摘 要：在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景中，汽車行業(yè)得到了快速的發(fā)展，汽車行業(yè)的發(fā)展雖然為人們的生活帶來了很大的便捷，但是同時(shí)也會(huì)環(huán)境造成了一定的危害，汽車的發(fā)展對(duì)石油提出了更大的需求，需要消耗大量的能源。近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，汽車行業(yè)的能源問題和環(huán)境問題引起了人們的高度重視，新能源汽車在很多城市都得到了大力的發(fā)展，成為汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢(shì)。本文就純電動(dòng)城市微型物流車能源和動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

進(jìn)行探討，旨在為同行提供參考。關(guān)鍵詞：純電動(dòng)車；微型物流車；動(dòng)力系統(tǒng)

1 引言

現(xiàn)階段，能源問題和環(huán)境問題已經(jīng)成為了世界性的問題，各行各業(yè)在發(fā)展的過程中，也應(yīng)該注重行業(yè)對(duì)能源和環(huán)境的影響。汽車行業(yè)也是一樣，在不斷發(fā)展的過程中，應(yīng)該不斷創(chuàng)新商業(yè)模式，構(gòu)建煤 -電 -車的產(chǎn)業(yè)鏈，注重電動(dòng)汽車的發(fā)展，明確電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)路徑，提高電動(dòng)汽車的生產(chǎn)制造水平。

2 純電動(dòng)城市微型物流車動(dòng)力系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 純電動(dòng)城市微型物流車動(dòng)力系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求

電動(dòng)汽車已經(jīng)有近百年的發(fā)展歷史，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力主要有兩個(gè)部分提供，車載能源系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成。車載能源系統(tǒng)總成主要包括繼電保護(hù)系統(tǒng)、 BMS系統(tǒng)、電池 PACK系統(tǒng)、高低壓線束系統(tǒng)、充電機(jī)系統(tǒng)和 DC/DC電源系統(tǒng)，還有一些相關(guān)的輔助配套系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)純電動(dòng)汽車的主要能源提供部位，也是核心關(guān)鍵總成總件，對(duì)汽車總體能源的系哦啊好、加速度、最高車速、載重量和爬坡度等都具有非常大的影響 [1]。而車載能源系統(tǒng)則會(huì)影響整個(gè)汽車的總質(zhì)量、車輛安全性、充電時(shí)間以及行駛的里程。在對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該滿足一下幾個(gè)重要的原則和要求。（ 1）城市工況特點(diǎn)：純電動(dòng)微型物流車的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到城市的工況特點(diǎn)，也就是城市所處的地理位置以及城市的總體建設(shè)等情況。車輛的行駛道路可以分為快速路、主干道、次干路和支路，通過行駛的工況來對(duì)純電動(dòng)車進(jìn)行設(shè)計(jì)。（ 2）物流特點(diǎn)：除了城市的工況之外，城市的物流特點(diǎn)也是在純電動(dòng)車設(shè)計(jì)過程中需要考慮的問題，根據(jù)配送的區(qū)域進(jìn)行劃分，可以將現(xiàn)代物流分為國家物流、城市物流和國際物流，城市物流具有自身的特點(diǎn)，純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行考慮。（ 3）成本需求：純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)還要考慮到電動(dòng)汽車的成本需求，而成本需求又應(yīng)該從材料成本、工藝成本、后期使用維護(hù)成本等方面考慮。

2.2 純電動(dòng)城市微型物流車動(dòng)力系統(tǒng)總圖布置設(shè)計(jì)

