新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)研究

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關(guān)鍵詞：新能源汽車；電控水泵；控制系統(tǒng)

1新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計的作用

1.1更加高效的應(yīng)用能源

在新能源汽車發(fā)展的這一過程中需要注意的是，石油資源消耗的增加將導(dǎo)致污染物排放的增加，進而引起了嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，節(jié)約能源和減少排放已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。新能源產(chǎn)品的開發(fā)可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。由于可再生和可重復(fù)使用新能源功能以及使用新的自動電源系統(tǒng)可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，因此，許多主要的技術(shù)國家都在大力開發(fā)新能源汽車，這也將對人類有幫助，進而促使人們有效利用珍貴的自然資源。

1.2提升發(fā)動機運行效率

通常來說，如果發(fā)動機的轉(zhuǎn)速高則冷卻強度高，如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速低則冷卻強度低，在高負(fù)載下需要高強度的冷卻時，由于高負(fù)載會使得發(fā)動機轉(zhuǎn)速不高，這會導(dǎo)致水泵和風(fēng)扇的工作效率低，使低冷卻發(fā)動機性能受到影響。此外，考慮到傳統(tǒng)汽車中使用的恒溫器通常由石蠟制成，在這一前提下，進行新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計，就可以提升新能源汽車發(fā)動機的運行效率。綜上所述，電控水泵與傳統(tǒng)機械水泵相比，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

2新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1提升電控水泵控制系統(tǒng)可靠性

常規(guī)發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇和水泵由曲軸驅(qū)動，其生產(chǎn)主要由電動機驅(qū)動器控制。在該過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速高且冷卻密度高，而如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，則冷卻密度低，這樣的工作效率并不理想。因此，當(dāng)BLDC電控水泵控制系統(tǒng)采用電子控制技術(shù)時，它不僅獨立于發(fā)動機工作，減少了機械損耗，而且還確保了發(fā)動機處于最佳運行狀態(tài)，從而減少了燃油消耗并減少了碳排放。由于在無刷直流電動機中產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)子組由稀土永磁材料制成，因此，該材料可以以較小的尺寸和較低的磁損耗接收較高的磁能。這不僅減少了發(fā)動機的空間需求，而且減輕了重量并提高了設(shè)備的運行效率。無刷直流電動機使用電子設(shè)備進行緩解而不是機械切換，并且不依靠電刷和反射鏡，因此，有效減少換向過程中的抖動和噪聲，并使這一設(shè)備可以在更復(fù)雜的環(huán)境中使用。然而，傳統(tǒng)的無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子位置主要是由位置傳感器收集到的轉(zhuǎn)子信號獲得的，這會讓其總體的開發(fā)應(yīng)用前景有限。盡管無刷無傳感器電動機的結(jié)構(gòu)相對簡單，但它沒有用于檢測轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器，因此，很容易發(fā)生啟動錯誤。因此，技術(shù)人員需要結(jié)合PID控制理論，才能夠讓無傳感器直流電動機驅(qū)動的電控水泵控制系統(tǒng)更加高效地運行。

2.2采用智能化、自動化技術(shù)

鑒于汽車水泵是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的主要組件，因此，它也是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的動力來源。水泵的功能是使冷卻液在冷卻系統(tǒng)中正常循環(huán)，并減少由于汽車發(fā)動機和電池的長期運行而引起的溫度升高。如果發(fā)動機工作溫度過高，則接觸部件之間的溫度也會升高，這將導(dǎo)致部件之間的機械強度降低和變形，并進一步增加適當(dāng)?shù)拈g隙甚至斷裂，這將導(dǎo)致發(fā)動機在運行過程中發(fā)生故障。相反，在純電動汽車中，形成水泵更為重要。純電動汽車的電池溫度很高，需要良好的冷卻系統(tǒng)進行冷卻，因此，水泵在新能源汽車中的作用非常重要。但是，在此過程中，應(yīng)注意，隨著新能源汽車的發(fā)展以及對汽車安全性的日益關(guān)注，對水泵的性能和可靠性提出了更高的要求。隨著信息技術(shù)和經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展，電子控制技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，機械水泵不再滿足新能源汽車的要求。相反，電控水泵不僅可以提高水泵的運行效率，而且還可以提高其運行時間的可靠性。技術(shù)穩(wěn)定性還將有助于降低駕駛成本。同時，未來的水泵控制站將具有智能、自動化、強大的可擴展性、靈活性和高可靠性等技術(shù)優(yōu)勢。

2.3注重吸取成功經(jīng)驗

與其他國家相比，我國對汽車電控水泵及其控制系統(tǒng)的設(shè)計研究目前還比較少，在技術(shù)水平上也相對落后，目前較為常見的研究方向也較窄。但是，在這一過程中，也有許多突出的技術(shù)成果，如大連理工大學(xué)的李其堂和許繼濤開發(fā)了一種智能發(fā)動機冷卻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于PID控制，同時，可以調(diào)節(jié)風(fēng)扇和水泵的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，實時監(jiān)控溫度變化計時并在發(fā)生故障時觸發(fā)警報，這有助于提高新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性。

