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【新能源】比亚迪e6电动汽车原理介绍(上)

汽车维修与保养 2019-01-16 12:04:08

本文作者:李伟


一、EV总体组成与基本工作原理         EV(电动汽车)总体组主要由动力电池组、驱动电机、控制系统及安全保护系统等组成,如图1所示。电池组是电动汽车的能源,驱动电机用于将电池组的电能转化为机械能,驱动车辆行驶。控制系统对电池组进行管理和对电机进行控制。安全保护系统在电动汽车发生紧急情况时,对人及机器进行保护。



图1 EV结构组成


        EV基本工作原理如图2所示,保留了传统汽车的加速踏板、制动踏板和各种操纵手柄等,但它不需要离合器。在电动汽车工作时,传感器将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号,输入中央控制系统,经中央控制器处理后发出驱动信号,达到对电动汽车工况的控制。


        当汽车行驶前进时,电池组输出的直流电经电机控制系统变为交流电后供入驱动电机,电机输出的转矩经传动系统驱动车轮。当汽车减速时,车轮带动驱动电机转动,通过电机控制系统使感应电动机成为交流发电机产生电流,再将交流电变为直流电向电池组充电(制动再生能量)。同时,EV控制系统通过各种传感器、电流检测器对动力电池组、驱动电机进行监控并及时反馈信息和报警,并通过电流表、电压表、电功率表、转速表和温度表等仪表进行显示。



图2 纯电动汽车结构组成


二、比亚迪e6电池组电池管理系统 


1.比亚迪e6纯电动汽车电池组


        e6纯电动汽车采用磷酸铁锂电池,简称铁电池,也是锂电池的一种,它放在汽车底部,由90个单体电池组成,总电压307V,电池容量达220Ah,可以使续驶里程达到300km,如图3所示。



图3 e6电池组


2.电动汽车电池管理系统BMS 


(1)电池管理系统的作用

        电池管理系统英文单词是Batty Management system,简称BMS。它的主要作用如下:


        ①电池温度控制。汽车动力电池采用大容量单体电池容易产生过热现象,从而影响电池的安全和性能,必须监测和控制温度。 


        ②保持电池组电压和温度的平衡。由于电池正负极材料和电池制造水平的差异,电池组各单体电池之间尚不能达到性能的完全一致,在通过串并联方式组成大功率大容量动力电池组后,苛刻的使用条件也容易诱发局部偏差,从而引发安全问题。因此,为确保电池性能良好,延长电池使用寿命,必须使用BMS对电池组进行合理有效管理和控制。


        ③防止电池过充过放。串联的电池组充电/放电时,部分电池可能先于其他电池充满/放完。继续充电/放电就会造成过充/过放,电池的内部副反应将导致电池容量下降,热失控或者内部短路等问题。电池老化、低温等情况,均会导致部分电池的电流超过其承受能力,降低电池的寿命。


        ④防止电池短路或者漏电。因为振动、湿热、灰尘等因素造成电池短路或漏电,威胁驾乘人员的人身安全。 


        ⑤预测电池的SOC和剩余行驶里程。SOC(State Of Charge)是指电池的荷电(存电)状态,估算出电动汽车的剩余行驶里程,以便驾驶人提早做好准备。


(2)电池管理系统结构

        电池管理系统结构如图4所示,它包括多个处理模块:数据采集模块、SOC估算模块、电气控制模块、安全管理模块、热管理模块、数据通信和显示模块等。



图4 电池管理系统示意图


(3)电池管理系统工作原理 


        BMS动态监测动力电池组的工作状态,实时采集每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压,估算出各电池的荷电状态SOC、安全状态 SOH(State Of Health)和电化学状态 SOE(state Of Electrochemistry)。然后通过控制其他器件,防止电池产生过充电或过放电现象,同时能够及时给出电池状况,找出故障电池所在箱号内位号,挑选出有问题的电池,保持整组电池运行的可靠性和高效性。此外,BMS 还需要设定面向用户端的显示,将估算的剩余电量换算成可行驶里程,同时还需要有自动报警和故障诊断功能,方便驾驶人操作和处理。BMS的主要工作原理可简单归纳如下:数据采集电路首先采集电池状态信息数据,再由电子控制单元ECU进行数据处理和分析,然后根据分析结果对系统内的相关功能模块和执行部件发出控制指令,并向外界传递信息,如表1所示。



表1 BMS的主要输入的信号和执行部件


(4)比亚迪电动汽车电池管理系统


        如图5所示,比亚迪电动汽车电池管理系统置于发动机室上部,同时还有动力配电箱与其配合,通过配电箱对电池包体中巨大的能量进行控制,它相当于一个大型的电闸,通过继电器的吸合来控制电流通断,将电流进行分流。关键零部件为继电器,为了控制如此大的电流通过整车,需要几个继电器的并联工作。



图5 电池管理系统位置


3.比亚迪纯电动汽车工作原理


        比亚迪纯电动汽车结构组成与工作原理如图6所示。电源接通,汽车前进时,主控ECU接收挡位控制器、加速踏板和角度传感器等各方面信息,传递给电机控制器,以控制流向前驱电机的电流,此时电池组电流通过应急开关、配电箱/继电器之后,一路经过电机控制器向前驱动电机供给需要的电流,从而使驱动电机运转,通过变速器/差速器和传动轴,带动左右前轮转动,使汽车行进;另一路经过DC-DC转换器,将电池组330V高压直流电转换为低压42V,提供给电动转向系统EPS使用。同时电池组受BMS控制,将电池组的瞬时电压、电流、温度、存电情况等信息传递给BMS,以防止电池组过放电或温度过高损坏电池组。如果发生漏电情况,漏电保护器起作用。一旦发生紧急短路等情况,保护装置熔丝即熔断保护。



图6 比亚迪纯电动汽车工作原理


4.电动车的控制模块

(1)电机控制器:负责控制电机的前进、倒退、维持电动车的正常运转,关键零部件为IGBT,IGBT实际为大电容,目的是为了控制电流的工作,保证能够按照我们的意愿输出合适的电流参数,如图7所示。


图7 电机控制器


(2)DC-DC:负责将330V高压直流转低压提供给车载低压用电设备,如蓄电池、EPS等,如图8所示。



图8 DC-DC转换器


5.电动汽车的动力电机         EV电机系统主要由驱动电机及其管理、控制装置组成,图9为比亚迪驱动电机及其控制器。动力电机根据冷却形式分风冷和水冷,根据结构分为直流有刷电机和直流无刷电机以及交流电机。现在使用的电机为交流无刷电机,通过采集电机旋变信号进行工作。



图9 驱动电机


        驱动电机是EV的唯一驱动装置,是EV的心脏,其重要性相当于传统汽车的内燃机。驱动电机有外转子式和内转子两大类。


        外转子式采用低速外转子电机如图10所示,电机的最高转速在1 000~1 500r/min,无减速装置,车轮的速度与电机相同。采用低速外转子电机,外转子就安装在车轮轮缘上,而且电机转速和车轮转速相等,因而就不需要减速装置。



图10 外转子轮毂电机


(未完....明天继续)


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