电动车控制器介绍（通用8篇）
1.电动车控制器介绍 篇一
比亚迪双模电动车和纯电动车介绍
主持人：谢谢。我们下面一位演讲者是李竺杭先生。他是比亚迪海外事务部总经理李竺杭先生。李先生1998年加入比亚迪，在比亚迪欧洲做销售经理，到了2006年升任现在的职务。
李竺杭：女士们，先生们，早上好！
感谢大家给我这个机会跟在座的朋友交流。从这张幻灯片，你可以看到，我今天是介绍产品。给大家举几个例子，介绍一下我们付出了哪些努力。当然也要介绍一下我们遇到的一些难题。
我要介绍两个系统：电动车和纯电动车。
我觉得我不需要花太多时间讲，我们今天的世界面临多严重的能源紧缺，二氧化碳排了多少，空气污染的情况有多严重，大家都知道。这个部分我就跳过去，直接上来讲我们的产品。
我想给大家回答前面三个问题的答案，就是电动车。
在上海这次车展，我们就展现了我们三个电动车的车型，一个是纯的，两个不是纯的。我们在车展上向大家证明，我们的想法是可行的。我觉得最近的公众，我们专业人士、政府官员对电动车都比较着迷，把它当成是一个未来趋势。尤其是你想这次车展跟08年相比发生了很大的变化。好多汽车厂商介绍了他们电动车的概念，08年人们就介绍了电动车的概念，但是到09年人们对电动车的态度更严重、认真了。这说明电动车一定是非常有前景的，可能替代现有的柴油或者汽油动力传动的技术。我觉得它是不是一个“金蛋”呢？是“金蛋”。电动车应该比我们想象的快一点的速度在市场上普及，得到市场的青睐。有人说2030年能够完全商业化，人们都知道电动车现在发展中遇到了一些问题，包括技术问题，等等。我觉得主要还是电池的问题，你看一下电动车电池历史就100年，人们开始生产电动车有100年的工夫了，但是商业化的角度来说一直有障碍，关键就是电池技术没有突破。
电动车有明显的优势，首先环保，另外使用起来经济实惠，用电动车比较便宜。拥有电动车要比柴油或者汽油发动机的车好很多。未来纯电动车整个车的系统非常简单，要比现在的车等等角度来说更简单，它的耐用性更强。从动力传动来说就是一个自动的变速。就是有电池，有一个动力传动单位，有一个马达，OK了，就这些。所以非常简单，整个车的构造会非常简单。现在关键是电池没有问题，所以我想花点时间跟大家讲点电池技术。
我想给大家讲讲我们对于电动车电池的看法。看看近期应该怎么发展，电池的核心技术，在比亚迪我们开发了几款电池。第一阶段化学电池，我们搞了铁电池。为什么呢？因为今天在市场上有很多生产企业想在我们行业中推广不同的观点，不同的技术，提出了不同的解决方案，给电池。有好多。但是我觉得对电池来说最重要的是安全性，安全应该是第一位的。因为和汽油动力传动相比来说，电池必须得安全，否则容易伤人的。所以安
全太重要的。就像手机、电脑都在乎电池的安全性，每年都会有一些召回，手机、电脑由于电池引起的安全威胁。小电池有容易产生这么大的问题，你要在一个车里放这么大一堆电池，风险太大了。电池没搞好的话，危险大了。这就是为什么今天我怎么强调电池的安全性都不为过的原因。
第二个特点就是经济实惠，要人们买得起，成本要有优势。成本目前是我们要普及电动车重要的障碍。现在价格冲破天花板，老百姓买不起，只有名人买得起，这是不行的，我们不希望我们的东西只卖给名人。这种电池应该是性能好，成本实惠，人们买得起才行。
第三个特点就是寿命要长，耐用性要强。很多公司在推自己的解决方案，比如说经常更换，标准化的电池堆。但是由于过去电池的寿命是比较短的，所以要经常更换，或者频繁地充电。而且充电时间太长也不行。那怎么办呢？必须提高电池的寿命，要让它有充电的多次性，而且有快冲的能力。只有这样才能让我们统一电池的标准。这也非常的关键。
还有就是环保，这个不用说了，咱们说推广电池车目的就是要对环保有利。因此电池生产本身也应该是绿色、环保的。包括回收等环节都要安排好，要对环保有利。这些是我们在开发电池的时候必须考量的几个标准。我们在设计电动车的时候就要考虑这几个方面。
具体来说高安全度。铁电池用于电动车的话，我们进行了一些标准测试，甚至非常高难度的测试，让人们明白了，我们有非常严格的内部标准，在电池挑选方面，在电池测试方面，我们的标准要比行业标准高。我觉得很少有人能达到电池这么高的安全水平，比亚迪做得很好。关键我们不想以后发生意外事故，像电池爆炸。那个时候整个行业都得跟着一起崩溃。就是不能起火，不能爆炸，尤其是爆炸，爆炸太恐怖了。比如说我们对电池进行点火测试，这种测试应该是最严格的，除此以外标准化测试还包括碰撞，被东西刺破，拿一个金属物刺透它，短路测试、放电测试，还有充电过渡的测试，摔在地上的测试、冲撞测试等等，这些都是最严格的测试标准。即使在非常节能的情况下，也不能让电池失灵或者发生安全。任何情况下电池都不能着火，安全性是非常重要的。
其实很多人还不太理解，觉得用电池挺安全的，不是这么回事。我想这都是一些潜在风险，是我们这个行业必须解决的问题。我们的解决方案是什么呢？我们要证明我们的电池安全，在撞车实验中要比烧汽油的车安全才行。
再从经济性角度说。现在即使在生活各个领域里，用铁的电池非常多，它是不昂贵的电池生产材料。它和传统的锂离子电池来说有它的经济实用性。但是它目前的量不多，以后如果电动车使用这种电池的话，就比较困难了。这种资源是有限的。
铁电池、锂离子电池，目前主要是北美供应的，未来的锂、铁主要储备还是比较多的，成本比较好控制。另外我们生产工艺也会得到改进，降低成本。所以我们还是很看好铁电池的，将使得我们的电动车变得大家可以买得起。
再来说说电池的寿命问题。从电池寿命来说，2000次电池是80%的冲满电的容量，不是说不能用了，只不过是性能退步了。这相当于开3000公里，以后能开50
万公里，我们要保证我们的电池要开50万公里，一个电池的寿命应该可以开这些。
从环保来说，这个电池堆的材料本身不应该是含有毒性的，不应该是污染的，而且是可回收的。在电池寿命结束，这个电池可以回收。可以把所有电池材料回收回来，锂等材料循环利用，用于下面的电池生产，等等。如果能做到这一点的话，那就太完美了，要比其它电池整个使用寿命管理要更合理。
我们讲了一些有关产品的东西，讲了近期的一些活动，我们将推进“双模式”的车。就是增层式的电动车和混合燃料车。从中期来看我们主要推那种电池堆加上电动马达。当车速快的非常高的情况下我们需要引擎发挥作用。我们在07、08年的时候推出三款双模式的车。这里没有全部的图，双模式的车可以跑100公里，冲满电以后。如果是市区的话一般来说可以靠电池开60—70公里，一般来讲出行或者上班的上班族，也就是开60公里左右。而充电也比较简单，不需要非常复杂的充电设备。在家里或者在停车场都可以充电。当然充电也是大家比较关心的话题了，一个是便利性，还有一个是成本。
