jì)泄放回路，泄放回路中電阻和時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(jì)算出放電電阻R和放電時間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，即通過軟件或硬件手段實(shí)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(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)時監(jiān)測設(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)備和電氣線路最基本的絕緣指標(biāo)，在本應(yīng)電氣隔離的兩個介質(zhì)中加直流電壓，經(jīng)過一定時間極化過程結(jié)束后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對應(yīng)的電