2.4采取電機保護控制策略

考慮到新能源汽車在操作過程中往往會面臨各種緊急情況，因此，電控水泵使用電機驅(qū)動器且不同的引擎中具有各種類型的保護裝置，如保險絲、熱保護繼電器和保護電路。在這一階段，最常用的電動機保護裝置是熱繼電器，其具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用簡單等優(yōu)越性，但是，容易受到外部環(huán)境的影響，設(shè)備本身的保護功能受到工作原理的限制，因此，無法解決電機反復(fù)故障的問題。通過建模方法對本文研究的用于新能源汽車電子控制的新型水泵進行了仿真，將過電流、過電壓、低電壓、怠速和溫度模板的生成代碼組合到滑塊中，以確保其正常運行。

3新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計要點

3.1過壓、欠壓保護設(shè)計

通常來說，欠壓是在電氣設(shè)備正常運行期間電壓下降的現(xiàn)象，如負(fù)載端子電壓由于線路接觸不良而下降。在電控水泵的實際使用中，由于設(shè)備會受到外部環(huán)境影響，電源電壓有時會在某些時候升高或降低，這會使電動機電壓過大，電動機磁路飽和且溫度升高或電壓升高。因此，過壓和欠壓保護至關(guān)重要?？紤]到較高的電源電壓會導(dǎo)致磁飽和與開路電流過大，如果不及時糾正，水泵和汽車都會受到嚴(yán)重?fù)p害。針對這一情況，過壓、欠壓保護策略是極為重要的，其原理是設(shè)置電流極限并每100ms實時捕獲一次電流值，以確定其是否超過極限。此外，如果電壓太大，則PID計算會減小輸出PWM，并且可以通過設(shè)置兩組運算放大器以在硬件級別進行保護，從而起到良好的過壓、欠壓保護效果。

3.2空轉(zhuǎn)保護設(shè)計

使水泵空轉(zhuǎn)意味著沒有負(fù)載并且正在進行無效工作。因此，控制策略中的性能參數(shù)將會成為評估泵電動機性能的關(guān)鍵指標(biāo)，并且校準(zhǔn)的重要性在于更改這些參數(shù)的生產(chǎn)系統(tǒng)。這說明，技術(shù)人員通過更改軟件的部分控制參數(shù)，可以將其應(yīng)用于不同工作環(huán)境中的電控水泵。因此，電動機驅(qū)動參數(shù)的標(biāo)定對于電動機的研究與開發(fā)非常重要。一般而言，狹窄的間隙則很容易咬住，而汽車的其他部分也會引起溫度急劇上升并導(dǎo)致故障。針對這一情況，空載保護基于以下原理，即泵的速度相對較高時空轉(zhuǎn)電流相對較低，此時就可以起到良好的空轉(zhuǎn)保護效果。

3.3過熱保護設(shè)計

在控制器運行期間，電流本身的熱效應(yīng)很容易導(dǎo)致控制器發(fā)熱并出現(xiàn)顯著溫度上升，當(dāng)達(dá)到某個溫度時控制器會出現(xiàn)不良散熱或過熱現(xiàn)象。因此，過熱保護非常重要。考慮到新能源汽車電控水泵的控制系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分通常由傳感器，控制器和執(zhí)行器組成，而軟件部分則由控制策略和關(guān)鍵參數(shù)組成。每個傳感器在運行期間為泵電動機的每個運行狀態(tài)發(fā)出主要參數(shù)信號，然后，電子控制單元發(fā)送信息，如當(dāng)前電壓、電流、速度和其他信號，電子控制單元通過水泵電動機分析當(dāng)前狀態(tài)，控制策略的程序部分并發(fā)送適當(dāng)?shù)拿?，端口接收控制臺發(fā)送的控制命令并執(zhí)行相應(yīng)的工作。

3.4調(diào)整優(yōu)化電機控制參數(shù)

如果汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展還不成熟，則每個電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都不會很復(fù)雜，且需要校正的參數(shù)較少，校正的工作條件也相對簡單。因此，校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展對于汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展非常重要。通常來說，電動機運行的控制參數(shù)主要包括速度、電壓、電流等電動機、驅(qū)動器的關(guān)鍵參數(shù)。這意味著，技術(shù)人員可以在引擎運行時監(jiān)視關(guān)鍵變量的更改，針對每個驅(qū)動參數(shù)解決不同的電動機故障，并實時更改控制參數(shù)使電動機輸出適應(yīng)自身條件。

4結(jié)語

本文主要討論了新型電動水泵控制系統(tǒng)的設(shè)計?？紤]到本文的深入研究和研究條件，本文僅完成了用于控制電控水泵的新電源系統(tǒng)的主要設(shè)計策略和要點。關(guān)于這項工作的研究仍然需要進一步的深化，希望以后能夠在這一領(lǐng)域有更多的研究進展。

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作者：蘇超杰 單位：河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院