究竟是鸡生蛋还是蛋生鸡，大家可能有所困惑，先要有充电设施再推电动车，而是先推电动车，再进行充电设施。这的确很困惑。短期是双模式车有一定发展，随着充电设施的发展，也会带动纯电动车的发展，可以为它铺下坚实的基础。对于我们来说目前推双模式只是短期目标，中长期目标仍旧要推纯电动。不管在产学研还是从政府的角度上来说，对于纯电动车的需求还是非常大的，这主要是能源问题和排放问题，现在让大家都绷紧了神经。我们认真研究之后，对于纯电动车还是报有很大的期望。
这里边略微介绍一下双模式的概念。可以在家里充电，目前在以色列有一家公司已经建设了800个充电站。你从这里可以看出一个国家，或者对于投资者来说其实也是有相当大的热情去推动混合动力车，或者是纯电动车。如果在市场导入期有比较大力的支持，市场的发展速度则会加快。
在这方面我想谈谈创投所扮演的角色，特别是在充电站的建设上，已经有越来越多的风险投资公司开始介入。其实在充电站的建设上比加油站的建设简单一些，因为电到底还是比较容易从电网取电的。所以理论上来说充电站的建设会来的方便，创投投入的成功率也会更高一些。
这张图比较的是美国、欧洲以及中国，每天开车的驾驶里程，从中可以看到90%—95%的开车族，每天也就是100公里左右。因此这意味着如果是市区驾驶行为的话，则完全电动就可以实现了。而且在瑞典，已经有很多加热站，也就是说电动车确实是制热的话，耗电比较厉害，瑞典有一些加热站为电动车提供热源。这样的思路我觉得是相当可行的，应该说在短期就可以在其他地区推广。当然这也需要政府能够提供优惠的政策，在欧盟，有一些政府对于电动车不收税，或者VAT不收，这样优惠的政策可以更快的推广电动车或者混合动力车，能够使得纯电动车以后能够更快的实行量产。
这是我们的E6车型，今年年底前将会投产。我们在动力系统上既可以实现两轮驱动，或者四轮驱动，电机的功率是150千瓦，扭矩是150公里，这是非常好的扭矩水平了。设航里程在市区的路况是500公里，如果理想的话400公里。一般讲到电动车，大家都会想到非常小型的。我们的思路不一样，电动车也可以是高性能车，跟载货比较大的车
型，都可能是相似的。
从能源消耗角度上来说，我们匡算的是每百公里就是16—20度电。电源可以来自不同的电源，包括核能或者风能。而且大家也可以充分地去用峰谷记价的机制，使得成本进一步下降。在充电上可以通过峰谷错开方式减少使用成本。这显然对于整个社会来说都是很有帮助的。因为可以在用电上实现白天和夜间的平衡，也可以使得整体能源的使用更为高效。如果以后路上跑的电动车越来越多，这时候电网上的电利用率会大大提高，特别是夜间利用率大大提高。在欧洲甚至有一些电网，晚上如果用电的话，不收费。所以显然在用电效率方面电动车也是一个积极的角色。
现在介绍一下充电桩的设计，对于我们的双模车来说你可以在家里头充电，7小时充满，如果快冲的话，则必须使用充电桩。它其实也是一种商业模式，可以通过计费的方式提服务，既可以在停车场，也可以在公共场所提供充电服务，这样的服务定位比较容易实现。只需要和政府达成一致，同时获得一定的资金，就可以开展充电服务。对于纯电动车来说必须要推快冲，因为如果充电时间过长的话，也是一种损失。像以色列的公司，他们甚至推出了更换电池组的快速服务，不需要充电，他立刻给你换电池组。当然这样的方式也有局限。我们还是推固定电池组加充电桩的匹配。充电桩如果效率高的话，大约10分钟就能够达到50%—80%充满的状态。对于一般的用户来说，这样的速度完全是可以接受的。
我们在深圳有实地建设的充电桩，整体的建设成本不高。总而言之充电设施的建设非常重要，我们给市场能够提供整体的解决方案，既有电池组的技术，也有充电技术，可以为实现提供一揽子的解决方案。而且我觉得我们现在已经万事俱备了。
刚才说了充电站，这就是深圳我们自己厂区的充电站。刚才我介绍了一下公司的产品，并不是说要推广我们产品本身，而是为了展示BYD在电动车方面的技术储备。在市场上已经有了一些电动车，而我也非常希望整个产业界能够不断地推电动车，这样的话才能够做大做强。谢谢各位。
2.电动车控制器介绍 篇二
调节阀由执行机构和阀体部件两部分组成其中执行机构是调节阀的推动装置它按信号的大小产生相应的推力使阀杆产生相应的位移从而带动调节阀的阀芯动作。阀体部件是调节阀的调解部分它直接与介质接触, 由阀芯的动作, 改变调节阀节流面积, 达到调节的目的。长输管线一般全程采用电动控制阀门, 执行机构多数为罗托克IQ系列。阀体部件为平板闸阀。IQ系列执行器是世界上首家推出的无需打开电气端盖即可进行调试和查询的执行器.之所以选择电动执行机构是因为它具有能源取用方便, 动作灵敏, 信号传输速度快的优点, 适合于远距离的信号传送, 便于与电子计算机配合使用。缺点是电动执行器一般不适用于防火防爆的场合, 而且结构复杂, 价格贵。下图为罗托克电动执行机构的正面图示。
1.1 罗托克 (rotork) 电动执行机构的介绍
当阀门调试完成后, 在线就地控制时只需要将状态旋钮的就地模式旋转至指针处, 然后用控制旋钮来控制开阀和关阀。即执行机构供电正常就能够实现就地操作。如果需要远程操作和控制, 需将控制电缆接入指定的端子, 然后将状态旋钮的远传模式旋转至指针处。可实现两位式极限控制和跟踪调节控制。如果使用手轮操作时我们可将状态旋钮, 放置在STOP位置, 然后将手动切换杆向下压, 同时旋转手轮即可实现手轮操作, 当再次使用电动操作时, 手动切换杆将自行弹开。
1.2 调试说明
罗托克电动执行机构可用红外线设定器实现力矩, 限位以及其它功能的设定与调整。设定器经本安认证, 可在危险区域内带电调整。所有调整的功能均存入执行器内的不可擦写的存储器内.可以使用户通过执行器的显示窗查看所有的功能.如果需要还可以改变.从而满足操作者的需求。
2 故障及处理
当阀门运行一段时间后, 我们发现阀门有介质渗漏的现象, 并且泄漏的介质从阀门顶部的防尘帽处渗出, 于是在处理完残油以后用手轮将执行机构和阀体脱开进行填料的更换工作, 之后泄露现象消除。
2.1 故障及隐患分析
正常介质外漏位置应该在填料压盖处如下图中所示位置, 但为什么此次没有出现在正常的位置呢?
