采用低电压大扭矩同轴电机动力系统的高可靠性电动车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动车技术领域，尤其是属于采用锂电池组作为动力的纯电动车领域。
技术背景
[0002]电动车使用高能量密度锂离子电池作为动力源，与传统的内燃机车辆相比，具有近似零排放，污染源在电厂端便于集中控制的优点。
[0003]由于起步、爬坡等需要大扭矩输出、高速下需要小扭矩、恒功率输出的控制特性，传统的纯电动车为了兼顾低速和高速下不同的载荷需求，通常采用单一大功率高压电机、单一电机驱动器、单一锂离子电池组的系统控制方案，通常该电机驱动器也起到主控制器的作用，由于担心低电压、大电流带来的发热问题，因此常常采用高电压、小电流的能源供给和控制方案，通常采用80-166串的锂离子电池串联后得到300-600V DC的直流高电压、采用高电压驱动的电机及其驱动器。这种系统在使用时存在以下不足之处:一、高电压体系存在安全隐患，存在漏电触人的安全隐患；二、单一大功率电机、单一电机驱动器、单一电池组，只要系统中任何一个环节出问题，就容易导致整车停驶的现实问题，因此对系统可靠性要求极高；三、高电压对电力电子元器件的要求也较高，器件的成本高。
【发明内容】
[0004]针对现有电动车设计和制造中存在的问题，本发明提出以下的一种高可靠性电动车及其动力系统产品和设计，该高可靠性电动车主要包括车体和低电压大扭矩同轴电机动力系统，该动力系统主要包括主控制器、通过一根动力输出主轴单独或并行出力的2-6套电机动力单兀；每套电机动力单兀主要包括三部分:共用一根动力输出主轴的永磁无刷直流单体电机、相应的单体电机驱动器、相应的锂离子电池组为该单体电机提供能源供给；其中的每个永磁无刷直流单体电机的额定功率介于5-25KW、额定电压介于60-150V DC、额定转速介于500-1500RPM ;每个永磁无刷直流单体电机主要包括:和其他单体电机共用的一根动力输出主轴、固定在动力输出主轴上的嵌入式永久磁钢转子、独立的磁极位置传感器、独立的定子绕组、独立的电机定子温度检测；该动力系统采用上下位机、集散型控制方式，主控制器作为上位机根据负载需求情况、以及每套电机动力单元的动力输出能力综合判断后发指令控制作为下位机的电机驱动器，电机驱动器内置DSP、根据接收到的控制指令、通过开关电源调节输出至单体电机的定子电流大小从而调节单体电机输出合适的扭矩、通过调节单体电机的电枢电压从而调整车辆需要的合适速度；在电动车起步、爬坡、加速等需要大扭矩输出、单套电机动力单元的动力输出能力不足时，主控制器安排多套电机动力单元在其动力输出能力范围内共同出力；在单个电机动力单元的动力输出能力可以满足负载要求时，采用个别电机动力单元独自出力、其余电机单元休息，或采用几套电机动力单元交替分时工作、轮流出力的控制方案；当主控制器检测发现某电机动力单元达到以下三个保护条件任何之一时:该电机动力单元的电机定子温度高于110°c、对应的锂离子电池组的温度高于60°C、锂离子电池组串联中的个别单体电池的电压在2.7V以下，立即停止该电机动力单元的动力输出而切换使用其余具备动力输出能力的电机动力单元单独或组合输出动力。
[0005]本发明采用多套锂离子电池组分别给相应的电机单元供电，消解了采用电池组端电压指示电池电量存在的不准确性、车辆停驶的尴尬问题，即使个别电池组不能继续供电，本发明的多动力单元系统可以立即切换其余的电机动力单元继续工作，本系统存在冗余和防错功能，因此可以取消传统的复杂的、昂贵的、也很难做准确的传统的积分型电量计，改为采用成本低的电池组的端电压及电池组中单体电池的端电压两方面来综合指示该电池组的持续放电能力。
[0006]为了防止定子的绝缘破环和转子永久磁钢因热退磁，本发明采用的同轴电机采用外壳定子水冷夹套结构，每个电机单元的定子设置温度检测和保护，在电机的定子温度检测一旦超过110°c就可以停止或降低该电机单元的功率输出，对该电机单元实施降温保护，改用其他电机单元工作，这样可以提高整个同轴电机的可靠性和使用寿命。
[0007]由于同轴电机的多个电机单元的扭矩输出可以叠加，各电机单元采用了强磁通量永磁转子结构设计、低速、大扭矩输出的特殊设计，本发明的同轴电机的动力输出主轴可以不用减速机而直接通过万向节驱动车身的后桥或前桥，为防止轴向力的破环，本发明的同轴电机轴承采用并列对置的角接触球轴承、或并列对置的圆锥滚子轴承，
[0008]与传统的300V以上的高电压体系电机相比，考虑到150V以下的低电压系统相对安全，本发明的各电机动力单元的锂离子电池组的串联总数可以小于等于36串；每套电机动力单元配备的锂离子电池组均配备电池管理系统BMS，运行时BMS将电池组内的各单体电池的端电压和电池组的温度测试结果实时报告给主控制器，在电池组因为温度过高或个别单体电池的放电电压低到2.7V的保护电压时，本发明的动力系统可以启动电池组保护机制，停止该套动力单元的输出，改为切换别的具备输出能力的动力单元工作。
[0009]由于采用低电压大扭矩同轴电机动力系统的并联出力技术方案，因此单体电机的功率可以不用设计得很大，可以将单体电机的额定功率设计在可以满足车辆15公里/小时以上高速时不需要大扭矩、而需要恒速、小功率输出的工作条件，因此本发明为了兼顾输出功率(扭矩*转速)、锂电池组的输入功率(供电电压*电流)大小，本发明的同轴电机中采用的永磁无刷直流单体电机的额定功率控制在介于5-25KW、更优选控制在
7.5-15kw，额定电压控制在介于60-150V DC、更优选控制在100-150V DC，额定转速控制在介于500-1500RPM，更优选控制在750-10