纯电动汽车高压电安全监控系统研究

【摘要】：近年来,能源危机和环境污染日趋严重,发展节能、零排放的纯电动汽车已成为汽车工业发展的必然趋势。纯电动汽车的工作电压在200V以上,工作电流达数十、甚至数百安培,当发生高压安全故障,高电压和大电流不仅危及乘客人身安全还会影响低压电气的正常工作。因此,对纯电动汽车开展高压电安全监测工作具有极其重要的意义。 本文研究的纯电动汽车高压电安全监测系统,是在分析电动汽车高压回路特性的基础上,以高压电路参数计算模型为理论依据,以STM32芯片为硬件主控单元所设计的智能监测系统。系统通过对纯电动汽车高压回路各重要电气参数的实时监测,实现了车辆在启停过程中的用电安全以及故障诊断及报警功能。本文的主要工作和成果如下： 1.设计针对纯电动汽车高压电系统的典型布置形式,分析纯电动汽车高压电系统各类潜在安全故障,简化纯电动汽车高压系统电路模型,并针对绝缘电阻、等效电容和剩余电量建立了相应的计算模型,推导求解公式。 2.根据纯电动汽车高压电安全监控系统硬件设计要求,提出系统各项功能组成,以此为基础,设计开发系统的各功能模块硬件电路,并介绍了各功能模块的实现原理及硬件抗干扰方法,完成硬件PCB测试版的焊制。 3.根据高压电系统故障的严重程度对故障进行分类,将高压电系统控制策略分为高压系统接通控制策略、高压系统运行状态管理策略和高压系统断开控制策略三部分,针对三个控制策略分别绘制其控制流程图。 4.搭建系统的测试平台,针对绝缘电阻、接触器闭合响应、接触器断开响应设计实验测试方案,完成绝缘电阻计算模型验证试验、高压接触器闭合响应试验以及高压接触器断开响应试验。 最终试验结果表明：监控系统对绝缘电阻的测量值相对于理论值只存在0.3%的相对误差,证明了绝缘电阻计算模型的正确性；直流接触器的断开响应时间约为14ms,比国家标准所要求的20ms安全值提高了30%。两项指标均达到设计要求。 【关键词】：纯电动汽车 高压电 安全监测 故障诊断 STM32
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 纯电动汽车高压电安全监控技术国内外研究现状11-15
• 1.1.1 电动汽车电气安全研究现状11-13
• 1.1.2 电动汽车安全标准制定状况13-15
• 1.3 课题研究内容15-16
• 1.4 本章小结16-18
• 第2章 纯电动汽车高压电系统布置及电路模型建立18-32
• 2.1 纯电动汽车高压电系统布置及故障分析18-22
• 2.1.1 高压电系统布置形式设计18-19
• 2.1.2 高压电系统故障分析19-22
• 2.2 高压电系统电路模型22-30
• 2.2.1 高压电系统绝缘电阻模型23-26
• 2.2.2 高压电系统等效电容模型26-28
• 2.2.3 高压电系统剩余电量模型28-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第3章 高压电安全监控系统硬件设计32-50
• 3.1 硬件设计要求32
• 3.2 硬件功能和模块组成32-34
• 3.3 各功能模块硬件电路34-47
• 3.3.1 STM32F107VC主控制芯片34-36
• 3.3.2 电源电路36
• 3.3.3 达林顿管驱动电路36-37
• 3.3.4 预充电电路37-39
• 3.3.5 正负端接触器控制及电流采集电路39-40
• 3.3.6 蓄电池组正负单端电压及总电压采集电路40-41
• 3.3.7 高压电路端电压测量电路41-42
• 3.3.8 高低压保护电路42-43
• 3.3.9 高压环路互锁电路43-44
• 3.3.10 绝缘电阻监测电路44-46
• 3.3.11 动力蓄电池组测温电路46-47
• 3.4 硬件抗干扰设计47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 高压电系统控制策略研究50-58
• 4.1 高压电系统故障等级分类50
• 4.2 高压电系统接通控制策略50-52
• 4.3 高压电系统运行状态管理策略52-53
• 4.3.1 高压环路互锁检测52
• 4.3.2 绝缘检测52
• 4.3.3 系统电压检测52-53
• 4.3.4 温度检测53
• 4.3.5 事故检测53
• 4.4 高压电系统断开控制策略53-57
• 4.4.1 正常断开控制策略53-54
• 4.4.2 故障断开控制策略54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 系统试验及结果分析58-66
• 5.1 测试对象、平台与方案58-60
• 5.1.1 测试对象58-59
• 5.1.2 测试平台59
• 5.1.3 测试方案59-60
• 5.2 绝缘电阻计算模型验证试验60-61
• 5.3 接触器响应试验61-65
• 5.3.1 接触器闭合响应试验62-64
• 5.3.2 接触器断开响应试验64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 附录A (监控系统电路原理图)68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果76

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