该阀的结构如上图所示, 填料压盖并不像正常的调节阀那样有单独的压紧机构, 而是依靠阀杆护管和阀体连接在一起压紧的。并且连接处没有导向凸台和凹槽, 是通过阀杆护管和阀体的两个平面相互压紧来进行密封。而PVC防尘罩是通过螺纹连接拧入传动机构的。在这两处的连接上没有与大气的联通口, 因此当介质发生泄漏时被密封在这个空间里。一旦发生泄漏, 在初期很难被发现, 只有在整个容腔内充满介质并形成一定的压力后, 才会从防尘罩与传动机构的连接处或阀杆护管与阀体的连接处渗出。而防尘罩的材质是PVC, 靠螺纹连接拧入传动机构上部, 承受的压力是有限的。一旦达到耐压极限, 就会将防尘罩瞬间崩出, 致使管道内介质带压喷出。会对设备、人身的安全造成很大威胁, 而且还存在着极大的火灾爆炸隐患。
3 处理意见
我根据以上的分析提出以下改进意见:
暂时在防尘罩的根部或者在阀杆护管的根部钻2~3个φ6的孔, 使原有封闭的容腔与大气连通, 这样当出现填料泄漏时, 介质就会从孔中漏出, 在巡检过程中及时发现。
一般调节阀的结构是填料压盖应暴露在容易观察的位置。当填料发生外漏的时候可以很快被发现, 而且便于在现场进行检修, 所以我建议将原有执行机构的套筒连接改为框架支架连接。后来车间采纳了我的意见将所有的这种带套筒连接的全部改为框架支架连接, 从那以后再也没有发生过类似的情况。
4 结语
执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号, 以其在工艺管路的位置和特性, 调节工艺介质的流量, 从而将被工艺介质控制在生产过程所要求的范围内。
摘要：本文结合工作实际主要介绍了罗托克电动执行机构在长输管线中的应用及阀体的故障分析与处理。
关键词：调节阀,电动执行机构,阀体,填料
参考文献
3.电动车控制器介绍 篇三
作者简介：刘 杰（1988—），男，湖北公安人，助理实验师,学士，研究方向：汽车电子技术。
文章编号：1003-6199(2014)02-0081-04
摘 要：他励直流电动机驱动系统结构简单、性能可靠、成本低，适合在小型电动车上运行，有效的降低了电动汽车的价格，有利于电动汽车的普及。本文在分析电动车用他励直流电机工作原理的基础上，论述电机驱动系统的整体方案，并设计3KW/36V他励有刷直流电机控制器。该控制器主要通过TL494控制，包括36V铅酸蓄电池欠压保护，控制器的过热保护等功能。经实验证实该控制器达到设计指标，工作稳定可靠，满足电动车的各种运行情况，保护功能完善并具有能量回馈等功能。
关键词：直流电机；电动车；控制器；TL494
中图分类号：TM921.5文献标识码：A
A Electric Vehicle Motor Controller Based on TL494
LIU Jie, MEI Jianwei
(Hubei University of Automobile Technology School of Electrical & Information Engineering , Shiyan,Hubei 442002,China)
Abstract:The separately excited DC motor drive system is suitable for operating on the small electric vehicle. As it has simple structure, reliable performance and low cost, which is actually reducing the price of electrombile, is conducive to the popularity of electric cars. This paper discusses the motor drive system of the overall program, which is based on the theory of electric vehicles excited DC motor working, and is designed the 3KW/36V excited brushed DC motor controller. The controller is managed by TL494, it possesses the 36V of leadacid batteries undervoltage protection, and controller overheating protection, etc. The experiments confirm that the system can achieve design specification, working stable and reliable, satisfy a variety of the electric vehicles operating conditions, it will protect motors function and have energy feedback, other functions and so on.
Key words:direct current motor；controller；electric vehicle；TL494
1 引 言
面对内燃机车的废气污染和能源枯竭，电动汽车现在逐步走进了人们的生活。世界各大汽车生产厂家，都在大力研发电动汽车控制技术，并在最近的车展上纷纷推出了电动汽车。电机控制器是电动车控制系统中最关键的部分，它的发展对电动汽车的普及及推广有着深远的影响。现在主流的电动车控制器主要由电力电子器件构成，其中电机控制器直接充当了心脏的角色［1-2］。
2 电动车电机控制器的原理
本文中电动汽车采用他励直流有刷电机，动力电池采用6节铅酸蓄电池串联，每块电池额定电压6V，总额定输出电压为36V。他励直流电动机的额定电压为36V，额定功率为3kW，输出额定转矩为10.84Nm，额定转速为2600r/min，励磁电流为10A，最大负载电流为110A。
本控制器的设计方案中，电枢控制部分采用两象限型直流斩波PWM系统，励磁控制部分采用双极式可逆直流斩波PWM系统［3］。控制器选用TL494芯片，其具有结构简单、功能可靠、价格低廉、稳定性好等优点。TL494内置有5V±5%的基准电源、两路误差放大器、PWM产生比较器以及死区时间可调控制等［4］。
2.1 两象限型直流斩波PWM系统
两象限型直流斩波器原理图如图1所示，采用半桥结构，电机中流过的电流Ia可正可负，开关管S2只在制动时起作用，系统能工作在2个象限。
计算技术与自动化2014年6月
第33卷第2期刘 杰等：一种基于TL494芯片的电动车电机控制器
该控制方案虽然只能使电机工作在第一、第二象限，但是具有能量回馈制动功能，而且控制方便，使用的电子元器件较少，有利于减小控制器的体积，且系统的可靠性较高，方案的成本低［5-6］。
图1 两象限型直流斩波器电路原理图
2.2 双极式可逆直流斩波PWM系统
双极式可逆直流斩波器原理图如图2所示。这种直流斩波器可以使电动机在四象限运行，即电枢电压Va和电流Ia既可以为正，也可以为负。
图2 四象限型直流斩波器驱动原理图
该控制方案能够使电机在四个象限运行，电路和控制不复杂，电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；低速时，每个功率开关管的驱动脉冲仍较宽，有利于保证功率开关管的可靠导通。他励直流电机的励磁回路中通过电流不大，励磁回路不用经常切换，只需让其工作在一、三象限［7-8］。
2.3 他励直流有刷电机控制器的总体方案
控制器最终方案中电枢回路采用两象限型直流斩波器，励磁回路采用四象限的直流斩波器。由于电动车必须要能够在多种路面和多种天气（高温、低温）下使用，控制器必须具有一定的抗震性、防水性，抗电磁干扰能力等。为了适应本控制器的恶劣使用环境，本控制系统中采用了纯硬件设计。 他励直流有刷电机控制器总体方案框图如图3所示［9］。
图3 电机控制器总体方案原理框图
为了提高控制器的稳定性，添加了部分保护功能，如：过热保护、励磁检测保护、过流保护、电池欠压保护、防反接保护等。本设计方案采用了两片TL494作为整个系统的核心控制器，一片TL494专门用来控制励磁部分。
控制器励磁部分的TL494构成的小系统，在电动车上电后开始工作，使电动车在运行期间励磁信号不缺失，有效保护电机。在采集前进和后退选择按钮信号后，选择励磁回路中励磁电流的流向，控制电动车的运行方向。控制器电枢控制部分采用另一片TL494控制，该系统采集油门踏板信号，来改变TL494输出PWM波的占空比进行调速。通过检测励磁回路中电流信号，确认励磁电流正常后启动电枢回路。通过检测电枢回路电路信号，发现电机堵转时及时关闭TL494脉冲输出，防止电流过大烧坏功率器件和电机［10］。
3 硬件设计
3.1 TL494外围电路设计
PWM调节由TL494CN芯片实现，其电路原理图如图4所示，主要功率器件采用多个MOSFET并联和多个二极管并联的方式。为实现直流有刷电动机的平滑调速，将TL494的13号引脚接地，使TL494工作在单端输出方式，实现PWM占空比从0到96%连续可调。
图4 TL494外围电路图
为了增大TL494的输出驱动电流，提高驱动能力，并保护TL494的输出端（9号和10号引脚），通过两个高速二极管并联输出的方式，输出最大500mA的电流，很大程度的提高了输出的驱动能力。并在输出端单独采用达林顿管推挽输出，来驱动电枢回路中多个并联的MOSFET［4］，多个MOSFET并联时需要注意均流和散热。
3.2 过热保护
过热保护电路的核心元件主要是65°C常开温控开关R40和高速运放LM358，通过改变运放反向输入端电压，使运放输出高低电平，来控制TL494的死区。过热保护电路图如图5所示。
图5 过热保护电路
R40的一端接地，另一端介入R5和R6之间，整个电路构成一个差分式的运算放大电路。当温度超过65°C，温控开关闭合时，运放LM358输出为高电平（大于3.3V），TL494的死区电压大于3.3V时，输出的PWM波的占空比降为0，输出为低电平，使开关管不导通，切断电机的供电。
而当控制器正常工作时，散热器的温度不会超过65°C，温控开关会一直处于断开状态，此时的TL494死区端电压为120mV的偏置电压，输出的PWM占空比受到TL494运放的输出电压控制。
3.3 电池欠压保护
电动车的供电由铅酸蓄电池提供给，电池容量有限，电量不足时要及时充电，为了防止电动车电池的过渡放电，保护电池，提高电池的使用寿命，应该设置电池的欠压保护，电池欠压保护电路图如图6所示。
当电机堵转时，蓄电池输出电流迅速增大，此时电池不能够提供这么大的功率，会导致电池电压的急剧下降。根据电池的特性，36V的铅酸蓄电池，电池在正常工作时，输出电压不会低于30V。设置电池的最低保护电压为30V，这样可以保护电池并防止电机堵转。 电池的欠压保护采用LM393电压比较器来实现，将36V的蓄电池电压经过分压后与参考电压比较，当电池的电压低于30V时，LM393的反向输入端电压低于同相输入端电压，输出为高电平，使TL494的死区电压达到最大值，关断TL494的脉冲输出，使电机停止运转。
图6 电池欠压保护电路
4 总 结
通过长期的实验运行和装车试验，证实本文设计的电动车电机驱动系统，能量损耗小、使用范围广、满足电动车的实际需要。通过对电动机励磁和电枢的调节可以实现他励直流有刷电动机的运行调速、正反转和能量回馈。并在设计中预留了多路信号通信接口，将各关键状态信号输入车载ECU中，方便整车的协调和升级。
参考文献
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［7］ 陈正华. 直流牵引斩波器及其控制系统的开发［D］. 大连: 大连交通大学，2005.
