采用低電壓大扭矩同軸電機(jī)動力系統(tǒng)的高可靠性電動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動車技術(shù)領(lǐng)域，尤其是屬于采用鋰電池組作為動力的純電動車領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]電動車使用高能量密度鋰離子電池作為動力源，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛相比，具有近似零排放，污染源在電廠端便于集中控制的優(yōu)點。
[0003]由于起步、爬坡等需要大扭矩輸出、高速下需要小扭矩、恒功率輸出的控制特性，傳統(tǒng)的純電動車為了兼顧低速和高速下不同的載荷需求，通常采用單一大功率高壓電機(jī)、單一電機(jī)驅(qū)動器、單一鋰離子電池組的系統(tǒng)控制方案，通常該電機(jī)驅(qū)動器也起到主控制器的作用，由于擔(dān)心低電壓、大電流帶來的發(fā)熱問題，因此常常采用高電壓、小電流的能源供給和控制方案，通常采用80-166串的鋰離子電池串聯(lián)后得到300-600V DC的直流高電壓、采用高電壓驅(qū)動的電機(jī)及其驅(qū)動器。這種系統(tǒng)在使用時存在以下不足之處:一、高電壓體系存在安全隱患，存在漏電觸人的安全隱患；二、單一大功率電機(jī)、單一電機(jī)驅(qū)動器、單一電池組，只要系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)出問題，就容易導(dǎo)致整車停駛的現(xiàn)實問題，因此對系統(tǒng)可靠性要求極高；三、高電壓對電力電子元器件的要求也較高，器件的成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有電動車設(shè)計和制造中存在的問題，本發(fā)明提出以下的一種高可靠性電動車及其動力系統(tǒng)產(chǎn)品和設(shè)計，該高可靠性電動車主要包括車體和低電壓大扭矩同軸電機(jī)動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)主要包括主控制器、通過一根動力輸出主軸單獨或并行出力的2-6套電機(jī)動力單兀；每套電機(jī)動力單兀主要包括三部分:共用一根動力輸出主軸的永磁無刷直流單體電機(jī)、相應(yīng)的單體電機(jī)驅(qū)動器、相應(yīng)的鋰離子電池組為該單體電機(jī)提供能源供給；其中的每個永磁無刷直流單體電機(jī)的額定功率介于5-25KW、額定電壓介于60-150V DC、額定轉(zhuǎn)速介于500-1500RPM ;每個永磁無刷直流單體電機(jī)主要包括:和其他單體電機(jī)共用的一根動力輸出主軸、固定在動力輸出主軸上的嵌入式永久磁鋼轉(zhuǎn)子、獨立的磁極位置傳感器、獨立的定子繞組、獨立的電機(jī)定子溫度檢測；該動力系統(tǒng)采用上下位機(jī)、集散型控制方式，主控制器作為上位機(jī)根據(jù)負(fù)載需求情況、以及每套電機(jī)動力單元的動力輸出能力綜合判斷后發(fā)指令控制作為下位機(jī)的電機(jī)驅(qū)動器，電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)置DSP、根據(jù)接收到的控制指令、通過開關(guān)電源調(diào)節(jié)輸出至單體電機(jī)的定子電流大小從而調(diào)節(jié)單體電機(jī)輸出合適的扭矩、通過調(diào)節(jié)單體電機(jī)的電樞電壓從而調(diào)整車輛需要的合適速度；在電動車起步、爬坡、加速等需要大扭矩輸出、單套電機(jī)動力單元的動力輸出能力不足時，主控制器安排多套電機(jī)動力單元在其動力輸出能力范圍內(nèi)共同出力；在單個電機(jī)動力單元的