電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化（一）

hzjheng.cn 來源：中國電動車信息網(wǎng)　　　電動車商情網(wǎng) 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(fā)展形勢很好電動自行車的發(fā)展形勢很好，主要表現(xiàn)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(chǎn)業(yè)。 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(tǒng)的重要組成部分。2003年在上海召開的“中國城市交通可持續(xù)發(fā)展的多元化戰(zhàn)略國際研討會”，專家們認為：借助科學方法和現(xiàn)代技術(shù)，把由綠色能源軌道交通和綠色巴士為主的公共交通網(wǎng)，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(diào)控的城市交通系統(tǒng)，是解決中國城市交通堵塞和環(huán)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(shè)備的單位要認識這個市場(Rialto)形勢，抓住機遇，提高質(zhì)量，向用戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品去爭取市場(Rialto)。 1.1.2 電動自行車發(fā)展的存在問題目前電動自行車生產(chǎn)廠家多、有規(guī)模的廠家少、質(zhì)量良莠不齊、速度(Tempo)和重量等超標多、用戶投訴多等現(xiàn)象是存在問題的一方面。另一方面，從技術(shù)的深層次分析，鑒于國內(nèi)電動自行車的特點及其發(fā)展的歷史和背景，基本上是自發(fā)的、自下而上的、作為一種組裝產(chǎn)品發(fā)展起來的。在電驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化方面工作做得較少，這方面有技術(shù)內(nèi)涵、有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)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(shè)計程序非常嚴格，一般遵循“頂層設(shè)計、系統(tǒng)分解、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、系統(tǒng)匹配和優(yōu)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(tǒng)是它的心臟，電動自行車中“四大件”構(gòu)成的電驅(qū)動系統(tǒng)與它相當。電力推進系統(tǒng)的研制時除進行單項設(shè)備（即硬件）研制外，要對系統(tǒng)進行匹配和優(yōu)化及其維護進行研究，在此基礎(chǔ)上確定經(jīng)過匹配和優(yōu)化的工作參數(shù)（即軟件），目標是使系統(tǒng)發(fā)揮最大的潛力，使?jié)撏в凶詈玫膽?zhàn)術(shù)技術(shù)性能，有最長的使用周期。例如，潛艇的經(jīng)濟航行速度(Tempo)；潛艇的最大續(xù)航時間或里程；使?jié)撏?a href=http://hzjheng.cn/huanye_htm/hyfenlei58.html target=_blank>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(jīng)過匹配和優(yōu)化的工作參數(shù)，值得電動自行車界借鑒的。 1.3 科學方法與系統(tǒng)觀念從現(xiàn)代科學方法論看，現(xiàn)代產(chǎn)品都越來越復(fù)雜，是多個小系統(tǒng)復(fù)合構(gòu)成的一個大系統(tǒng)。以電動自行車為例，就是在原本較復(fù)雜的自行車基礎(chǔ)上與電驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)合構(gòu)成的大系統(tǒng)。因此，對它的研究和突破需要從整體觀念（即系統(tǒng)觀念）去探索橫向的聯(lián)系（即各分系統(tǒng)或部件之間的關(guān)系），考慮各個方面的綜合因素。從系統(tǒng)工程角度看，系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化方面的工作對許多產(chǎn)品是非常重要的，對電動自行車產(chǎn)品的深層次發(fā)展、提高也是非常有意義的。 1.4 “電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化”的提出本人的經(jīng)歷使我有機會了解電動自行車的發(fā)展大好形勢和存在問題，又對潛艇電力推進系統(tǒng)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(jié)合點。為此，本人創(chuàng)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(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)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(yè)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(zhì)量層次，進一步推動電動自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 2. 定義范疇電動自行車中電驅(qū)動系統(tǒng)是指由蓄電池、充電器、電機、控制器和能量顯示器等部件構(gòu)成的系統(tǒng)。它是電動自行車的核心，決定著車輛的性能優(yōu)劣。對于電驅(qū)動系統(tǒng)的各主要組成部件已經(jīng)有不同級別的標準或主要技術(shù)條件（有些部件目前還沒有統(tǒng)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(shù)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(chǎn)品。所謂電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化是，在按這些標準或技術(shù)條件來考核和選購部件的基礎(chǔ)上，研究它們之間的相互關(guān)系，確定它們之間的相互匹配的工作參數(shù)，最后以最大程度發(fā)揮（整車）系統(tǒng)性能為宗旨。 3. 電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化的目標電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化的目標是，在合適的使用條件（即相互匹配的工作參數(shù)）下最大程度地發(fā)揮蓄電池的潛能，使它能在壽命期內(nèi)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(jīng)濟航速和最大的水下續(xù)航里程概念為例來說明系統(tǒng)匹配和優(yōu)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(tǒng)其他部件的限制，以最大航速只能持續(xù)10分鐘或1小時，因此續(xù)航里程并不大；航速低，則蓄電池工作電流小，工作時間長，續(xù)航里程增大；那么是否航速越低，蓄電池工作電流越小，續(xù)航里程就越大呢？不是的，這里就有系統(tǒng)匹配和優(yōu)化的問題，經(jīng)過系統(tǒng)匹配和優(yōu)化，在某個航速下（即有關(guān)部件以經(jīng)過系統(tǒng)匹配和優(yōu)化的一定參數(shù)下）工作，水下續(xù)航里程最大，這個航速就是經(jīng)濟航速。也就是說，有關(guān)部件以經(jīng)過系統(tǒng)匹配和優(yōu)化的一定參數(shù)工作，即以經(jīng)濟航速航行，可以得到最大的水下續(xù)航里程。 4. 電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化研究的幾個實例基于我們對電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化概念的認識和工作目標，我們在系統(tǒng)匹配和優(yōu)化方面做了一些研究工作，取得一些效果。蓄電池是電驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，是電動自行車用戶最關(guān)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(guān)的幾個實例和研究的初步結(jié)果。 4.1 蓄電池和充電器之間的匹配和優(yōu)化現(xiàn)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(shù)各有千秋。蓄電池生產(chǎn)廠家有百家以上，他們采用的合金和活性物質(zhì)配方、生產(chǎn)工藝參數(shù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)等大多是各不相同。因此，應(yīng)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(yīng)該配不同參數(shù)的充電器。但是實際采取這樣匹配的配套產(chǎn)品不多。我們基于對電驅(qū)動系統(tǒng)匹配和優(yōu)化概念的認識，幾年來對蓄電池和充電器之間的匹配和優(yōu)化做了許多工作。大家知道，現(xiàn)在大多數(shù)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(chǎn)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(shè)置得較低，一般分別設(shè)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(fā)現(xiàn)它們大多數(shù)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(fā)揮它應(yīng)有的壽命性能。我們采用新的充電模式及參數(shù)和在三階段充電模式基礎(chǔ)上調(diào)整充電參數(shù)，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(huán)壽命。當然，這些都是在電池性能穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上做的。