现代电动汽车电源系统分析

摘 要

在现代社会，汽车是当代人的主要交通工具之一。然而，随着人们对环境问题的日益重视，汽车行业作为污染源之一，面临着巨大的环境压力。而电动汽车作为后起之秀，因其性能优异，节能环保，日益受到人们关注，成为人们心目中传统汽车替代品的上上之选。

【关键词】电动汽车 直流电动机 电源系统

现代电动汽车作为一种现代交通工具，集中了电源制作、自动化控制、机械设计等技术于一身，一部电动汽车的性能就体现在系统的优化组合上。蓄电池电动汽车被认为是一种最好的“超低污染”甚至“零污染”的车辆，它的噪声和振动极小，操作性能等比内燃机汽车更为优越，当前被认为是取代内燃机汽车的首选车型，被人们争先开发和研制。电动汽车进入了发展的高峰时期，而电源系统又是电动汽车的核心系统，所以电动汽车的电源系统研究迫在眉睫，本文就此展开探讨，希望找到更加环保，轻便，安全的电源系统设计和构造。

1 电动汽车的基本原理

在直流电动机的分类里，永久磁铁的永磁式电动机和电磁铁的绕组励磁式电动机是主要的两种，电动汽车一般会选用复励电动机。在需要有换向器、电刷等装置才能运行的时代里，直流电动机因为技术的不够成熟，在电动汽车上的应用被大大地限制了。随着技术的不断发展，无刷电机弥补了有刷电机的不足，从而使得直流电机在包括电动汽车在内的多种场合被应用，无刷电机之所以能够被加以利用到电动汽车上，与它具有与其他直流电机同样的转矩一转速特性密不可分。如图1可知无刷电机具有与其他直流电机同样的转矩一转速特性。

所以无刷电机成为电动汽车发展的关键所在，所以本文所述的电动汽车都是基于无刷电机来阐述的，技术基础也基于无刷电机的发展之上。

汽车的性能一般与爬坡能力、最大行驶速度以及加速度的大小等参数息息相关。对于汽车的最大速度而言，大小直接取决于电机的最大转速和传动装置的最小传动比。传动装置不在本文的探讨范围，所以不提。爬坡能力和加速度也是取决于电机的功率，这与电源系统的设计息息相关。

2 电动汽车的蓄电池要求

电动汽车蓄电池的能量高低直接决定论电动汽车行驶里程的大小，电动汽车的行驶的距离在小范围内与蓄电池的容量成正比，但是，蓄电池的容量并不是越大越好，因为随着蓄电池的体积会随着容量的递增而增大，同样材质的电池，体积越大，重量也越大。这中间存在一个拐点，再增大容量或减小容量都会减小汽车行驶里程，这就是最佳电池容量。

蓄电池都是直流电源，在电动汽车里面直流电源有两个作用，第一个作用是直流电源经过斩波电路，使之成为电动机所需要的电源；另外一个作用是电动汽车各个辅助器件如车灯、空调、各种显示仪表等需要的电源，但是首先应将直流电源变换电压，电流等参数以适应不同部件的需求。如图2是蓄电池的作用框图。

连续放电不超过1C，典型的峰值放电不超过3C是蓄电池必须满足的能量和容量要求，这才能保证在电动汽车中的蓄电池放电要求，而在安装反馈制动装置的情况下，电池组能够接受的脉冲电流冲动必须高达5C。能量足够大，才能保证电机的正常运转，容量足够大，才能使汽车的电机更加持久的运行。蓄电池还必须保证深度放电不会影响它的使用寿命，这是一个特殊的要求，汽车不可避免的会有长途运行，电池也就会不定期的会进入深度放电的状态，如果不能在深度放电情况下保持使用寿命不受损，电池就无法真正长久重复的高效利用。蓄电池还要保证能够实现满负荷功率运行以及全放电运行，这是汽车在爬坡或者负载重的时候可能达到满负荷功率和全放电运行方式的一种预防配置，否则汽车负载或者爬坡即损坏电池，这是代价巨大而不能承受的。另外需要安装电池管理系统和热管理系统以保证蓄电池的安全运行，以便显示电池组的剩余能量与实现温度控制，众所周知，温度过高会损坏电池，甚至导致爆炸等事故。这是电动汽车在使用过程中必不可少的信息获取过程，否则驾驶者对于电动汽车的即时信息毫无所知，这在驾驶过程中是危险而毫无保障的。不仅如此，在分析选用各种电源时，还要从中选用品质更高的电源，注意充放电时间长短。充放电时间直接影响用户充电的频率，时间，周期，直接影响使用体验，故而不得不考虑。最后从空间布局设计来看，由于蓄电池容积比较大，故其设计、空间布置以及安装要合理。

3 电源蓄电池的选择

电源是电动汽车的核心部件，电动汽车的好坏，与其供电电源有着密切的关系，一个好的电源可以使电动汽车行驶的更远，更加稳定。蓄电池的选择，首先电流必须能够达到100A以上，功率必须大于电动机和车上配置的各种电子设备的功率之和，这是功率电流方面选择的要求。综合来看，锂离子电池目前是特性最为优越的蓄电池，它的比能量可以达到100-150W.h/kg，是铅酸蓄电池的3倍以上，比功率高达1500w，功率密度大，这能够很大解决容量、比重的问题。它比其它类型的蓄电池单片电池片电压高，它的单体电池电压能高达3V以上，这可以减少为串联增大电池组电压而串联的电池片数量，从而大大减小电池的无关质量。锂电池可以循环使用1000多次，充电放电效率很高，放电率能高达200A，这达到了前面所述的要求。难能可贵的是锂电池没有记忆效应，有利于蓄电池的重复利用。如果利用电池片的串并联技术，可以组装成为容量巨大的蓄电池箱。但是，锂电池并非十全十美，它也存在一些问题，比如说快速放电能力差，价格过高以及过充放电保护的问题，这些并不在本文探讨范围内，略过不提。除此之外，锂电池在过充的时候，极容易导致爆炸或者火灾，如果管理不善，锂电池就极可能酿成大祸。所以为了确保锂离子电池的安全性，一般会为电动汽车配置电池管理系统，以防危险的发生。其主要功能包括：电池物理参数实时监测；在线诊断与预警；电池状态估计；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等，通过电池管理系统，可以明显减小锂电池的危险系数。这是蓄电池的选择的大致考虑。附图3说明锂电池的充电过程。

但是，由于价格，技术等方面的限制，具体操作的时候，需要综合考虑，选择最适合的综合方案，均衡使用各方资源。

4 结语

现代电动汽车的电源系统的研究方兴未艾，而且与电池技术，新材料的发展息息相关，本文对现代电动汽车的电源系统探讨极为有限，但是在蓄电池的要求，选择上面，作出了初步的探索，系统的安全性，实用性方面进行了综合考虑，对系统的安全性，实用性进行了探讨。但是探讨绝不仅限于此，随着技术的发展，探索的深入，我们必定能够找到更加合理，环保，安全的系统设计。

参考文献

[1]王兴贵，黄志勇，孙宗宇.无刷直流电动机电流滞环跟踪控制方法的研究[J].微电机，2010（02）.

[2]伍艮常.基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2010（01）.

作者单位

长沙市达材中学142班 湖南省长沙市 410600