對(duì)純電動(dòng)城市微型物流車動(dòng)力系統(tǒng)總圖布置設(shè)計(jì)首先應(yīng)該從城市物流原型車整車結(jié)構(gòu)開始，純電動(dòng)城市微型物流車一般是在原有燃油微客車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將原來汽車中的變速箱、驅(qū)動(dòng)橋、燃油系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行拆卸，不對(duì)原車進(jìn)行大改，自主設(shè)計(jì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力電池等系統(tǒng)，可以大大減少成本，并且實(shí)現(xiàn)較好的效果。另外，還需要對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行布置。電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要包括變速器、電機(jī)、傳動(dòng)軸、差速器、車輪和半軸等，結(jié)構(gòu)形式也分為電動(dòng)輪式傳動(dòng)、電動(dòng)橋式傳動(dòng)、單檔機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)，確定機(jī)械傳動(dòng)形式也可以參考汽油車的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)仍然保持原來的結(jié)構(gòu)，通過這種方式，可以有效減少電動(dòng)汽車的開發(fā)周期，不需要對(duì)原來的車輛進(jìn)行大范圍的修改，也成功的將成本控制在較低的范圍內(nèi)，還能夠有效的提升汽車系統(tǒng)的質(zhì)量。對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行重新布置，可以采用 4×2的驅(qū)動(dòng)方式 [2]。對(duì)于電池的布置，則可以采用整體式布置和分體式布置，電池的具體放置的位置主要有變速箱位置、原車發(fā)動(dòng)機(jī)位置、底板上部位置和底板下部位置，應(yīng)給根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的位置。

3 純電動(dòng)城市微型物流車能源管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)能源管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)能源管理系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際的需求來設(shè)計(jì)，從而更好的滿足現(xiàn)實(shí)需求。對(duì)能源管理系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析之后，就是對(duì)能源管理系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該根據(jù)功能需求，將硬件部分分為總控模塊和電池測(cè)控模塊這兩個(gè)部門。BMS 主要有 3種結(jié)構(gòu)，分別為統(tǒng)一型、星型和菊鏈型。 BMS總控模塊結(jié)構(gòu)的核心為總控 MCU微控制單元，可以實(shí)現(xiàn)采集電池組電流的功能，接收電池狀態(tài)信息并針對(duì)具體的信息發(fā)出有效的指令，電池的測(cè)控的核心結(jié)構(gòu)主要為測(cè)控 IC，主要用于采集單體的電池電壓，可以實(shí)現(xiàn)總控 MCU和其他測(cè)控 IC通道，根據(jù)總控的發(fā)出的指令來對(duì)電池的均衡性進(jìn)行控制 [3]。

3.2 總控模塊硬件電路設(shè)計(jì)

在對(duì)總控模塊硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循模塊化、集成化、簡單化、最優(yōu)化和可靠性的原則，在 MCU的選型過程中，應(yīng)該根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)來進(jìn)行選型，可以選擇 HCS08 系列嵌入式單片機(jī) MC9S08DZ60，采用 8 位 40-MHz HCS08 中央處理器，最多可以進(jìn)行 32個(gè)復(fù)位或者中斷源，在實(shí)際運(yùn)行過程中，還可以支撐兩個(gè)超低消耗的停止模式，從而大大發(fā)揮節(jié)能的效果。在等待時(shí)，可以采用等待模式，等待模式的能源消耗非常少，有效降低了能源的消耗。不僅如此，其還支持外部和內(nèi)部的時(shí)鐘源，對(duì)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的保護(hù)功能，如果時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)丟失，還能夠?qū)せ亍２粌H如此， MC9S08DZ60在工作過程中可以實(shí)現(xiàn)在線編程內(nèi)存。為了使電路設(shè)計(jì)更加可靠，可以選擇降壓轉(zhuǎn)換器 TPS5420來提供穩(wěn)定的電壓輸出 [4]。

3.3 電池測(cè)控模塊硬件設(shè)計(jì)