［8］ 王春芳，黄蔚，罗培文，等. 直流电动机的调速研究［J］. 科技广场，2012,（9）：112-114.
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3 硬件设计
3.1 TL494外围电路设计
PWM调节由TL494CN芯片实现，其电路原理图如图4所示，主要功率器件采用多个MOSFET并联和多个二极管并联的方式。为实现直流有刷电动机的平滑调速，将TL494的13号引脚接地，使TL494工作在单端输出方式，实现PWM占空比从0到96%连续可调。
图4 TL494外围电路图
为了增大TL494的输出驱动电流，提高驱动能力，并保护TL494的输出端（9号和10号引脚），通过两个高速二极管并联输出的方式，输出最大500mA的电流，很大程度的提高了输出的驱动能力。并在输出端单独采用达林顿管推挽输出，来驱动电枢回路中多个并联的MOSFET［4］，多个MOSFET并联时需要注意均流和散热。
3.2 过热保护
过热保护电路的核心元件主要是65°C常开温控开关R40和高速运放LM358，通过改变运放反向输入端电压，使运放输出高低电平，来控制TL494的死区。过热保护电路图如图5所示。
图5 过热保护电路
R40的一端接地，另一端介入R5和R6之间，整个电路构成一个差分式的运算放大电路。当温度超过65°C，温控开关闭合时，运放LM358输出为高电平（大于3.3V），TL494的死区电压大于3.3V时，输出的PWM波的占空比降为0，输出为低电平，使开关管不导通，切断电机的供电。
而当控制器正常工作时，散热器的温度不会超过65°C，温控开关会一直处于断开状态，此时的TL494死区端电压为120mV的偏置电压，输出的PWM占空比受到TL494运放的输出电压控制。
3.3 电池欠压保护
电动车的供电由铅酸蓄电池提供给，电池容量有限，电量不足时要及时充电，为了防止电动车电池的过渡放电，保护电池，提高电池的使用寿命，应该设置电池的欠压保护，电池欠压保护电路图如图6所示。
当电机堵转时，蓄电池输出电流迅速增大，此时电池不能够提供这么大的功率，会导致电池电压的急剧下降。根据电池的特性，36V的铅酸蓄电池，电池在正常工作时，输出电压不会低于30V。设置电池的最低保护电压为30V，这样可以保护电池并防止电机堵转。 电池的欠压保护采用LM393电压比较器来实现，将36V的蓄电池电压经过分压后与参考电压比较，当电池的电压低于30V时，LM393的反向输入端电压低于同相输入端电压，输出为高电平，使TL494的死区电压达到最大值，关断TL494的脉冲输出，使电机停止运转。
图6 电池欠压保护电路
4 总 结
通过长期的实验运行和装车试验，证实本文设计的电动车电机驱动系统，能量损耗小、使用范围广、满足电动车的实际需要。通过对电动机励磁和电枢的调节可以实现他励直流有刷电动机的运行调速、正反转和能量回馈。并在设计中预留了多路信号通信接口，将各关键状态信号输入车载ECU中，方便整车的协调和升级。
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［9］ 张智先，姚永刚. 电机与控制技术［M］. 北京: 中国铁道出版社，2010.
［10］陈贤明，吕宏水，王伟，等. 直流电动机脉宽调速的单周期控制［J］. 电气传动自动化，2009，31（4）：12-17.
3 硬件设计
3.1 TL494外围电路设计
PWM调节由TL494CN芯片实现，其电路原理图如图4所示，主要功率器件采用多个MOSFET并联和多个二极管并联的方式。为实现直流有刷电动机的平滑调速，将TL494的13号引脚接地，使TL494工作在单端输出方式，实现PWM占空比从0到96%连续可调。
图4 TL494外围电路图
为了增大TL494的输出驱动电流，提高驱动能力，并保护TL494的输出端（9号和10号引脚），通过两个高速二极管并联输出的方式，输出最大500mA的电流，很大程度的提高了输出的驱动能力。并在输出端单独采用达林顿管推挽输出，来驱动电枢回路中多个并联的MOSFET［4］，多个MOSFET并联时需要注意均流和散热。
3.2 过热保护
过热保护电路的核心元件主要是65°C常开温控开关R40和高速运放LM358，通过改变运放反向输入端电压，使运放输出高低电平，来控制TL494的死区。过热保护电路图如图5所示。
图5 过热保护电路
R40的一端接地，另一端介入R5和R6之间，整个电路构成一个差分式的运算放大电路。当温度超过65°C，温控开关闭合时，运放LM358输出为高电平（大于3.3V），TL494的死区电压大于3.3V时，输出的PWM波的占空比降为0，输出为低电平，使开关管不导通，切断电机的供电。
而当控制器正常工作时，散热器的温度不会超过65°C，温控开关会一直处于断开状态，此时的TL494死区端电压为120mV的偏置电压，输出的PWM占空比受到TL494运放的输出电压控制。
3.3 电池欠压保护
电动车的供电由铅酸蓄电池提供给，电池容量有限，电量不足时要及时充电，为了防止电动车电池的过渡放电，保护电池，提高电池的使用寿命，应该设置电池的欠压保护，电池欠压保护电路图如图6所示。
当电机堵转时，蓄电池输出电流迅速增大，此时电池不能够提供这么大的功率，会导致电池电压的急剧下降。根据电池的特性，36V的铅酸蓄电池，电池在正常工作时，输出电压不会低于30V。设置电池的最低保护电压为30V，这样可以保护电池并防止电机堵转。 电池的欠压保护采用LM393电压比较器来实现，将36V的蓄电池电压经过分压后与参考电压比较，当电池的电压低于30V时，LM393的反向输入端电压低于同相输入端电压，输出为高电平，使TL494的死区电压达到最大值，关断TL494的脉冲输出，使电机停止运转。
图6 电池欠压保护电路
4 总 结
通过长期的实验运行和装车试验，证实本文设计的电动车电机驱动系统，能量损耗小、使用范围广、满足电动车的实际需要。通过对电动机励磁和电枢的调节可以实现他励直流有刷电动机的运行调速、正反转和能量回馈。并在设计中预留了多路信号通信接口，将各关键状态信号输入车载ECU中，方便整车的协调和升级。
参考文献
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［9］ 张智先，姚永刚. 电机与控制技术［M］. 北京: 中国铁道出版社，2010.