動力輸出能力可以滿足負(fù)載要求時，采用個別電機(jī)動力單元獨自出力、其余電機(jī)單元休息，或采用幾套電機(jī)動力單元交替分時工作、輪流出力的控制方案；當(dāng)主控制器檢測發(fā)現(xiàn)某電機(jī)動力單元達(dá)到以下三個保護(hù)條件任何之一時:該電機(jī)動力單元的電機(jī)定子溫度高于110°c、對應(yīng)的鋰離子電池組的溫度高于60°C、鋰離子電池組串聯(lián)中的個別單體電池的電壓在2.7V以下，立即停止該電機(jī)動力單元的動力輸出而切換使用其余具備動力輸出能力的電機(jī)動力單元單獨或組合輸出動力。
[0005]本發(fā)明采用多套鋰離子電池組分別給相應(yīng)的電機(jī)單元供電，消解了采用電池組端電壓指示電池電量存在的不準(zhǔn)確性、車輛停駛的尷尬問題，即使個別電池組不能繼續(xù)供電，本發(fā)明的多動力單元系統(tǒng)可以立即切換其余的電機(jī)動力單元繼續(xù)工作，本系統(tǒng)存在冗余和防錯功能，因此可以取消傳統(tǒng)的復(fù)雜的、昂貴的、也很難做準(zhǔn)確的傳統(tǒng)的積分型電量計，改為采用成本低的電池組的端電壓及電池組中單體電池的端電壓兩方面來綜合指示該電池組的持續(xù)放電能力。
[0006]為了防止定子的絕緣破環(huán)和轉(zhuǎn)子永久磁鋼因熱退磁，本發(fā)明采用的同軸電機(jī)采用外殼定子水冷夾套結(jié)構(gòu)，每個電機(jī)單元的定子設(shè)置溫度檢測和保護(hù)，在電機(jī)的定子溫度檢測一旦超過110°c就可以停止或降低該電機(jī)單元的功率輸出，對該電機(jī)單元實施降溫保護(hù)，改用其他電機(jī)單元工作，這樣可以提高整個同軸電機(jī)的可靠性和使用壽命。
[0007]由于同軸電機(jī)的多個電機(jī)單元的扭矩輸出可以疊加，各電機(jī)單元采用了強(qiáng)磁通量永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計、低速、大扭矩輸出的特殊設(shè)計，本發(fā)明的同軸電機(jī)的動力輸出主軸可以不用減速機(jī)而直接通過萬向節(jié)驅(qū)動車身的后橋或前橋，為防止軸向力的破環(huán)，本發(fā)明的同軸電機(jī)軸承采用并列對置的角接觸球軸承、或并列對置的圓錐滾子軸承，
[0008]與傳統(tǒng)的300V以上的高電壓體系電機(jī)相比，考慮到150V以下的低電壓系統(tǒng)相對安全，本發(fā)明的各電機(jī)動力單元的鋰離子電池組的串聯(lián)總數(shù)可以小于等于36串；每套電機(jī)動力單元配備的鋰離子電池組均配備電池管理系統(tǒng)BMS，運行時BMS將電池組內(nèi)的各單體電池的端電壓和電池組的溫度測試結(jié)果實時報告給主控制器，在電池組因為溫度過高或個別單體電池的放電電壓低到2.7V的保護(hù)電壓時，本發(fā)明的動力系統(tǒng)可以啟動電池組保護(hù)機(jī)制，停止該套動力單元的輸出，改為切換別的具備輸出能力的動力單元工作。
[0009]由于采用低電壓大扭矩同軸電機(jī)動力系統(tǒng)的并聯(lián)出力技術(shù)方案，因此單體電機(jī)的功率可以不用設(shè)計得很大，可以將單體電機(jī)的額定功率設(shè)計在可以滿足車輛15公里/小時以上高速時不需要大扭矩、而需要恒速、小功率輸出的工作條件，因此本發(fā)明為了兼顧輸出功率(扭矩*轉(zhuǎn)速)、鋰電池組的輸入功率(供電電壓*電流)大小，本發(fā)明的同軸電機(jī)中采用的永磁無刷直流單體電機(jī)的額定功率控制在介于5-25KW、更優(yōu)選控制在
7.5-15kw，額定電壓控制在介于60-150V DC、更優(yōu)選控制在100-150V DC，額定轉(zhuǎn)速控制在介于500-1500RPM，更優(yōu)選控制在750-10