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新能源汽車核心技術(shù)之“大三電”、“小三電”

發(fā)布者:平和思緒最新更新時間:2025-07-18 來源: 汽車電子學(xué)堂 手機看文章 掃描二維碼
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電動汽車是采用動力電池供電,以驅(qū)動電機運轉(zhuǎn),從而驅(qū)動整車前行的汽車。以電為核心,電動汽車的核心部件可總結(jié)為大三電、小三電。大三電由動力電池、電驅(qū)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)構(gòu)成;“DC/DC變換器、車載充電機、高壓配電盒”稱為小三電。

電動汽車核心技術(shù)

——大三電

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01


電池


現(xiàn)階段乘用車的動力電池化學(xué)體系主要有兩種,即三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。它們基本都是以石墨為負極材料(逐步升級至硅碳負極),以六氟磷酸鋰為主的鋰鹽作為電解質(zhì)的鋰電池,區(qū)別主要在于正極材料。


三元鋰電池( Ternary Lithium Battery),是指以鎳鈷錳酸鋰(NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)為正極材料。


磷酸鐵鋰電池( Lithium iron phosphate Battery),則是以磷酸鐵鋰(LFP)為正極材料。


02


電驅(qū)系統(tǒng)


電驅(qū)系統(tǒng),也叫電驅(qū)動系統(tǒng),一般由電機,傳動機構(gòu)和變換器組成。


新能源汽車主要是用三相感應(yīng)異步電機和永磁同步電機。其中,永磁同步電機是新能源乘用車的絕對主力。


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所謂永磁,是指在制造電機轉(zhuǎn)子時加入永磁體,使電機的性能得到進一步的提升。而所謂同步,則指的是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。


因此,通過控制電機的定子繞組輸入電流頻率,電動汽車的車速將最終被控制。與其他類型的電機相比較,永磁同步電機的最大優(yōu)點就是具有較高的功率密度與轉(zhuǎn)矩密度,就是在相同質(zhì)量與體積下,永磁同步電機能夠為新能源汽車提供最大的動力輸出與加速度。


目前國內(nèi)電動汽車廠商大多采用永磁同步電機,相較于交流異步電機,永磁同步電機的性能表現(xiàn)更好,并且體積和重量方面也更占優(yōu)勢,而且制造時需要的稀土材料在國內(nèi)也十分豐富,因此采用永磁同步電機的車型在國內(nèi)種類繁多。


目前采用永磁同步電機的品牌主要有北汽新能源、比亞迪、小鵬汽車、吉利、奇瑞、威馬等品牌,并且制造永磁同步電機的品牌也有很多,其中不泛包括西門子、博世、大陸、博世等機械大廠,北汽新能源和比亞迪也開發(fā)了自家的永磁同步電機。


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03


電控


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電控系統(tǒng)是電動汽車的總控制臺,如同“電動汽車的大腦”,它的發(fā)揮決定了電動汽車的能耗、排放、動力性、操控性、舒適性等主要性能指標(biāo)。


一般來說,電動汽車的電控系統(tǒng)主要包含三個共性子系統(tǒng):


電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,BMS)


電機控制器(Motor Control Unit,MCU)


整車控制器(Vehicle Control Unit,VCU)


這些控制器之間都是通過CAN網(wǎng)絡(luò)等實現(xiàn)相互通信。


電池管理系統(tǒng)(BMS, Battery Management System)


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從硬件架構(gòu)上區(qū)分,有兩種形式:1、集成式BMS;  2、分布式(主從式)BMS。


其功能核心都是基于芯片、傳感器、線束的組合來實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)所有電池的電壓、電流、溫度信號采集,再根據(jù)特定的軟件算法計算出電池的SOC、SOH等信息,并反饋給整車控制器VCU綜合判斷整車狀態(tài)與電池狀態(tài),進行輸入、輸出功率管控或強制關(guān)斷,從而保護電池系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠。


電機控制(MCU, Motor control Unit_)


電機控制器也叫逆變器( inverter),是狹義的“電控”,根據(jù)VCU的指令,控制電機的旋轉(zhuǎn)狀態(tài),其接受動力電池輸出的直流電能,逆變成三相交流電提供給電機運轉(zhuǎn),在電動汽車制動過程中又起到制動回收電能返回電池包的作用。通常由中央控制模塊(主控電路板),功率模塊(IGBT或Si MOSFET),驅(qū)動控制模塊(驅(qū)動電路板),各種傳感器(電流、電壓、溫度等)組成。


整車控制器( VCU Vehicle control Unit)


VCU是電動汽車各個電控子系統(tǒng)的調(diào)控中樞,它是與駕駛員互動主要接口,它接收來自駕駛員的各項操作指令,協(xié)調(diào)和管理整個電動汽車的運行狀態(tài),負責(zé)汽車的正常行駛、制動能量回饋、動力電池的能量管理、網(wǎng)絡(luò)管理故障診斷及處理、車輛狀態(tài)監(jiān)控等。主要由一個金屬外殼+內(nèi)部集成電路板+接口插件組成。


電動汽車核心技術(shù)

——“小三電”


