電驅動系統匹配和優化（一）

www.guilinhy.com 來源：中國電動車信息網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-9-29

1.1.1 電動自行車的發展形勢很好電動自行車的發展形勢很好，主要表現為： 1/銷售量自1997年來年年成倍增長，2003年達400萬輛，已形成約60億銷售額的產業。 2/法律上有了明確的定位。2003年10月28日人大常委會正式通過的《道路(Strada)交通安全法》中明確將電動自行車列入非機動車。 3/電動自行車被認為是合理的城市交通系統的重要組成部分。2003年在上海召開的“中國城市交通可持續發展的多元化戰略國際研討會”，專家們認為：借助科學方法和現代技術，把由綠色能源軌道交通和綠色巴士為主的公共交通網，加上適量的私人轎車，適量的自行車以及速度(Tempo)較慢的電動自行車，以及專供步行的通暢小道，組織成一個既嚴謹又能夠靈活調控的城市交通系統，是解決中國城市交通堵塞和環境惡化的根本途徑。基于這些情況，禁電動自行車的理由是站不住腳的，電動自行車將還有一段高速(High Speed)增長期。但是，電動自行車的增長是有限度的。專家們提出的是適量。上海市的方針是實行總量控制。我們做電動自行車用及其配套設備的單位要認識這個市場(Rialto)形勢，抓住機遇，提高質量，向用戶提供高質量的產品去爭取市場(Rialto)。 1.1.2 電動自行車發展的存在問題目前電動自行車生產廠家多、有規模的廠家少、質量良莠不齊、速度(Tempo)和重量等超標多、用戶投訴多等現象是存在問題的一方面。另一方面，從技術的深層次分析，鑒于國內電動自行車的特點及其發展的歷史和背景，基本上是自發的、自下而上的、作為一種組裝產品發展起來的。在電驅動系統的設計和優化方面工作做得較少，這方面有技術內涵、有自主知識產權的企業較少。 1.2 潛艇與電動自行車潛艇是最大的電動車（船），因此有許多是電動自行車可借鑒的地方。它是大型的軍用武器，它的研究、設計程序非常嚴格，一般遵循“頂層設計、系統分解、系統協調、系統匹配和優化”等原則，是值得電動自行車界學習的。潛艇中電力推進系統是它的心臟，電動自行車中“四大件”構成的電驅動系統與它相當。電力推進系統的研制時除進行單項設備（即硬件）研制外，要對系統進行匹配和優化及其維護進行研究，在此基礎上確定經過匹配和優化的工作參數（即軟件），目標是使系統發揮最大的潛力，使潛艇有最好的戰術技術性能，有最長的使用周期。例如，潛艇的經濟航行速度(Tempo)；潛艇的最大續航時間或里程；使潛艇蓄電池有最長使用壽命的合適放電深度范圍和充電方法等。這些都是潛艇經過匹配和優化的工作參數，值得電動自行車界借鑒的。 1.3 科學方法與系統觀念從現代科學方法論看，現代產品都越來越復雜，是多個小系統復合構成的一個大系統。以電動自行車為例，就是在原本較復雜的自行車基礎上與電驅動系統復合構成的大系統。因此，對它的研究和突破需要從整體觀念（即系統觀念）去探索橫向的聯系（即各分系統或部件之間的關系），考慮各個方面的綜合因素。從系統工程角度看，系統設計和優化方面的工作對許多產品是非常重要的，對電動自行車產品的深層次發展、提高也是非常有意義的。 1.4 “電驅動系統匹配和優化”的提出本人的經歷使我有機會了解電動自行車的發展大好形勢和存在問題，又對潛艇電力推進系統的研制有一定的了解，又做過一定的科技管理工作，因此正好是一個良好的結合點。為此，本人創造了一些基本條件在這方面開展了一些研究工作，取得一些成效，確實體會到這方面有許多工作可做，有許多潛力可挖。