4.中国标准动车组介绍材料 篇四
技术创新
中国标准动车组的设计研制，遵循了安全可靠、简统化、系列化、经济性、节能环保等原则，在方便运用、环保、节能、降低全寿命周期成本、进一步提高安全冗余等方面加大了创新力度，具有创新性、安全性、智能化、人性化、经济性等特点，实现高速动车组技术全面自主化，动车组整体性能及车体、转向架、牵引、制动、网络等关键系统技术达到国际先进水平。
标准创新。中国标准动车组采用的标准涵盖了动车组基础通用、车体、走行装置、司机室布置及设备、牵引电气、制动及供风、列车网络标准、运用维修等10多个方面。大量采用中国国家标准、行业标准、中国铁路总公司企业标准等技术标准，同时采用了一批国际标准和国外先进标准，使中国标准动车组具有良好的兼容性能。中国标准动车组研制过程中，在运用安全、节能环保、降低全寿命周期成本、特别是进一步提高安全冗余等方面加大了科技创新力度。
为了确保运行安全，中国标准动车组进一步增加了主动安全与被动安全措施：一是列车设计严格遵循安全标准，包括防火、防碰撞、动力学等方面，提高列车可靠性，具备失稳检测、烟火报警、轴温监控、受电弓视频监视等安全防护功能，安全防护设计更为完善。二是按照“故障导向安全”的原则，优化了智能化感知系统，能全面监测列车运行状况，实时感知列车状态。列车出现异常时，可自动报警或预警，并能根据安全需求自动采取限速或停车措施。
为改善旅客乘车体验，中国标准动车组充分体现了人性化设计理念，进一步优化了旅客界面与司乘界面，在乘车空间、空调系统、行李架设置、车厢照明、无障碍设施等方面做了改善。车厢内二等座椅间距统一加大到1020mm、一等座椅间距统一加大到1160mm，设置不间断的旅客用220V电源插座。
为适应节能环保要求，中国标准动车组整车采用全新低阻力流线型头型设计和车体平顺化设计，降低气动阻力，减少持续运行能量消耗，并统一零部件技术标准，实现各型号动车组相同零部件的互换使用，有效降低运用、检修等寿命周期成本
研制目的
一是科研创新、技术攻关的需要。加强高速铁路关键技术的科学研究和技术攻关，使中国高铁技术保持世界领先水平。
二是统一标准，降低成本的需要。针对不同型号的动车组，建立统一的技术标准体系，实现动车组在服务功能、运用维护上的统一，提高效率，降低成本。
三是适应环境，全面兼容的需要。适应不同地质条件和运用环境的需要，实现动车组技术的兼容性。这也是中国标准动车组世界上独有的核心竞争优势。
实验验证
2012年开始，在中国铁路总公司主导下，集合国内有关企业、高校科研单位等优势力量，开展了中国标准动车组研制工作，2013年12月完成总体技术条件制定，2014年9月完成方案设计，2015年6月完成两列动车组组装、调试并下线。
中国标准动车组2015年6月1日下线，2015年7月，在中国铁道科学研究院环行试验基地，开展时速160公里及以下型式试验。同年9月至2016年5月，在大同至西安高铁原平至太原高速综合试验段，开展型式试验和运用考核。今年5月，在郑徐高铁开展运用考核。7月，两列中国标准动车组在郑徐高铁从时速200公里逐级提速至时速420公里，并完成高速重联和交会试验。
5.详细介绍各种偏心电动蝶阀知识 篇五
麦克森阀门有着36年的阀门生成制造经验，在电动蝶阀的生产上有着与同行业更加专业与最先进的生产技术，成为了国内的知名阀门生成厂家，值得您信赖的阀门厂家。
本公司有着多年的在偏心蝶阀的生产技术，今笔者就来详细的介绍偏心电动蝶阀的知识：
偏心电动蝶阀分为单偏心蝶阀、双偏心蝶阀、三偏心蝶阀、变偏心蝶阀。偏心与同心是一个相反的概念，阀杆轴心同时偏离碟片中心及本体中心，且密封副为斜椎的蝶阀成为偏心蝶阀。
单偏心蝶阀：由于蝶阀存在着蝶阀与阀座之间的挤压，而单偏心蝶阀就能够才能够根本上解决此问题的，在结构上阀杆偏离了碟板的中心，从而这样就解决了这个问题。
双偏心蝶阀：这个是在单偏心的原理下经过创新设计出，更加符合市场的蝶阀，主要原理与特征为：阀杆偏离中心，阀门在工作时，蝶阀脱离阀座，消除不必要的摩擦与挤压，减少对阀门的磨损与阻力，减少消耗，增加寿命。
三偏心蝶阀：三偏心蝶阀是对蝶阀的综合性能的提升的一个优良的蝶阀，比如您在高温下使用，可以用耐高温的硬密封阀，泄漏量大些，如果想0泄漏就要采用软密封的，这样就不能在高温下工作，所以研发了此产品。三偏心蝶阀就可以从根本上解决一些不足的问题，从综合上对阀门的升级。
变偏心蝶阀：在结构上采用了三段轴式结构，三段轴式阀杆两段轴段同心，而中心段轴中心线与两端轴线偏离一个中心距，蝶板就安装在中间轴段上。这样的偏心结构使得蝶板在全开位置时成为双偏心状，而在蝶板转动到关闭位置时则成为单偏心状。由于偏心轴的作用，在接近关闭时，蝶板向阀座的密封锥面内移进一个距离，蝶板与阀座的密封的密封面相吻合达到可靠的密封性能。
6.电动车控制器设计方案 篇六
电动自行车控制器方案
2012/11/5
电动自行车控制器设计
目录
第一章 概述-------------3
第二章 系统需求分析-------4
第三章 控制器分析---------6
一、电动车控制器框图------6
二、控制器关键功能分析-----7
第四章 控制器设计----------9
一、硬件设计---------9
二、软件设计----------12
电动自行车控制器设计
第一章 概述
近年来，随着改革开放和经济发展日益深刻，人民生活水平日渐提高，出行交通工具也发生前所未有的变化。老百姓出行不仅考虑快捷、方便，还追求时尚环保，因此近年来电动自动自行车日益受老百姓喜爱。作为电动自行车，其核心控制器则是电动自行车的关键，控制的好坏决定车子的平稳、安全、舒适，因此一个功能全面、可靠性强、符合要求的控制器决定了电动自行车的质量。为了使得电动自行车有良好的体验和可靠的质量保证，因此本文介绍一种控制器的设计方案。
电动自行车控制器设计
第二章 系统需求分析
1、具有安全检测功能，检测电池电压，电流
需要检测电池中电流，电池电流不能过大，防止损伤电池；
需要检查电机中的电流，并且识别是否是电机堵转还是车子上坡或者负载过大，并且限制电机电流17A以下，在15～17A间切换，防止大电流长时间烧坏电机；
检测电池电压，电池电压大于电机额定电压120%时，发出报警铃声，提醒电压过大，不能驱动电机；
2、显示速度和里程数
利用三位数码管显示里程数，范围0～999Km，保证每分钟更新一次；
用5个发光二极管显示速度，表示5个档位，每个档位间隔速度为10Km/h，即表示的速度为10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h、50Km/h，速度在哪个档位，对应发光二极管闪亮。
3、具有转向灯控制电路
