電動汽車電氣信號檢測的應用研究

彭 吉

東風日產乘用車公司，廣東花都 510800

0 引言

汽車消耗的是非可再生能源，隨著全世界范圍內石油資源的緊缺，電動汽車逐漸發展應用起來。由于電動汽車無論是在汽車結構、動力驅動方式等各個方面，與傳統的汽車都存在較大的區別，如何實現在傳統汽車的結構的基礎上對汽車的驅動動力又燃油方式改造為電力驅動方式，是電動汽車結構設計的重點內容，而一個穩定、可靠、高效的電動汽車結構對于保障汽車的整體壽命和性能有著至關重要的作用。因此，本文將重點探討電動汽車結構內部關于電氣信號檢測的設計。

本文重點結合電動汽車的工作原理對其電氣信號的檢測展開分析探討，以期從中找到更加合理可靠有效的電氣信號檢測方式與技術應用。

1 電動汽車電氣信號檢測內容分析

電動汽車內部只有一種驅動方式，那就是電力驅動，因此，對于電動汽車內部的電氣信號的檢測，無疑是以電動汽車最佳的整體性能為檢測目標的，將電動汽車的驅動電流、驅動電壓、形勢速度等等，通過相應的傳感裝置將電氣信號檢測并采樣進行數據處理，最終以合理的人機交互方式顯現出來，供駕駛員決策當前電動汽車的狀態與性能。總體來說，電動汽車需要監測的電氣信號主要有以下幾類信號：

1）電動機狀態檢測

電動機是電動汽車內部唯一的動力源，因此十分有必要對電動機的工作狀態實施監測，包括電動機的工作電壓、工作電流，以及電機轉速、電機溫度等物理參數。由于駕駛員需要對電機轉速進行換擋，因此還必須要設計專門的人車交互系統，一方面來滿足駕駛員對于整車的操作變換；另一方面也將駕駛員的操作所產生的狀態改變反饋回給駕駛員，比如說，當汽車在運行中，應當能夠讓駕駛員看到當前電動機的供電狀態、電池續航里程、電池絕緣狀況等信息，這些都是保障電動汽車順利運行的必要信息。

2）電池狀態檢測

除了電動機，電動汽車上最重要的莫過于電池管理系統，對于電池管理系統的檢測，如何實現高效、穩定和可靠的電氣信號檢測，是關系到電池管理系統工作性能的關鍵。對于電池管理系統，主要需要監測其電量，防止出現過充、過放和過熱等現象，在實施檢測的時候，主要檢測當前電池中的電量剩余量，并由行車電腦計算出續航里程；另一方面還要對電池管理系統中的每一塊電池組的工作溫度、工作壓力、電壓電流等參數實施檢測，以保障電池管理系統的可靠有效管理，實現電池效益的最大化。

3）電池絕緣狀態檢測

由于電動汽車質量較大，因此毫無疑問驅動電動汽車的電動機的電壓等級一般都較高，一般在300V左右，這么高的電壓等級無疑會給車內的駕駛員及乘客造成人身安全隱患，因此必然要在車內設計電池絕緣部分，而電力絕緣部分是會由于工作溫度的升高、工作時間的延長而發生老化，進而絕緣等級和絕緣效果都會發生下降的現象，因此有必要對電動汽車的動力電池絕緣系統進行檢測。在對絕緣部分實施檢測的時候，應當主要對起到絕緣保護功能的絕緣電阻、絕緣橡膠等部件進行絕緣等級測評，以切實保障電動汽車內部駕駛員與乘客的人身安全。

2 電動汽車電氣信號檢測技術探討

2.1 電動汽車動力電源檢測的實現

對于電動汽車而言，電動汽車動力電源的檢測是依靠對絕緣電阻的檢測來實現的，這主要是由于通過測量絕緣電阻兩端的電壓，能夠識別出動力電源當前的工作電壓、工作電流等參數，那么究竟是如何通過對絕緣電阻的檢測來實現對動力電源的檢測的呢？下面結合具體的檢測電路加以分析說明。

如下圖1所示，這是一個在線測量電動汽車絕緣電阻電壓進而識別出動力電源系統工作電壓的電源檢測電路，圖中開關S1、S2是繼電器，在開關閉合時其兩端的電壓為零，這是繼電器的本身工作特性所致，既然工作電壓為零，那么通過該繼電器的工作電流也必然為零。而當開關不閉合的狀態下，只要通過測量圖中的R1電阻的兩端的工作電壓，根據電路關系，是可以推算出當前動力電源電池系統的工作電壓與工作電流參數的，限于論文的篇幅，這里對具體的推算過程不再贅述。圖1所示的是采用差分輸入的模數轉換器來實現對絕緣電阻的測量的。采用差分輸入方式能夠有效的提高檢測的精度。

圖1 動力電源的絕緣電阻檢測原理示意圖

2.2 電動汽車電池檢測的實現

正如上文所分析，對于電動汽車而言，最重要的就是電池管理系統的檢測，因此這里簡單探討一下如何實現對電動汽車電池管理系統的檢測。由于電動汽車所需要的驅動電壓等級較高，一般為300V左右，而直接采用300V的電池，一方面對于設計制造的成本過高，同時對電池加工工藝要求過高，這樣顯然并不合算，因此目前對于電動汽車電池組的設計，一般是采用小額的電池組裝，最終達到300V的供電驅動動力等級要求。因此，這里也以組裝后的電池管理系統為例進行分析。以一個電池容量為120Ah的鋰離子電池為例，一部電動汽車大約需要84節這樣的電池，而為

了管理和數據通信的方便，也無需為每一節電池設置狀態管理和通信功能，而是以4節電池構成一個電池組，為每一組電池組設置狀態管理和通信。具體實現如下：以4節電池構成一個電池組，每一個電池組分配一個電池傳感器，電池傳感器負責檢測各自電池組的工作電壓、工作電流等狀態參數，通過設計合理的電池管理程序，將電池傳感器所檢測到的全部電池組的工作參數進行匯總運算，得到當前整個電池管理系統的工作電流、工作電壓等參數，并將這些參數一方面傳輸到儀表盤進行顯示；另一方面傳輸到行車電腦進行運算，得出電動汽車的續航里程，從而實現對整車的電池動力系統的管理。當某個電池組中的某節電池發生故障，必然會引起電池傳感器所檢測到的工作電壓或工作電流參數的細微變化，通過檢測這種變化，借助于電池管理程序，將該節電池的編號識別并傳輸到儀表盤進行顯示，從而提醒駕駛員應當更換該節電池。實際上，電池管理中央控制單元也可以將電池的實時數據傳送到計算機中，在計算機中建立所有電池的歷史檔案，為進一步開發和改進動力電池以及電動汽車提供有效的數據依據。

3 結論

電動汽車電氣信號檢測的精度及質量，直接影響到電動汽車的整車質量與性能，因此，設計合理、高效、實用的電動汽車電氣信號檢測裝置，將對整個電動汽車性能有非常重要的意義。本文對電動汽車電氣信號檢測的探討分析，只是對其中一方面的技術探討，更多的技術問題有待于廣大技術人員的共同努力，才能夠推動我國電動汽車技術的長足的發展與進步。

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