纯电动汽车组合仪表设计介绍

一、电动汽车组合仪表相关知识

与传统汽车组合仪表一样， 电动汽车组合仪表显示的内容包括表头 （指针） 显示和报警 （指示灯）显示两部分。

1、指针显示

一般传统汽车组合仪表显示的内容包括 （发动机） 转速表、车速表、 燃油表、 水温表等， 纯电动汽车因为没有发动机， 所以没有发动机转速表、水温表、 燃油表， 但需要相应地增加电机转速表、电流表、电压表和剩余电量表这些与纯电动相关的信息表。

1）、 转速表

用于显示电动机的即时转速,一般在 10 000r／min 以上。

2）、车速表

与传统汽车一致， 用于显示汽车的车速。

3）、荷电状态表

显 示 动 力 蓄 电 池 的 剩 余 工 作 容 量 ， 用 符 号“ SOC ” 表示， 显示动力蓄电池剩余电量与总容量的百分比。 其与动力蓄电池的放电率、工作环境温度和电池的老化程度有关。 当 SOC 低于某一规定值，应当报警。

4）、电压表

用来测量 （显示） 动力蓄电池的电压。 在组合仪表的标度盘上应标示出恰当的工作电压范围，通常电压在 300 V以上。

5）、电流表

电流表测量 （显示） 动力蓄电池的电流。 在组合仪表的标度盘上应规定准确的 0 位置，对于具有再生制动功能的车辆， 在标度盘 0 位置的两个方向上都应标示出正常工作电流的范围， 负电流表示能量回收。

2、 报警 （指示灯） 显示

报警及信号指示装置用来告知驾驶员有关电驱动系统和动力蓄电池正确操作条件的信息,习惯上称作某某报警指示灯。 电动汽车组合仪表中常用的报警指示灯有： 运行准备就绪、 过热、 超速、 剩余容量低限、 绝缘电阻、 驱动控制器就绪、 能量回馈故障、 停车指示、 充电指示、 互锁指示、 系统故障、 动力蓄电池故障等。

下面对纯电动汽车组合仪表中必须显示的报警信号作简要的说明。

1 ） 运行准备就绪 指示灯点亮， 表示整车控制器已经准备就绪， 踩下加速踏板即可向驱动系统供电。

2 ） 动力电池充电状态 当充电器向动力蓄电池充电时， 指示灯点亮， 表示当前处于充电状态，不可行车。

3 ） 电机及控制器过热 指示灯点亮， 表示电机及其控制器温度过高 （限值）， 此时如果继续行车将对车辆安全性或性能造成严重影响。

4 ） 系统故障 指电机系统故障。 如果电机系统有故障， 其控制器向整车控制器发送故障码，此时指示灯点亮。

5 ） 动力电池故障 指动力电池有电池管理系统定义的故障码， 或当前电池容量过低时， 指示灯点亮。

二、电动汽车组合仪表设计实例

图 1 所示的组合仪表是某款纯电动汽车的仪表，用于小型电动车。 该仪表简单、 时尚大方、 功能齐全。

图1 组合仪表外观图

1、系统原理

该电动车组合仪表采用 NEC ASSP3 微处理控制器， 用 MW2000步进电机驱动电机转速表、车速表、电流表、电压表和荷电状态表，采用 LED （绿色）背光照明，系统原理见图 2 。

图2 组合仪表系统原理图

2、报警指示装置

常规动力汽车一般设计有油量报警、 水温报警、发动机故障、机油压力、真空度报警、沉淀水、 SVS 、预热、冷却液位报警等指示灯。纯电动汽车可以取消这些与发动机相关的指示灯，同时需要增加与动力电池、电机相关的指示灯，如：运行准备就绪、动力电池充电状态、电机及控制器过热、系统故障、动力蓄电池故障。迷迪纯电动车仪表盘报警指示见图 3 。

图3 仪表盘报警指示

该款电动车组合仪表报警指示灯的符号、 颜色和控制方式见表 1 。

表1 组合仪表报警指示

3、指示表

指示表主要是用来显示动力电池、电机和整车相关信息， 迷迪电动车组合仪表中设计有 5 个指示表头， 它们分别用来指示电机转速、 行驶车速、电流表、电压表和荷电状态表 （ SOC ），如图 3 所示，各个表头采用步进电机 （ MW2000 ）驱动。

3.1 电池信息显示设计

电流表、 电压表和荷电状态表显示的内容与动力电池有关， 其信号都来源于电池管理系统，电池管理系统输入给仪表的信号见表2～表5 。

表2 仪表中的电池信息

表3 电流表

表4 电压表

表5 荷电状态表

该电动车选用了比较成熟的磷酸铁锂动力电池， 单体电池 52 Ah 、 3．2 V ， 共使用了 112 块电池，整车电压 360 V ， 所以电压表的电压范围设计为 0～400 V 。电流表电流范围设计为 －100～200 A ， 其中负电流方向表示电动车制动时能量回收。

3.2 转速表和车速表设计

转速表显示电机的转速， 该电动车使用的电机为异步电机， 方波信号，电机转一圈产生 2 个脉冲，额定功率 24 kW ，峰值功率 56 kW ， 转速范围 0～8 000 r／min ，额定转速 3 500 r／min 。 车速表显示的是整车的车速，该电动车的最高车速设计值为不小于 100 km／h 。

转速信号由安装在变速器上的转速传感器提供。需要说明的是， 该电动车仪表由于表盘界面所限， 不能单独布置 5 个表头， 所以将车速表和转速表布置在一起， 如图 3 所示， 指针指示一个转速，同时就对应一个车速（对应的数字通过计算得出）。如果界面设计允许的话， 可以单独设计一个车速表表头， 其信号由控制电机的电机控制器来提供。

三、总结

近年来，由于能源、环境问题，电动汽车的开发虽然日益受到政府和汽车厂商的重视，但电动汽车处在起步阶段，一些零部件由于成本、性能、经验问题，其应用不是非常成熟。目前该款组合仪表已经进行了装车验证，基本满足电动汽车的需要，但在应用过程中也发现还存在一些小的问题，比如对于电流表，输入一个 0A 对应的电压值（理论值），实际指示的并不是 0 A ，汽车停止时电流表指针不能指示到零位等，这些问题需要在以后的设计工作中加以改进。在该款组合仪表的开发过程中也遇到一些问题，如缺乏国家／行业标准的指导， 对电动汽车仪表的报警装置有哪些强制性的要求、用什么符号颜色来表示， 没有标准要求，在此也希望行业出台相关文件， 以利于电动车产业规范、健康发展。