当打开转向灯开关时，对应的转向灯每隔0.5秒闪一次，每次持续0.5秒
电动自行车控制器设计
4、照明灯控制电路
当打开照明灯时，在仪表盘上显示照明打开，用一个发光二极管。
5、具有报警功能
当钥匙开关不再车上时，若轮子速度有变化，即发出报警声音。
电动自行车控制器设计
第三章 系统分析
一、电动车控制器框图
上图是整车的控制系统框图，主要有电源、电机、控制器等，其中控制器位于核心地位，是整个控制系统的关键，也是负责组织各个部分协调工作的中心。其具体的控制框图如下图所示：
电动自行车控制器设计
电源降压模块灯管驱动电路照控速盘电压信号刹车信号信号转换电路WM灯P向、转明灯转向灯、照明灯信号信号转换电路PIC芯片信号转换电路MOS驱动电路电机电源输出电路电机电路电流、电机电压蜂鸣器P信号转换电路WM三极管驱动电路电机霍尔信号电压、里程显示输出数码管显示电路电源
从图中可以看出，控制器由单片机及其外围电路构成，包括输入信号处理电路、输出信号处理电路、电源电路等。
二、控制器关键功能分析 控制器功能：
1、改变电机速度
即调速功能，检测车把电压，根据车把设定速度来进行速度设定。同时检测霍尔传感器计数值，作为当前速度，通过PID调节来计算应该输出的PWM波。
2、刹车功能
检测刹车信号，当刹车有效时，将速度设定值强制变为零，输出PWM也变为零。
电动自行车控制器设计
3、有防过压、过流检测电路
检测电源电压，低压报警，防止损伤电池； 检测电源电流，当电流过大时适当降速，限制电流在合理区间，防止烧坏电机、电源。
4、显示电池电压、车速、里程数
将车子的速度用数码管显示在仪表盘上，将电池电压通过发光二极管显示在仪表盘上。
5、防盗
当车子锁上时，车轮子有转动则报警。
6、照明灯控制开关、转向灯控制开关
可以采用双刀双掷开关，一个可控制强电信号，另一个给单片机进行检测。
电动自行车控制器设计
第四章 控制器设计
控制器是电动自行车的核心，要实现的功能有：
1、可以改变电机速度
2、可以刹车
3、有防过压、过流检测电路
4、显示电池电压、车速、里程数
5、防盗
控制器不仅要具有所有功能并且引出相关信号线，而且要有合适的外观尺寸，并且可以对内部电路进行保护。
一、硬件设计
1、电机驱动电路设计
由V1～V6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。按照功率管的通电方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。由于两两导通方式提 供了更大的电磁转矩而被广泛采用。在两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期即60°电角度换相一次，每只功率管持续导通 120°电角度，对应每相绕组持续导通120°，在此期间相电流方向保持不变。
电动自行车控制器设计
为保证产生最大的电磁转矩，通常需要使绕组合成磁场与转子 磁场保持垂直。由于采用换相控制方式，其定子绕组产生的是跳变的磁场，使得该磁场与转子磁场的位置保持在60°～120°相对垂直的范围 区间。
2、照明灯、转向灯、速度显示仪表
单片机检测到照明灯亮暗，转向灯亮暗及方向，将其显示在仪表盘上，灯的亮暗是通过三个发光二极管来显示的。由于一般的发光二极管20mA的电流就可以驱动，因此可以用单片机I/O引脚直接驱动。
至于速度显示，可以通过数码管显示，数码管可以用三个，显示范围是0.0 ～99.9KM/h，可以用三极管控制选择端，每次选择一个数码管，进行给值，单片机输出的是四位信号，可以显示0～9的BCD码，通过数码管显示驱动芯片转换为数码管的7段码，则选中的数码管显示对应的数字，通过不断给数码管写值则可以达到看起来连续的效果。
电动自行车控制器设计
或者要节省成本，其实速度显示可以仅显示档位，比如0～5km/h、5～10km/h、10～15km/h、15～20km/h、20～25km/h 分为5档，每档对应一个发光二极管，当速度在对应的档位时，对应的发光二极管亮，其他的不亮。
3、电池电压检测电路
检测电池电压需要对电池电压进行采样，采样电路的作用是强弱分离，对单片机引脚进行保护，同时对电池电压进行变换，变到适合单片机A/D引脚采样的范围。
采样电路可以先用电容进行滤波，然后接上一个输入电阻很大的变换电路，可以通过741等放大器实现，然后对比较后的电压进行电阻分压转换，转换到0～3.3V，适合单片机采样。
4、电机电流检测、电池电流检测、漏电检测
在待检测的电路中串入阻值很小的电阻（注意大电流电路中电阻必须要有较大的功率），然后对电阻两侧的电压取样，经过后级差值比较电路得出压差。差值转换可以采用741，然后在进行放大缩小变化，转换成0～3.3V的范围，可以接入单片机A/D引脚进行电压检测，然后除以电阻及变比等即可得到对应线路的电流。通过和每个线路设定电流阈值及车状态检测，即可得到是否过流、是否漏电等信息。
电动自行车控制器设计
5、报警电路
单片机通过I/O引脚输出报警信号开关，然后通过三极管驱动蜂鸣喇叭来提示是否有紧急情况。通过不同频率的信号分辨不同的报警信息。
6、防盗电路
防盗检测其实是检测轮子是否转动来实现的，即利用霍尔器件检测速度，若速度大于某个去掉干扰后的阈值就认为有被盗的可能，就驱动蜂鸣喇叭报警。
二、软件设计
1、软件流程图设计
电动自行车控制器设计
上电检查进入主循环检测速度输入，设定速度输入，刹车信号输入，电源电压检测输入速度PID计算，将PWM控制信号输出仪表盘显示速度
程序流程图 1，主要流程图，包括初始化、主循环。
电动自行车控制器设计
检测速度设定值，用单片机A/D转换功能将模拟电压转换为数字信号，低通滤波读出单片机光码盘计数器值，低通滤波增量式PID计算输出值，并且进行限速处理PWM输出设定
程序流程图 2，速度调整程序流程图
电动自行车控制器设计
已经检测到实际速度值，并且进行低通滤波处理将速度信号分成三位，分别是十位，个位，小数位计算三位数字转换成数码管设定值，并且进行输出时序设置调用显示子函数
程序流程图 3，显示子函数程序流程图
电动自行车控制器设计
速度PID计算刹车信号是否有效否进行增量式PID计算，设定是将设定速度设为零，进行PID计算，输出PWM设定子函数
程序流程图 4，速度调控流程图
电动自行车控制器设计
安全检测子函数电源电流是否过大是否否进行正常处理，显示电压是电流过大，进行漏电判断或者速度限制下一程序
程序流程图 5，安全检测程序流程图
2、软件功能设计
速度PID设计：
1）可以采用增量式PID，在不同电压、不同速度下比例积分微分系数有所不同；
2）带刹车检测，刹车时将设定速度设为0，电机PWM输出为零；
