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电动汽车是采用动力电池供电,以驱动电机运转,从而驱动整车前行的汽车。以电为核心,电动汽车的核心部件可总结为大三电、小三电。大三电由动力电池、电驱系统、电控系统构成;“DC/DC变换器、车载充电机、高压配电盒”称为小三电。
一、电动汽车核心技术——大三电
1.电池
现阶段乘用车的动力电池化学体系主要有两种,即三元锂电池和磷酸铁锂电池。它们基本都是以石墨为负极材料(逐步升级至硅碳负极),以六氟磷酸锂为主的锂盐作为电解质的锂电池,区别主要在于正极材料。
三元锂电池( Ternary Lithium Battery),是指以镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)为正极材料。
磷酸铁锂电池( Lithium iron phosphate Battery),则是以磷酸铁锂(LFP)为正极材料。
2.电驱系统
电驱系统,也叫电驱动系统,一般由电机,传动机构和变换器组成。
新能源汽车主要是用三相感应异步电机和永磁同步电机。其中,永磁同步电机是新能源乘用车的绝对主力。
所谓永磁,是指在制造电机转子时加入永磁体,使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步,则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。
因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。与其他类型的电机相比较,永磁同步电机的最大优点就是具有较高的功率密度与转矩密度,就是在相同质量与体积下,永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。
目前国内电动汽车厂商大多采用永磁同步电机,相较于交流异步电机,永磁同步电机的性能表现更好,并且体积和重量方面也更占优势,而且制造时需要的稀土材料在国内也十分丰富,因此采用永磁同步电机的车型在国内种类繁多。
目前采用永磁同步电机的品牌主要有北汽新能源、比亚迪、小鹏汽车、吉利、奇瑞、威马等品牌,并且制造永磁同步电机的品牌也有很多,其中不泛包括西门子、博世、大陆、博世等机械大厂,北汽新能源和比亚迪也开发了自家的永磁同步电机。
3.电控
电控系统是电动汽车的总控制台,如同“电动汽车的大脑”,它的发挥决定了电动汽车的能耗、排放、动力性、操控性、舒适性等主要性能指标。
一般来说,电动汽车的电控系统主要包含三个共性子系统:
电池管理系统(Battery Management System,BMS)
电机控制器(Motor Control Unit,MCU)
整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU)
这些控制器之间都是通过CAN网络等实现相互通信。
电池管理系统(BMS, Battery Management System)
从硬件架构上区分,有两种形式:1、集成式BMS; 2、分布式(主从式)BMS。
其功能核心都是基于芯片、传感器、线束的组合来实现对系统内所有电池的电压、电流、温度信号采集,再根据特定的软件算法计算出电池的SOC、SOH等信息,并反馈给整车控制器VCU综合判断整车状态与电池状态,进行输入、输出功率管控或强制关断,从而保护电池系统稳定、安全、可靠。
(1)电机控制(MCU, Motor control Unit_)
电机控制器也叫逆变器( inverter),是狭义的“电控”,根据VCU的指令,控制电机的旋转状态,其接受动力电池输出的直流电能,逆变成三相交流电提供给电机运转,在电动汽车制动过程中又起到制动回收电能返回电池包的作用。通常由中央控制模块(主控电路板),功率模块(IGBT或Si MOSFET),驱动控制模块(驱动电路板),各种传感器(电流、电压、温度等)组成。
(2)整车控制器( VCU Vehicle control Unit)
VCU是电动汽车各个电控子系统的调控中枢,它是与驾驶员互动主要接口,它接收来自驾驶员的各项操作指令,协调和管理整个电动汽车的运行状态,负责汽车的正常行驶、制动能量回馈、动力电池的能量管理、网络管理故障诊断及处理、车辆状态监控等。主要由一个金属外壳+内部集成电路板+接口插件组成。
二、电动汽车核心技术——“小三电”
1、DC/DC变换器
燃油汽车中均配置有一个低电压发电机总成,其功能是给车载12V或24V低压电池充电,并为整车提供全部的低压供电。
新能源汽车中,DCDC的作用就是将整车动力电池336VDC或者540VDC转化为12VDC或者24VDC,供整车低压用电器工作,同时具备给铅酸蓄电池充电的功能。DCDC是电动汽车不可或缺的一个关键零部件。
DCDC的控制方式有高压唤醒、硬线激活、CAN唤醒等方式,根据整车的不同需求而选择,目前来说最高效的是CAN唤醒模式,可以减少硬件的布置,节约空间便于布置,当然了CAN唤醒对DCDC的CAN收发模块要求比较高。
目前DCDC的主流电气架构都是移相全桥,大部分采用MOS管来进行高频控制,频率100KHz,高频的开关可以实现大功率的输出,同时也带来了较大的噪声与温升,所以DCDC的设计要着重考虑EMC电磁兼容以及良好的散热条件。为了mos管更好的散热,很多硬件设计师b把管子贴在壳体上,以保证电器的寿命。
基本参数
技术平台:G5/G6
输入电压:30V~800V
输出电压:12V/24V/48V
功率范围:800W~6kW
转换效率:96%
封装方式:水冷、风冷、自然风冷、模块
02车载充电机(on-board charger;OBC)
车载充电机的基本功能是:电网电压经由地面交流充电桩、交流充电口,连接至车载充电机,给车载动力电池进行慢速充电。
车载充电机具有为电动汽车动力电池安全、自动充满电的能力,其依据电池管理系统(BMS)提供的数据,动态调节充电电流或电压参数,执行相应的动作,完成充电过程。
车载充电机主要由电路板、壳体、接插件、冷却结构等组成。充电机至少具备待机、充电、故障、休眠四个状态。充电机具备输入过压保护、输入欠压保护、过温保护、输出过压保护、输出欠压保护、短路保护等。
电动汽车的OBC主要由功率电路(PFC+移相全桥/LLC)和控制电路组成,可分为单向OBC和双向OBC,单向OBC只能给动力电池充电,双向OBC可以把动力电池的直流电逆变成为家用220V交流电。
原理时序图
基本参数
输入电压:90V~265V(单相) 200V~460V(三相)
输出电压:200V~800V
充电功率:2kW/3.3kW/6.6kW/10kW/20kW/40kW
转换效率:96%
封装方式:水冷、风冷、自然风冷、模块
03高压配电盒(Power Distribution Unit;PDU)
高压配电盒即PDU,由于PDU与整车电气布置相关,每个车型的PDU都有差异,所以PDU难以形成标准品。市场上主流方式有两种:一种是针对具体车型定制开发PDU产品;另一种方式是将PDU功能集成到其他零部件中,如针对具体车型定制开发OBC+DC+PDU多合一产品。
三、新能源汽车芯片半导体清洗:
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