>>>> 引言
純電動汽車是以動力電池為能源,其電氣系統(tǒng)包括高壓電氣系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)及 CAN 通訊信息網(wǎng)絡系統(tǒng)。本文粗淺的介紹高壓電氣系統(tǒng)的組成及其發(fā)展趨勢。
>>>> 高壓電氣系統(tǒng)的組成
在純電動汽車上,高壓電氣系統(tǒng)主要是負責啟動、行駛、充放電、空調(diào)動力等。主要包括電池系統(tǒng)、動力總成、高壓電控系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、高壓設備,及其線束系統(tǒng)。
電池系統(tǒng)
動力電池PACK總成:電動汽車的“心臟”,為整車所有系統(tǒng)提供能源。當電量消耗后,也需要給他進行充電。動力電池為高壓直流電,其工作電壓一般為100~400V,輸出電流可達到300A。三元鋰電池是目前的主流。
一般來說,電動汽車動力電池PACK由以下幾個部分構(gòu)成:動力電池模組,結(jié)構(gòu)系統(tǒng),電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng),電池管理系統(tǒng)(BMS)。
動力總成
電動汽車的動力總成主要由驅(qū)動電機與電機控制器(MCU)共同組成。
電機控制器MCU:將高壓直流電轉(zhuǎn)為交流電,并與整車控制器及其他模塊進行信號交互,實現(xiàn)對驅(qū)動電機的有效控制。
驅(qū)動電機:按照電機控制器的指令,將電能轉(zhuǎn)化為機械能,輸出給車輛的傳動系統(tǒng)。同時,也可以將行駛中產(chǎn)生的機械能(如制動效能),轉(zhuǎn)化為電能,通過車載充電器輸送給動力電池。當前主流驅(qū)動電機是永磁同步電機和三相交流異步電機(特斯拉)。
高壓電控系統(tǒng)
高壓配電盒(PDU):整車高壓電的一個電源分配的裝置,類似于低壓電路系統(tǒng)中的電器保險盒。
維修開關:介于動力電池和PDU之間,當維修動力電池時,使用它可以進行整車高壓電的切斷,確保維修安全。通常也會集成在PDU上
電壓轉(zhuǎn)換器(DC/DC):將動力電池的高壓直流電轉(zhuǎn)化為整車用電器需要的低壓直流電,供給蓄電池,以能夠保持整車用電平衡。
車載充電器(OBC):將交流電轉(zhuǎn)為直流電的裝置。
受整車布置的影響,越來越多車型趨向于將DC/DC與OBC整合為二合一控制器,甚至將PDU、DC/DC與OBC整合為三合一控制器。
充電系統(tǒng)
快充口:輸入高壓直流電,可以直接通過PDU給動力電池充電。
慢充口:輸入高壓交流電,需要經(jīng)過OBC進行轉(zhuǎn)化后,再通過PDU給動力電池充電。
高壓設備
電動汽車上的電動設備主要包括轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電動空調(diào)和電加熱設備。
轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng):由變頻驅(qū)動器和轉(zhuǎn)向助力油泵組成,協(xié)助車輛轉(zhuǎn)動方向盤,減輕人駕駛車輛的負擔。
制動系統(tǒng):由變頻驅(qū)動器和電動空壓機組成,給制動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)提供壓縮空氣,實現(xiàn)制動功能。
電 空調(diào)壓縮機和PTC加熱器:為了調(diào)節(jié)車輛內(nèi)部空間溫度,電動汽車上設置冷暖空調(diào)或者空調(diào)配PTC加熱??照{(diào)和加熱器是電動汽車上的用電大戶。
線束系統(tǒng)
電動汽車電氣系統(tǒng)上各個部件通過線束相連,既有高壓線束也有低壓線束。
高壓電源傳輸?shù)拿浇椋?/p>
低壓線束則可以看作電氣系統(tǒng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡”和“毛細血管”,除了滿足傳統(tǒng)燃油汽車線束的功能之外,還負責強電控制單元模塊功能實現(xiàn)。
>>>> 高壓電氣系統(tǒng)發(fā)展趨勢
電動汽車的系統(tǒng)高壓電氣系統(tǒng)正逐漸向著集成化、模塊化發(fā)展,逐漸衍生出了電動汽車“三大件”:電池系統(tǒng)、動力總成、高壓電控。
1、高壓電控的集成化
特點:成本降低、空間節(jié)省、高壓線束減少、可靠性增強。
2、驅(qū)動系統(tǒng)的集成化
特點:結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本低、效率高。
3、高壓電氣系統(tǒng)總集成
特點:成本降低、集成度高、電效率高、簡化生產(chǎn)工藝。
4、電池系統(tǒng)性能的提升
特點:安全、能量密度提高、功率密度提升、SOC精度提升、循環(huán)壽命提升。
動力電池關鍵材料國產(chǎn)化進程加快,性能指標穩(wěn)步提升,成本明顯降低;單體、電池包、BMS等方面的安全技術(shù)研究全面推進。
性能:磷酸鐵鋰動力電池單體比能量最高達到150Wh/kg,三元鋰電池單體比能量最高可達到230Wh/kg;
成本:動力電池整體呈下降趨勢,動力電池系統(tǒng)成本一降至2元/瓦時以下;
產(chǎn)能:我國動力電池產(chǎn)能達到100GWh。
趨勢:CATL、比亞迪、國軒等動力電池電芯生產(chǎn)企業(yè)通過自主生產(chǎn)、注資、合資等方式逐步向上游材料產(chǎn)業(yè)鏈延伸。