[实用新型]直流电动驱动装置以及电动设备

说明书

技术领域

本实用新型属于直流电机领域，特别涉及一种直流电动驱动装置以及包含该直流电动驱动装置的电动设备。

背景技术

随着各大城市雾霾天数和持续时间的增加，国家对燃油设备的尾气排放管理越来越严格；另外，在封闭的室内工作环境中，燃油设备是禁止使用的；此外，石油这种能源是不可再生的，几十年后将面临枯竭。因此，将电作为能源的电动设备如电动汽车、电动叉车等电动设备越来越受到生产商和消费者的青睐。它不但污染小、可以通过可再生能源提供电能，而且与燃油设备相比，它还具有能源利用率高、结构简单、噪声小、动态性能好和便携性高等优点。在石油资源越来越紧张的形势下，大力发展电驱动装置，特别是大功率电驱动装置如电动战车、电动军舰、电动飞行器和电驱动航空母舰等等，对于国防安全具有深远的意义。

由于交流电机，特别是异步电机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜的优点，得到了广泛的应用，但是，它存在启动转矩小、启动电流很大、调速平滑性差、振动和噪声大以及控制算法复杂等缺点。即使采用最好的控制算法，交流电机中高次谐波的影响依然很大，在启动、制动、调速和低速时的性能都劣于直流电机。因此，对电动设备的性能要求很高的场合，例如家用变频空调、升降客梯、电动汽车等等，依然青睐于安装直流电动驱动装置。

在电池供电的电动设备如电动汽车中，电池是核心部件之一。由于目前电池制造技术水平的限制，一个电池单体在容量、电压和性能上还是不能满足电动设备的实际要求，为了满足该类电动设备高能量动力电源的要求，一般都将多个电池单体采用串并联结合的方式成组使用，以满足负载较大的功率需求。通过多个电池单体的并联增加电池组的输出电流，通过多个电池单体的串联增加电池组的输出电压。

在电动汽车行业，纯电动乘用车的电池储能系统一般具有96～110节容量约为45～80Ah的锂离子电池单体；纯电动大巴的电池储能系统一般具有150～200节容量约为200～400Ah的锂离子电池单体。矿用电机车基本上都是由几组电池组并联来供电的，每组电池组又是由数十节电池单体串联成组的。国内电动汽车车载电池大多采用多个电池单体先并联再串联的连接方式。

根据国家标准的要求，人体的安全电压是50伏，根据电动设备安全性能的要求，一般优先选用国家标准的电压等级48、36、24、12伏。而电动汽车装备的电机功率一般都是十千瓦级的，如果采用单个直流电机的话，每一相的额定电流都是几百到几千安培，启动和上坡时的电流更大。

如图2所示，由于电机的工作电流很大，大容量串并联电池组的输出电流也相应很大，一般为几百到几千安培。串并联电池组与斩波器之间的连接线、连接线与电池组的连接件、连接线与斩波器的连接件，都将由于流过大电流而导致发热严重。这对连接线的电阻和绝缘性能、连接件的接触电阻和绝缘保护都提出了较高的要求。同时，这也增加了生产成本，降低了系统的可靠性和安全性。

电池单体数量相同的情况下，串并联电池组的整体性能小于多个电池单体的性能总和。多个电池单体成组后，电池组的能量密度、功率、性能、耐久性和安全性都会有一定程度的下降。而这种情况的产生是由于电池受到了制造工艺、电池老化和环境温度等因素的影响，造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。相同规格和型号的电池在相同运行环境下性能参数存在差异的现象称为电池的不一致性。对于电池组系统来说，不一致性是客观存在的，而且在电池组的充放电循环过程中，电池单体的充放电深度各不相同，电池组的最大性能的发挥往往被性能最差的电池单体所限制，造成电池组整体容量无法全部发挥。这也导致部分电池单体过充电或者过放电，加剧整个电池组的性能劣化，严重时可能导致电池的爆炸或燃烧等安全事故。

在电池组中，电池单体的电压不一致性会对电池组造成较大的影响，影响到电池组的容量、性能、寿命和安全等多个方面。特别是，若干个电压不一致的电池并联组成电池组后，非常容易出现电压高的电池向电压低的电池充电，形成电池组内部环流，造成电池组电量无意义地浪费，最终影响电池充放电效率。