电动汽车电气信号检测的应用研究

摘要　电动汽车日益成为当前汽车工业发展和研究的热点,本文对电动汽车的电气信号检测技术进行了分析研究,首先简单分析了电动汽车电气信号检测的主要内容,从电池管理、电源检测和人机交互3个方面探讨了电气信号检测的方法,并在此基础上重点从电源检测和电池管理检测两个角度详细探讨了电气信号检测的实现方法,对于进一步提高电动汽车电气信号检测技术的应用水平具有一定借鉴意义。

关键词　电动汽车;电气信号:信号检测技术

中图分类号U469.72　文献标识码A　文章编号1674-6708(2010)28-0127-02

引言

汽车消耗的是非可再生能源,随着全世界范围内石油资源的紧缺,电动汽车逐渐发展应用起来。由于电动汽车无论是在汽车结构、动力驱动方式等各个方面,与传统的汽车都存在较大的区别,如何实现在传统汽车的结构的基础上对汽车的驱动动力又燃油方式改造为电力驱动方式,是电动汽车结构设计的重点内容,而一个稳定、可靠、高效的电动汽车结构对于保障汽车的整体寿命和性能有着至关重要的作用。因此,本文将重点探讨电动汽车结构内部关于电气信号检测的设计。

本文重点结合电动汽车的工作原理对其电气信号的检测展开分析探讨,以期从中找到更加合理可靠有效的电气信号检测方式与技术应用。

1　电动汽车电气信号检测内容分析

电动汽车内部只有一种驱动方式,那就是电力驱动。因此,对于电动汽车内部的电气信号的检测,无疑是以电动汽车最佳的整体性能为检测目标的,将电动汽车的驱动电流、驱动电压、形势速度等等,通过相应的传感装置将电气信号检测并采样进行数据处理,最终以合理的人机交互方式显现出来,供驾驶员决策当前电动汽车的状态与性能。总体来说,电动汽车需要监测的电气信号主要有以下几类信号:

1)电动机状态检测

电动机是电动汽车内部唯一的动力源,因此十分有必要对电动机的工作状态实施监测,包括电动机的工作电压、工作电流,以及电机转速、电机温度等物理参数。由于驾驶员需要对电机转速进行换挡,因此还必须要设计专门的人车交互系统,一方面来满足驾驶员对于整车的操作变换;另一方面也将驾驶员的操作所产生的状态改变反馈回给驾驶员,比如说,当汽车在运行中,应当能够让驾驶员看到当前电动机的供电状态、电池续航里程、电池绝缘状况等信息,这些都是保障电动汽车顺利运行的必要信息。

2)电池状态检测

除了电动机,电动汽车上最重要的莫过于电池管理系统,对于电池管理系统的检测,如何实现高效、稳定和可靠的电气信号检测。是关系到电池管理系统工作性能的关键。对于电池管理系统,主要需要监测其电量,防止出现过充、过放和过热等现象,在实施检测的时候,主要检测当前电池中的电量剩余量,并由行车电脑计算出续航里程;另一方面还要对电池管理系统中的每一块电池组的工作温度、工作压力、电压电流等参数实施检测,以保障电池管理系统的可靠有效管理,实现电池效益的最大化。

3)电池绝缘状态检测

由于电动汽车质量较大,因此毫无疑问驱动电动汽车的电动机的电压等级一般都较高,一般在300V左右,这么高的电压等级无疑会给车内的驾驶员及乘客造成人身安全隐患,因此必然要在车内设计电池绝缘部分,而电力绝缘部分是会由于工作温度的升高、工作时间的延长而发生老化,进而绝缘等级和绝缘效果都会发生下降的现象,因此有必要对电动汽车的动力电池绝缘系统进行检测。在对绝缘部分实施检测的时候,应当主要对起到绝缘保护功能的绝缘电阻、绝缘橡胶等部件进行绝缘等级测评,以切实保障电动汽车内部驾驶员与乘客的人身安全。

2　电动汽车电气信号检测技术探讨

2.1　电动汽车动力电源检潮的实现

对于电动汽车而言,电动汽车动力电源的检测是依靠对绝缘电阻的检测来实现的,这主要是由于通过测量绝缘电阻两端的电压,能够识别出动力电源当前的工作电压、工作电流等参数,那么究竟是如何通过对绝缘电阻的检测来实现对动力电源的检测的呢?下面结合具体的检测电路加以分析说明。

如下图1所示,这是一个在线测量电动汽车绝缘电阻电压进而识别出动力电源系统工作电压的电源检测电路,图中开关S1、s2是继电器,在开关闭合时其两端的电压为零,这是继电器的本身工作特性所致,既然工作电压为零,那么通过该继电器的工作电流也必然为零。而当开关不闭合的状态下,只要通过测量图中的R1电阻的两端的工作电压,根据电路关系,是可以推算出当前动力电源电池系统的工作电压与工作电流参数的,限于论文的篇幅,这里对具体的推算过程不再赘述。图1所示的是采用差分输入的模数转换器来实现对绝缘电阻的测量的。采用差分输入方式能够有效的提高检测的精度。

2.2　电动汽车电池检测的实现

正如上文所分析,对于电动汽车而言,最重要的就是电池智理系统的检测,因此这里简单探讨一下如何实现对电动汽车电池管理系统的检测。由于电动汽车所需要的驱动电压等级较高,一般为300V左右,而直接采用300V的电池,一方面对于设计制造的成本过高,同时对电池加工工艺要求过高,这样显然并不合算,因此目前对于电动汽车电池组的设计,一般是采用小额的电池组装。最终达到300V的供电驱动动力等级要求。因此。这里也以组装后的电池管理系统为例进行分析。以一个电池容量为120Ah的锂离子电池为例,一部电动汽车大约需要84节这样的电池,而为了管理和数据通信的方便,也无需为每一节电池设置状态管理和通信功能,而是以4节电池构成一个电池组,为每一组电池组设置状态管理和通信。具体实现如下:以4节电池构成一个电池组,每一个电池组分配一个电池传感器,电池传感器负责检测各自电池组的工作电压、工作电流等状态参数,通过设计合理的电池管理程序,将电池传感器所检测到的全部电池组的工作参数进行汇总运算,得到当前整个电池管理系统的工作电流、工作电压等参数,并将这些参数一方面传输到仪表盘进行显示;另一方面传输到行车电脑进行运算,得出电动汽车的续航里程,从而实现对整车的电池动力系统的管理。当某个电池组中的某节电池发生故障,必然会引起电池传感器所检测到的工作电压或工作电流参数的细微变化,通过检测这种变化,借助于电池管理程序,将该节电池的编号识别并传输到仪表盘进行显示。从而提醒驾驶员应当更换该节电池。实际上,电池管理中央控制单元也可以将电池的实时数据传送到计算机中。在计算机中建立所有电池的历史档案,为进一步开发和改进动力电池以及电动汽车提供有效的数据依据。

3　结论

电动汽车电气信号检测的精度及质量,直接影响到电动汽车的整车质量与性能,因此,设计合理、高效、实用的电动汽车电气信号检测装置,将对整个电动汽车性能有非常重要的意义。本文对电动汽车电气信号检测的探讨分析,只是对其中一方面的技术探讨,更多的技术问题有待于广大技术人员的共同努力,才能够推动我国电动汽车技术的长足的发展与进步。