01


DC/DC變換器


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燃油汽車中均配置有一個低電壓發(fā)電機總成,其功能是給車載12V或24V低壓電池充電,并為整車提供全部的低壓供電。


新能源汽車中,DCDC的作用就是將整車動力電池336VDC或者540VDC轉(zhuǎn)化為12VDC或者24VDC,供整車低壓用電器工作,同時具備給鉛酸蓄電池充電的功能。DCDC是電動汽車不可或缺的一個關(guān)鍵零部件。


DCDC的控制方式有高壓喚醒、硬線激活、CAN喚醒等方式,根據(jù)整車的不同需求而選擇,目前來說最高效的是CAN喚醒模式,可以減少硬件的布置,節(jié)約空間便于布置,當(dāng)然了CAN喚醒對DCDC的CAN收發(fā)模塊要求比較高。


目前DCDC的主流電氣架構(gòu)都是移相全橋,大部分采用MOS管來進行高頻控制,頻率100KHz,高頻的開關(guān)可以實現(xiàn)大功率的輸出,同時也帶來了較大的噪聲與溫升,所以DCDC的設(shè)計要著重考慮EMC電磁兼容以及良好的散熱條件。為了mos管更好的散熱,很多硬件設(shè)計師b把管子貼在殼體上,以保證電器的壽命。


基本參數(shù)


技術(shù)平臺:G5/G6


輸入電壓:30V~800V


輸出電壓:12V/24V/48V


功率范圍:800W~6kW


轉(zhuǎn)換效率:96%


封裝方式:水冷、風(fēng)冷、自然風(fēng)冷、模塊


02


車載充電機(on-board charger;OBC)


車載充電機的基本功能是:電網(wǎng)電壓經(jīng)由地面交流充電樁、交流充電口,連接至車載充電機,給車載動力電池進行慢速充電。


車載充電機具有為電動汽車動力電池安全、自動充滿電的能力,其依據(jù)電池管理系統(tǒng)(BMS)提供的數(shù)據(jù),動態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù),執(zhí)行相應(yīng)的動作,完成充電過程。


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車載充電機主要由電路板、殼體、接插件、冷卻結(jié)構(gòu)等組成。充電機至少具備待機、充電、故障、休眠四個狀態(tài)。充電機具備輸入過壓保護、輸入欠壓保護、過溫保護、輸出過壓保護、輸出欠壓保護、短路保護等。


電動汽車的OBC主要由功率電路(PFC+移相全橋/LLC)和控制電路組成,可分為單向OBC和雙向OBC,單向OBC只能給動力電池充電,雙向OBC可以把動力電池的直流電逆變成為家用220V交流電。


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原理時序圖


基本參數(shù)


輸入電壓:90V~265V(單相) 200V~460V(三相)


輸出電壓:200V~800V


充電功率:2kW/3.3kW/6.6kW/10kW/20kW/40kW


轉(zhuǎn)換效率:96%


封裝方式:水冷、風(fēng)冷、自然風(fēng)冷、模塊


03


高壓配電盒(Power Distribution Unit;PDU)


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高壓配電盒即PDU,由于PDU與整車電氣布置相關(guān),每個車型的PDU都有差異,所以PDU難以形成標(biāo)準(zhǔn)品。市場上主流方式有兩種:一種是針對具體車型定制開發(fā)PDU產(chǎn)品;另一種方式是將PDU功能集成到其他零部件中,如針對具體車型定制開發(fā)OBC+DC+PDU多合一產(chǎn)品。


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特斯拉把PDU集成到動力電池中,整車少了PDU這個零件,減少了開發(fā)成本;比亞迪E5(參數(shù)|圖片)把OBC,DCDC,電機控制器,動力電池繼電器,配電等部集成在一起;吉利與比亞迪比起來,PDU中少了電機控制器。


高壓電源分配單元,在電動汽車上,與高壓配電盒相連接的高壓部件包括:動力電池、電機控制器、變頻器、逆變電源、電動空調(diào)、電動除霜、充電座等。純電動汽車高壓配電盒里面有銅排、斷路器、空開、接觸器、軟啟、變頻器、變壓器、高壓繼電器、熔斷器、浪涌保護器、互感器、電流表、電壓表、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。


04


主流設(shè)計方案


獨立應(yīng)用


DC/DC與OBC各自獨立應(yīng)用,單相交流電/三相交流電,單向/雙向3.3kW、6.6kW、11kW、22kW充電功率。


 集成應(yīng)用


二合一/三合一系統(tǒng)集成應(yīng)用,單向/雙向,符合行業(yè)充電要求,滿足功能安全等要求,是新能源乘用車高壓“電控”主流解決方案;


二合一:DC/DC+OBC、OBC+高壓接線盒、DC/DC+高壓接線盒;


三合一:DC/DC+OBC+高壓接線盒(COMBO)。


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OBC和DCDC總成在整車上動用難度和工作量很大,邏輯單片機外圍電路需要滿足ISO16750相關(guān)的要求,邏輯功能要匹配整車進行調(diào)整定義,充電機的狀態(tài)機定義,充電上、下電時序,電子鎖控制及檢測電路與整車的電子鎖的驅(qū)動方式及驗證。


引用地址:新能源汽車核心技術(shù)之“大三電”、“小三電”

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