因此，本文提出和介紹“電驅動系統匹配和優化”的概念及我們在這方面做的一些研究工作，想起到拋磚引玉的作用，引起業界同仁的重視和開展這方面工作，共同提高電動自行車的質量層次，進一步推動電動自行車產業的發展。 2. 定義范疇電動自行車中電驅動系統是指由蓄電池、充電器、電機、控制器和能量顯示器等部件構成的系統。它是電動自行車的核心，決定著車輛的性能優劣。對于電驅動系統的各主要組成部件已經有不同級別的標準或主要技術條件（有些部件目前還沒有統一的標準，有待制訂），一般的電動自行車廠家按這些標準或技術條件來考核和選購部件，然后將其與車架等部件組裝成整車產品。所謂電驅動系統匹配和優化是，在按這些標準或技術條件來考核和選購部件的基礎上，研究它們之間的相互關系，確定它們之間的相互匹配的工作參數，最后以最大程度發揮（整車）系統性能為宗旨。 3. 電驅動系統匹配和優化的目標電驅動系統匹配和優化的目標是，在合適的使用條件（即相互匹配的工作參數）下最大程度地發揮蓄電池的潛能，使它能在壽命期內輸出最多的總電量（即有最長的壽命），最后使電動車輛（整車）能有最大的總行駛里程。以潛艇的經濟航速和最大的水下續航里程概念為例來說明系統匹配和優化的意義。潛艇有一個水下最大航速，在這個工況下蓄電池組要以0.5-1小時率放電，受蓄電池和系統其他部件的限制，以最大航速只能持續10分鐘或1小時，因此續航里程并不大；航速低，則蓄電池工作電流小，工作時間長，續航里程增大；那么是否航速越低，蓄電池工作電流越小，續航里程就越大呢？不是的，這里就有系統匹配和優化的問題，經過系統匹配和優化，在某個航速下（即有關部件以經過系統匹配和優化的一定參數下）工作，水下續航里程最大，這個航速就是經濟航速。也就是說，有關部件以經過系統匹配和優化的一定參數工作，即以經濟航速航行，可以得到最大的水下續航里程。 4. 電驅動系統匹配和優化研究的幾個實例基于我們對電驅動系統匹配和優化概念的認識和工作目標，我們在系統匹配和優化方面做了一些研究工作，取得一些效果。蓄電池是電驅動系統的關鍵部件，是電動自行車用戶最關心的部件，它決定著電動自行車的使用成本和用戶對電動自行車的信賴程度。因此，我們介紹與蓄電池有關的幾個實例和研究的初步結果。 4.1 蓄電池和充電器之間的匹配和優化現在市場(Rialto)上的充電器可以說五花八門，充電模式多種多樣，充電參數各有千秋。蓄電池生產廠家有百家以上，他們采用的合金和活性物質配方、生產工藝參數、內部結構參數等大多是各不相同。因此，應該說蓄電池和充電器不能隨意“拉郎配”，嚴格地說不同特點的蓄電池應該配不同參數的充電器。但是實際采取這樣匹配的配套產品不多。我們基于對電驅動系統匹配和優化概念的認識，幾年來對蓄電池和充電器之間的匹配和優化做了許多工作。大家知道，現在大多數的充電器（包括有脈沖和無脈沖的）是限流—恒壓—低電壓浮充的三階段充電模式。由于受充電器產品體積和元器件成本的限制，限流一般在2A左右；為了防止過充失水引起電池失效，恒壓階段和浮充階段的電壓都設置得較低，一般分別設置在單塊電池平均電壓為14.5-14.7V和14.0V以下。實際使用中發現它們大多數不能將電池充足電，充入電量一般只有放出電量的97-99%。這樣造成電池的放出電量逐漸下降，單塊電池間的一致性變差，到電池壽命的中后期就更加突出明顯，最后蓄電池使用壽命短，沒有發揮它應有的壽命性能。我們采用新的充電模式及參數和在三階段充電模式基礎上調整充電參數，使電池在放電后能充足電，而不造成太過充，充入電量為放出電量的105%左右。使電池的放出電量逐漸下降趨勢得到遏止，放電容量有所提升，單塊電池間的一致性有所改善，最終電池有較長的循環壽命。當然，這些都是在電池性能穩定可靠的基礎上做的。