3）超速限制，当速度超过20Km/h时，进行适当减速，限制在20Km/h以下；
电动自行车控制器设计
4）起步限速，开始时速度慢慢上升，防止突然启动。
安全检测设计：
1）检测电压电流，当电压较低时报警，以免损坏电池； 2）电流检测，防止超过限制电流烧坏电机、电源或者电线，当电流大于最大电流时，减速是电流在最大电流值以下附近一个区间内波动；
3）上电检测，当电机未开动时，若有较大电流则可能漏电进行报警；
4）当车钥匙拔出来，并且开启报警功能后，若车轮子光码盘有读数说明车子可能被盗，要进行报警。
显示设计：
7.电动车控制器介绍 篇七
对于电子控制器的测试, 大多只测试电路板上的电气特性, 普遍存在着以下不足:1) 测试点测试工序烦琐, 部分特性很难测检测;2) 人工检测效率低;3) 产品不可追溯。针对上述不足, 设计了一个以上位机、控制器及模拟负载装置为一体的自动功能测试系统。该系统能通过上位机的调度, 结合模拟负载装置, 自动进行功能测试;人机界面友好, 显示的测试参数丰富;可自动出具测试报告。
1 系统方案
1.1 资源需求
功能测试系统的硬件资源包括PXI工控机, NI控制板卡, 包括GPIB, 数字采集卡, 模拟采集卡各两块, CAN通讯卡1块, 负载接口箱及线束, 程控电源, 控制器硬件及嵌入式测试软件, 上位机软件。整个硬件系统结构图如图1所示。模拟负载接口箱应具备以下功能:1) 通过矩阵开关复用信号;2) 对特定的输入输出提供负载, 提供必须的保险丝;3) 连接其他设备以及被测控制器的接插件;4) 显示KL30, KL15以及其他必要信号的状态。
1.2 功能介绍
工控机是整个测试系统的调度核心, 由它控制和调度所有软硬件资源, 实现对测试过程的时序和内容控制。系统可完成以下测试功能:1) 可检测控制器静态电源电流, 额定工作电流;2) 可检测数字量输入端口工作电流;3) 可检测输入输出电平电压;4) 可以按企业规范分配并写入控制器序列号;5) 可以记录测试过程中的测试数据。
1.3 控制器工作模式
嵌入式软件包括两个模式:功能测试模式、刷新模式。
1) 功能测试模式 (代码0x81) 。该模式是控制器缺省模式, 不运行任何应用程序, 而是由外部控制PC来控制它的IO及运行硬件测试。
2) 刷新模式 (代码0x FA) 。控制器允许从测试模式跳转到刷新模式, 此时控制器停止正在进行的工作并进入boot-loader刷新模式。
2 通讯协议
PC控制系统通过CAN通道与控制器嵌入式测试软件进行通讯, 采用高速500kbps速率, 数据链路层协议符合Bosch2.0B标准, 应用协议采用KWP2000on CAN协议。1) 协议主要内容。根据协议要求, 上位机与控制器各分配一个CAN-ID, 分别是0x700, 0x710。协议支持必要的KWP功能协议, 以完成指令和数据传输的需要, 具体条目见表1。2) 协议安全响应。根据协议安全性要求, 协议将设计一个计时器, 如果超过10秒未收到CAN消息响应, 将认为通讯失败。对于工控机的每一条通讯指令, 控制器的测试软件都会返回响应协议。
3 上位机软件设计及测试策略
上位机软件采用Visual C++开发工具, 可提供较好的用户界面, 记录所有被测的相关参数, 选择测试项, 操作简捷方便。
3.1 主要完成的功能如下
1) 提供用户界面, 允许用户配置功能测试各个项目;2) 保存测试数据, 判断测试是否通过;3) 刷新数据到被测控制器, 如序列号, 软件版本号等。
3.2 系统对控制器主要测试策略如下
1) 控制器上电。a.控制器静态电流测试。只接电源KL30, 在其中间连接一个10欧姆的电阻。测此电阻两端的电压就可以计算出静态漏电流。b.控制器工作电流测试。KL15连接到电源上。从GBIP卡读出电流值, 判断是否满足定义的限值。2) 数字量输入。a.输入拉低。14V电通过DAC通道输出加载一个740Ω电阻到数字量输入的频脚。测量此电阻的电压就可以测出输入电流。b.输入拉高。74Ω电阻连接到数字输入口和地之间, 测量这个电阻的电压就可以测出其输入电流。3) 模拟量输入。分别设置输入口的电压为1V及4V, 控制器采集转化后的ADC值经CAN卡传送到上位PC机, 比较此值是否超出硬件测试说明书中定义范围。4) 低端低电流驱动输出。a.测试电流负载大小:一个1KΩ电阻连接到输出端口和接地端。通过CAN通讯指令来打开高端输出端口。测试这个电阻两端的电压来计算电流。b.无负载电流:输出关断, 在输出端口和接地端连接一个1KΩ电阻。通过万用表测试这个电阻两端的电压来计算电流。5) 软件刷新。测试完成时间应小于120秒, 测试合格后, 进入软件刷新模式, 完成产品软件的刷新及硬件序列号的写入。
4 结语
8.电动车控制器介绍 篇八
摘要：纯电动车作为一种节能环保的交通工具已成为各国研发的热点，纯电动车的续航能力问题是电动车发展中的重要因素，针对电动车在使用过程中由于受电池有限电量的限制以及外界环境因素的影响，导致电动车的续航能力短的问题，依据电动车工作原理结合BP神经网络技术，通过综合分析电动车驱动策略和电动车工作模式，提出一种新的基于BP神经网络充放电控制策略-使用LabVIEW结合驾驶仿真平台建立了电动车仿真模型，并进行仿真实验.通过仿真实验验证了基于BP神经网络控制策略的合理性，达到了提高电动车的续航能力的目的.
关键词：纯电动车；充放电控制；BP神经网络
DOI：10.15938/j.jhust.2015.05.016
中图分类号：U469. 72
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2015）05-0080-05
0 引言
电动车动力电池组的性能直接关系到电动车的各种性能及电动车的使用寿命，因此必须对电动车电池组中存储的电能进行有效利用以提高电动车性能降低电动车运行成本.由于电动车在运行过程中受到多方面不确定的因素的影响，因为神经网络可以学习和储存大量的输入和输出设置的映射关系，它不需要揭示的映射关系的数学表达.因此本文提jl的基于BP神经网络的纯电动车电池充放电控制策略可以更好的应对电动车在运行过程中遇到的各种不确定因素.
1 充放电控制策略分析
电动车充放电控制策略实际上是根据电池当前SOC状态和驾驶员的操作行为以及车辆的当前状态对电池进行充放电控制，从而达到对电动车车速的控制.由于电动车的运行受到电池状态的影响与限制，因此驾驶员操作电动车以一定的状态运行时，充放电控制系统会根据电池当前的状态确定能不能满足驾驶员的操作.如果在电池允许的工作范围内则满足驾驶员对车辆的操作，否则充放电管理系统会按照自己的判断给出对车辆的控制信号.
