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新能源纯电动汽车的驱动原理「专业知识」

2020-01-16来源:太阳能电动汽车网

传统汽车驱动车辆是依靠内燃机做功,通过变速器改变输出动力的传动比旋转方向,再通过传动轴和车轮实现车辆驱动。而纯电动汽车的电力驱动系统替代了传统汽车的内燃机和变速器,依靠动力电池、逆变器和电机变速单元实现车辆的驱动。

如下图是纯电动汽车的基本驱动系统结构示意图,当驾驶员踩下加速踏板时,车辆控制模块将控制动力电池输出电能,然后通过控制逆变器驱动电机运转,驱动电机输出的转矩经齿轮机构带动车轮转动,实现车辆的前进或后退。

新能源纯电动汽车的驱动原理

纯电动汽车动力传输工作原理如下所示。

新能源纯电动汽车的驱动原理

1)基本驱动部件

纯电动汽车驱动系统主要的部件包括有动力电池、逆变器、带有电机的变速单元。

图3-2-3所示为典型纯电动汽车驱动系统的原理示意图。在新能源汽车应用中,一般将动力电池组和逆变器之间的电路单元称之为BDU(Battery Disconnecting Unit)。

新能源纯电动汽车的驱动原理

2)基本驱动过程

纯电动汽车的驱动动力来源是动力电池,但是与传统汽车不同的是,来自动力电池内的电能并不是总一直处于输出状态,在纯电动汽车中还设计有能够回收车辆制动时无用的能量,并回收到动力电池的机构。

纯电动汽车驱动过程中能量的流动主要有以下2条路径:

(1)驱动车辆

驱动时来自动力电池的能量通过BDU、逆变器,再进入电机变速单元实现车辆驱动。

(2)回收制动能量

制动或车辆减速时,变速单元内的电机将变成发电机,将能量通过逆变器、BDU传回动力电池,为电池充电。

 3)主要控制模块

纯电动汽车能够实现在不同路况环境下,快速反应并顺利驱动车辆满足驾驶员需求,并不仅仅是依靠上述几个动力部件来完成的,整个驱动系统还需要一套完善的控制模块。即整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)和电池管理系统(BMS),这3个控制器是纯电动汽车的核心技术,对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。如下图所示。

新能源纯电动汽车的驱动原理

(1)VCU

位置:通常安装在车身上,如驾驶室内。

功能:全车动力系统的主控制模块,类似于传统汽车动力系统控制模块PCM的功能。

VCU是实现整车控制决策的核心电子控制单元。VCU通过采集加速踏板、挡位、制动踏板等信号来判断驾驶员的驾驶意图;通过监测车辆状态(车速、温度等)信息,由VCU判断处理后,向动力系统、动力电池系统发送控制命令,同时控制车辆其他系统的运行模式。下图所示为宝马I3纯电动汽车VCU的位置。

新能源纯电动汽车的驱动原理

(2)MCU

位置:通常位于逆变器内部。

功能:是电机的主控制模块,接收VCU信号,控制电机的运转方向、输出功率等。

MCU通过接收VCU的车辆行驶控制指令,控制电机输出指定的转矩和转速,驱动车辆行驶。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机输出机械能。

同时,MCU还会利用传感器采集如下信息,并将运行状态的信息发送给整车控制器VCU。这包括:

①电流传感器:用以检测电机工作的实际电流。

②电压传感器:用以检测供给逆变器工作的实际电压。

③温度传感器:用以检测电机控制系统自身的工作温度。

下图所示为北汽新能源EV200的MCU,位于前机舱内。

新能源纯电动汽车的驱动原理

(3)BMS

位置:通常位于动力电池组总成内部。

功能:是动力电池内电池的管理模块。

BMS是动力电池最关键的控制模块,用于检测动力电池内单个电池单元的电压、电流,并实现多个电池单元之间的均衡控制。图3-2-7所示为腾势纯电动汽车内BMS的位置,通常纯电动汽车内的BMS控制模块只有1个,但是由于动力电池内部由多个电池组串联,因此BMS还会在每个电池组上设计1个接口模块,BMS最后通过管理每个接口模块来实现对整个电池的管理。

电动汽车BMS

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