在電池測(cè)控模塊的硬件設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該選取合適的電池檢測(cè)方案選型。電池檢測(cè)主要包括對(duì)運(yùn)行過程中電流、電池的電壓以及溫度等狀態(tài)的數(shù)據(jù)和狀況進(jìn)行的采集。電池組可以采用 96個(gè)電池通過串聯(lián)的方式組成，總電壓可以達(dá)到 320伏。在采集不同形式的狀態(tài)量時(shí)，對(duì)電壓的采集具有最大的難度，采集難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流的采集和溫度的采集。因此，在進(jìn)行電池檢測(cè)方案的選擇時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先選擇電壓信息采集比較簡單的方案。電壓檢測(cè)方案主要包括基于精密電阻分壓的電壓檢測(cè)、基于（ PhotoMOS）光耦繼電器開關(guān)陣列的電壓檢測(cè)和基于專用集成芯片的電壓檢測(cè)，不同的電壓檢測(cè)方法具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，在實(shí)際選擇過程中，應(yīng)該度不同方案的電路的復(fù)雜性、電壓采集的難易程度、電壓采集的精度、電阻匹配、成本以及是否存在漏電等情況進(jìn)行比較。相對(duì)而言，基于專用集成芯片的電壓檢測(cè)方案的運(yùn)營更加廣泛，因?yàn)槠淇梢跃_的采集電壓，并且電路的復(fù)雜性較小。此外，還應(yīng)該設(shè)計(jì)電壓采集單元和溫度采集單元。溫度采集方法主要包括熱敏電阻方式和數(shù)字化溫度測(cè)量器件方式，在電池測(cè)控模塊 IC集成附加模擬輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集 [5]。

4 純電動(dòng)城市微型物流車能源管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）軟件設(shè)計(jì)總體方案的確定：在純電動(dòng)城市微型物流車能源管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，首先要設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的總體方案，在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電池信息進(jìn)行分析處理，能源管理系統(tǒng)是通過 MC9S08DZ60的 C語言來實(shí)現(xiàn)的，軟件設(shè)計(jì)總體方案的確定應(yīng)該包括電池均衡控制、電池狀態(tài)判斷和電池信息采集。（ 2）其次是實(shí)現(xiàn)電池信息采集，電池信息的采集主要分為電池電壓的采集、溫度的采集和電池組電流的采集。在采集電池組的電流時(shí)，可以根據(jù)檢測(cè)到的電流的正負(fù)和大小來判斷電動(dòng)汽車現(xiàn)在處于放空狀況、充電狀態(tài)還是空閑狀態(tài)。當(dāng)電流值超過了設(shè)定的閾值，就會(huì)觸發(fā)過流報(bào)警系統(tǒng)，從而發(fā)出報(bào)警，避免電動(dòng)汽車由于電流太大造成損壞。當(dāng)采集電池電壓和溫度時(shí)，通過配置對(duì) IC的 CELLSCANEN 寄存器掃描位進(jìn)行測(cè)量來進(jìn)行采集。在每一次采集溫度之前，都應(yīng)該配置 ACQCFG 寄存器建立附加時(shí)間，電路在額外時(shí)間測(cè)量之前就能達(dá)到穩(wěn)定狀況。（ 3）電池狀況判斷：電池的狀態(tài)判斷應(yīng)該是為了檢測(cè)電池的電壓有沒有出現(xiàn)欠壓或者過壓的情況，電路回路電流是否太高、電池的溫度是否正常等，同時(shí)根據(jù)狀態(tài)信息作出及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)，從而有效減少異常情況對(duì)系統(tǒng)造成損壞 [6]。

5 結(jié)語

純電動(dòng)城市微型物流車的動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該要滿足動(dòng)力系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求，動(dòng)力系統(tǒng)總圖布置設(shè)計(jì)一般是在原有燃油微客車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，減少了改動(dòng)，同時(shí)還能夠有效控制成本。對(duì)汽車能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)整車使用的電池電壓、電流和溫度的采集，滿足城市物流工況的需求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介

向紹卿：（1987.5—）男，漢族，湖北武漢人，本科學(xué)歷，武漢華夏理工學(xué)院汽車工程學(xué)院，助教，研究方向：汽車新能源。