純電動城市微型物流車能源與動力系統設計探討

摘 要：在經濟不斷發展的背景中，汽車行業得到了快速的發展，汽車行業的發展雖然為人們的生活帶來了很大的便捷，但是同時也會環境造成了一定的危害，汽車的發展對石油提出了更大的需求，需要消耗大量的能源。近年來，隨著人們環保意識的不斷增強，汽車行業的能源問題和環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展，成為汽車產業的未來發展趨勢。本文就純電動城市微型物流車能源和動力系統的設計

進行探討，旨在為同行提供參考。關鍵詞：純電動車；微型物流車；動力系統

1 引言

現階段，能源問題和環境問題已經成為了世界性的問題，各行各業在發展的過程中，也應該注重行業對能源和環境的影響。汽車行業也是一樣，在不斷發展的過程中，應該不斷創新商業模式，構建煤 -電 -車的產業鏈，注重電動汽車的發展，明確電動汽車的產業路徑，提高電動汽車的生產制造水平。

2 純電動城市微型物流車動力系統的總體設計

2.1 純電動城市微型物流車動力系統的總體設計要求

電動汽車已經有近百年的發展歷史，純電動汽車的動力主要有兩個部分提供，車載能源系統和驅動系統總成。車載能源系統總成主要包括繼電保護系統、 BMS系統、電池 PACK系統、高低壓線束系統、充電機系統和 DC/DC電源系統，還有一些相關的輔助配套系統；驅動系統總成主要包括傳動系統、電機系統、輔助系統和電機驅動器。其中，驅動系統是整個純電動汽車的主要能源提供部位，也是核心關鍵總成總件，對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]。而車載能源系統則會影響整個汽車的總質量、車輛安全性、充電時間以及行駛的里程。在對動力系統進行總體設計時，應該滿足一下幾個重要的原則和要求。（ 1）城市工況特點：純電動微型物流車的設計應該考慮到城市的工況特點，也就是城市所處的地理位置以及城市的總體建設等情況。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純電動車進行設計。（ 2）物流特點：除了城市的工況之外，城市的物流特點也是在純電動車設計過程中需要考慮的問題，根據配送的區域進行劃分，可以將現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，純電動汽車設計時應該對此進行考慮。（ 3）成本需求：純電動汽車的設計還要考慮到電動汽車的成本需求，而成本需求又應該從材料成本、工藝成本、后期使用維護成本等方面考慮。

2.2 純電動城市微型物流車動力系統總圖布置設計

對純電動城市微型物流車動力系統總圖布置設計首先應該從城市物流原型車整車結構開始，純電動城市微型物流車一般是在原有燃油微客車的基礎上進行改造，將原來汽車中的變速箱、驅動橋、燃油系統、發動機等進行拆卸，不對原車進行大改，自主設計電驅動系統和動力電池等系統，可以大大減少成本，并且實現較好的效果。另外，還需要對汽車驅動系統進行布置。電動汽車的動力系統主要包括變速器、電機、傳動軸、差速器、車輪和半軸等，結構形式也分為電動輪式傳動、電動橋式傳動、單檔機械傳動和機械傳動，確定機械傳動形式也可以參考汽油車的結構，傳動系統仍然保持原來的結構，通過這種方式，可以有效減少電動汽車的開發周期，不需要對原來的車輛進行大范圍的修改，也成功的將成本控制在較低的范圍內，還能夠有效的提升汽車系統的質量。對動力傳動系統進行重新布置，可以采用 4×2的驅動方式 [2]。對于電池的布置，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、原車發動機位置、底板上部位置和底板下部位置，應給根據實際情況選擇合理的位置。

3 純電動城市微型物流車能源管理系統硬件設計

3.1 硬件設計方案

在設計能源管理系統硬件設計方案時，首先應該對能源管理系統的需求進行分析，根據實際的需求來設計，從而更好的滿足現實需求。對能源管理系統進行全面的分析之后，就是對能源管理系統硬件總體架構進行設計，設計過程中應該根據功能需求，將硬件部分分為總控模塊和電池測控模塊這兩個部門。BMS 主要有 3種結構，分別為統一型、星型和菊鏈型。 BMS總控模塊結構的核心為總控 MCU微控制單元，可以實現采集電池組電流的功能，接收電池狀態信息并針對具體的信息發出有效的指令，電池的測控的核心結構主要為測控 IC，主要用于采集單體的電池電壓，可以實現總控 MCU和其他測控 IC通道，根據總控的發出的指令來對電池的均衡性進行控制 [3]。