1.1 充放电控制系统结构与控制策略
纯电动车充放电控制系统结构图如图1所示，其中电池组状态监测模块用于监测并显示电池组的状态参数，充放电控制模块是算法处理与发送控制指令的机构，该模块通过串行总线接收电池检测模块的实时电池状态信息和驾驶员操作信息，并按照指定的方法进行推理和计算，能够给出满足电动车动力性能和平稳性能的最佳控制命令，
纯电动车充放电控制系统的主要任务就是结合驾驶员的操作指令以及电池当前的状态信息，在实现整车动力性能的前提下达到节能的目的.其具体日标是：低耗能、响应快、实时性好、限制电池SOC的范围等，本文提出的控制策略的输入主要有加速踏板行程Kacc，制动踏板行程Kbre以及SOC.输出为电池输出功率Pout.电池输出功率首先取决于驾驶员的操作命令同时受到到电池当前状态的影响，电池SOC直接影响电池的最大输出功率.电动车在正常行驶过程中电池soc和电池输出功率以及电机输出功率要满足以下约束条件，储能系统SOC约束：为了延长电池的寿命，车辆在行驶过程中电池SOC尽量要保持在一定的范围之内，即：
在制动过程中，如果SOC太高，为了防止电池过充就不能对电能进行回收.同样如果SOC太低，再继续放电则会造成电池过放，从而影响电池寿命和电动车的动力性能.因此电池的SOC -般应保持在[0.2，0.9].
功率约束：为了满足驾驶员对车辆的动力性能要求，一般情况下电动车的输出功率Pout都会等于驾驶员的请求功率Preq，如果电池当前能输出的最大功率Psoc不能满足驾驶员的请求功率则输出功率应等于电池当前支持最大输出功率，即：
综合以上分析本文给出的纯电动车的充放电控制流程图如图2所示.因为电池的输出功率功率与电池当前SOC值以及电池效率有关，考虑到计算的复杂和参数难以估计，所以会导致时效性较差，而且难以应用到实际的控制系统中去.为此本文通过离线仿真的方法将充放电控制策略的控制规律提取出来，这些控制规律的集合可以作为一组多输入单输出的非线性映射.因为神经网络能够以最小的精确度切近任何复杂的非线性映射集合，并且神经网络的最大特点是有很强的学习能力和归纳总结能力.因此可以通过训练相应的神经网络来实现本文所提出的充放电控制策略.
1.2 基于神经网络的充放电控制策略
1.2.1 神经网络控制器结构
只要BP神经网络中神经元的点数合理，那么该神经网络就具有模拟任何复杂的非线性映射的功能，基于神经网络的这种特点，本文所设计的神经网络结构图如图3所示，该神经网络是一个含有2个隐含层的4层BP神经网络，其中SOC、Kbre、Kacc作为该神经网络的输入层，Pout作为该网络的输出层，在本文中隐含层的神经元的个数的确定采用试凑法确定，输出层神经元可以表达为
式中：Pout是神经网络控制器的输出，代表电池的输出功率；Wj表示隐含层的第j个神经元和输出层的神经元之间的链接权值； 表示输出神经元的阈值；n表示隐含层神经元的数目；.厂为采用的s型激活函数；在神经网络隐含层中的第j个神经元的输出值yj，可表示为
式中：Xi（t）（i=1，2，3）表示SOC、Kbre、Kacc三个输入信号；wij（i=1，2，3；j=1，…，n）表示输入层到隐含层的链接权值；bj为隐含层第j个神经元的阀值.
1.2.2 训练样本获取与网络训练
神经网络性能的好坏与训练该神经网络所用的样本有着密切的关系，因此训练样本一定要具有代表性，在选择样本时一定要照顾样本的多样性和均匀性.因为随着网络输入神经元的个数的增加，所需要的训练样本数会迅速增加，如果在选择样本时不按照一定的规律而是随意选择，这样很容易会出现样本冗余，过量的冗余样本不仅不会提高神经网络的训练速度，更重要的是因为样本信息含量过多从而导致网络出现过拟合现象，
因此，在本文中首先在多个行驶工况中均匀地设置不同的SOC值（例如SOC从0.2变化到0.8，间隔为0.1）和加速踏板行程（例如Kacc的值从0变化到10，间隔为1.0）以及有无制动动作.在本文中神经网络的输出Pou，可以选用瞬时优化能量管理策略求出最优的电池输出功率Pprov作为控制规则，该规则的输入与输出与神经网络的输入与输出相对应，将求出的所有控制规则作为该网络的训练样本，因为该样本的选取是基于均匀设置SOC值以及加速踏板行程，所有该样本是一个多样性较好的均匀的离散样本，
为了加快神经网络的收敛，同时避免神经网络的各个输入输出数据的量纲差异，因此，需要对输入和输出数据进行标准化.本文对输入与输出的数据限定在[0，1]范围内，在[0，1]范围内的网络输入和输出值的换算公式为：式中：xi为网络输入或者输出数据；xmin为所有训练样本的输入、输出最小值；xmax为该样本输入、输出数据最大值.
用以上方法得到训练样本之后，可以借助MATLAB编写程序建立本文设计的神经网络进行训练.收敛速度慢过慢和训练时间过长等是标准BP网络在训练过程中常见的问题，为了在较短的时间内得到收敛速度，本文使用了Levenberg-Marquardt算法进行训练.因为该算法一方面融合了高斯一牛顿法局部收敛性的优点，另一方面又融合梯度下降法的全局特性.
为了验证文中所提出的神经网络的收敛性，本文借助Matlab中的Simulink工具对该神经网络进行仿真分析.对文中提到的算法构成的BP神经网络进行仿真比较，在本文中假设需要逼近的非线性函数为：sm（x）+cos（x），我们使用文中提到的三层神经网络对其进行逼近仿真，可以得到仿真图和误差曲线图如图4和图5所示.
由图4和图5可知，该神经网络经过1400次的训练后仿真结果误差为0.01.所以本文所选用的神经网络逼近非线性函数的效果是比较理想的，由此可知该神经网络完全可以满足本文的需要.
2 实验仿真与结果分析
为了验证本文所提出的BP神经网络在电动车充放电控制的有效性，本文以LabVIEW为核心开发的电池模拟测试系统结合模拟驾驶系统和智能充放电机系统建立的纯电动汽车模型.将以上得到的神经网络控制器应用到充放电控制系统中去，在搭建的纯电动车仿真环境中针对不同的形式工况进行仿真研究，并在相同的工况下比较基于该神经网络控制算法与传统控制算法下电池组电荷状态变化曲线以及电池输出功率和期望输出功率的对比图如图6和图7所示.
由图6可见，在相同的工况下基于BP神经网络的充放电控制策略的SOC曲线的最终值为0.583，而基于传统方式的控制策略下的SOC曲线的最终值为0.575，所以可以有效提高电动车的续航能力.同时从该仿真结果中可以看出，在相同的工况下，基于神经网络的控制策略可以有效避免电池瞬间较大的放电电流，从而可以很好的保护电池提高电池的寿命，这是传统的控制方法不能达到的效果.因此，可以验证本文所提出的基于BP神经网络的纯电动车充放电控制策略的有效性以及相对于传统控制策略的优越性.
由图7可见，电池的实际输出功率和期望输出功率大致相同，但是还存在一定的误差.综合分析产生误差的原因有以下可能因素：首先从图中可以看出功率期望输出相比于实际输出有一定的滞后时间；其次误差产生的可能原因是本文选取的样本不够理想或者样本数量还不够大；最后南于本文所设计的神经网络中神经元的个数是通过试凑法得到的，所以该神经网络还有待进一步优化和完善.
3 结语
针对纯电动汽车续航能力短的问题提出一种基于BP神经网络的动力电池充放电控制策略，在Matlab中实现该算法，并通过以LabVIEW为核心开发的纯电动车模型进行仿真，仿真结果说明了本控制策略相比传统的控制策略在提高电动车的续航能力上有了较大的提高，通过仿真实验进一步验证了该控制策略的有效性。
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