3.2 總控模塊硬件電路設計

在對總控模塊硬件電路進行設計時，應該遵循模塊化、集成化、簡單化、最優化和可靠性的原則，在 MCU的選型過程中，應該根據硬件電路的設計來進行選型，可以選擇 HCS08 系列嵌入式單片機 MC9S08DZ60，采用 8 位 40-MHz HCS08 中央處理器，最多可以進行 32個復位或者中斷源，在實際運行過程中，還可以支撐兩個超低消耗的停止模式，從而大大發揮節能的效果。在等待時，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，其還支持外部和內部的時鐘源，對系統具有強大的保護功能，如果時鐘信號出現丟失，還能夠尋回。不僅如此， MC9S08DZ60在工作過程中可以實現在線編程內存。為了使電路設計更加可靠，可以選擇降壓轉換器 TPS5420來提供穩定的電壓輸出 [4]。

3.3 電池測控模塊硬件設計

在電池測控模塊的硬件設計中，首先應該選取合適的電池檢測方案選型。電池檢測主要包括對運行過程中電流、電池的電壓以及溫度等狀態的數據和狀況進行的采集。電池組可以采用 96個電池通過串聯的方式組成，總電壓可以達到 320伏。在采集不同形式的狀態量時，對電壓的采集具有最大的難度，采集難度遠遠大于電流的采集和溫度的采集。因此，在進行電池檢測方案的選擇時，應該優先選擇電壓信息采集比較簡單的方案。電壓檢測方案主要包括基于精密電阻分壓的電壓檢測、基于（ PhotoMOS）光耦繼電器開關陣列的電壓檢測和基于專用集成芯片的電壓檢測，不同的電壓檢測方法具有自身獨特的特點，在實際選擇過程中，應該度不同方案的電路的復雜性、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行比較。相對而言，基于專用集成芯片的電壓檢測方案的運營更加廣泛，因為其可以精確的采集電壓，并且電路的復雜性較小。此外，還應該設計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字化溫度測量器件方式，在電池測控模塊 IC集成附加模擬輸入，實現對溫度的采集 [5]。

4 純電動城市微型物流車能源管理系統軟件設計

（1）軟件設計總體方案的確定：在純電動城市微型物流車能源管理系統軟件設計中，首先要設計軟件設計的總體方案，在硬件設計的基礎上，對電池信息進行分析處理，能源管理系統是通過 MC9S08DZ60的 C語言來實現的，軟件設計總體方案的確定應該包括電池均衡控制、電池狀態判斷和電池信息采集。（ 2）其次是實現電池信息采集，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，可以根據檢測到的電流的正負和大小來判斷電動汽車現在處于放空狀況、充電狀態還是空閑狀態。當電流值超過了設定的閾值，就會觸發過流報警系統，從而發出報警，避免電動汽車由于電流太大造成損壞。當采集電池電壓和溫度時，通過配置對 IC的 CELLSCANEN 寄存器掃描位進行測量來進行采集。在每一次采集溫度之前，都應該配置 ACQCFG 寄存器建立附加時間，電路在額外時間測量之前就能達到穩定狀況。（ 3）電池狀況判斷：電池的狀態判斷應該是為了檢測電池的電壓有沒有出現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，同時根據狀態信息作出及時有效的應對，從而有效減少異常情況對系統造成損壞 [6]。

5 結語

純電動城市微型物流車的動力系統設計應該要滿足動力系統的總體設計要求，動力系統總圖布置設計一般是在原有燃油微客車的基礎上進行改造，減少了改動，同時還能夠有效控制成本。對汽車能源管理系統的設計主要從硬件設計和軟件設計兩個方面進行，實現對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：

[1]蔣亞萍，李洲 .微型純電動掃路車動力系統的參數匹配設計 [J].建設機械技術與管理，2013，32（11）：85-86.

[2]周偉 .某微型純電動汽車動力系統匹配設計與性能研究 [D].湖南大學，2013.

[3]吳智勇 . 純電動物流車動力系統參數匹配與仿真分析 [J].時代汽車，2016，12（4）： 112-113.

[4]黃振邦 . 新型微型電動車底盤設計及操縱穩定性分析[D]. 武漢理工大學，2008.

[5]張建寶 . 輪轂電機驅動微型物流電動車的設計與研究[D]. 華北理工大學，2015.

[6]孫建強 . 純電動微型汽車動力系統設計研究[D]. 青島理工大學，2013.

作者簡介

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