純電動(dòng)汽車,顧名思義就是單純靠車載電源為汽車提供符合汽車動(dòng)力要求驅(qū)動(dòng)力的汽車。純電動(dòng)汽車沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī),電能的補(bǔ)充依賴外接電源。由此可見(jiàn),純電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)等同于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī),蓄電池相當(dāng)于原來(lái)的油箱。如圖1所示
純電動(dòng)汽車的組成由電力驅(qū)動(dòng)主模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心,也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟,它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)化器、控制器、各種檢測(cè)傳感器和電源(蓄電池)組成。如圖2所示。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。驅(qū)動(dòng)電機(jī)可分為交流電機(jī)和直流電機(jī)。如奇瑞純電動(dòng)汽車使用的三相交流異步電機(jī),安裝于前艙位置,如圖3所示。
電機(jī)調(diào)速控制裝置MCU(如圖4所示)是為電動(dòng)汽車的變速和方向變換等設(shè)置的,其作用是控制電機(jī)的電壓或電流,完成電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。當(dāng)采用交流異步機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)向的改變只需變換磁場(chǎng)三相電流的相序即可,可使控制電路簡(jiǎn)化。奇瑞純電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器(MCU)采用直流輸入,三并目交流輸出。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理。由圖5可知,電機(jī)要運(yùn)轉(zhuǎn),必須接通HV蓄電池和電機(jī)之間的電路,在電路中有電機(jī)控制器和功率轉(zhuǎn)化器兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備,電機(jī)控制器受電池管理系統(tǒng)BMS控制;而功率轉(zhuǎn)化器由電杠份空制器MCU進(jìn)行控制。因此,要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),首先要對(duì)VMS整車控制器、BMS電池控制器和MCU電機(jī)控制器進(jìn)行低壓通電,保證各種控制器的正常運(yùn)行。然后由BMS電池管理系統(tǒng)對(duì)電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行判斷,完成對(duì)電極的控制;最后電機(jī)控制器MCU和整車控制器VMS才筋車速信號(hào)、擋位信號(hào)、加速踏板信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)和電初運(yùn)行信號(hào),完成對(duì)功率轉(zhuǎn)化器的控制,功率轉(zhuǎn)化器決定著流向電機(jī)電流的大小,調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
電源是純電動(dòng)汽車的能源中心,為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和全車用電設(shè)備提供電能,電源在電動(dòng)汽車上分為低壓電源(DC)和高壓電源(HV)。當(dāng)前,低壓電源主要是鉛酸蓄電池為低壓用電設(shè)備供電,如燈光照明、信號(hào)系統(tǒng)、音響等。高壓電源有鈉硫電池、鎳鎬電池、鋰電池、燃料電池等新型電源,主要為電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等提供電能。如奇瑞電動(dòng)車高壓電源是由剿各3.2V串聯(lián)成19.2V電池組,然后將19.2V再次串聯(lián)形成320V電池系統(tǒng),對(duì)全車用電設(shè)備進(jìn)行供電,如圖6所示。
電池管理系統(tǒng)(BMS),也叫電池組控制器,主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓、溫度、電流信號(hào)的采集,預(yù)測(cè)電池當(dāng)前的荷電狀態(tài)(SCC),預(yù)測(cè)電池在充放電過(guò)程中電池本身所允許的充放電電壓限值和充放電電流限值BMS功能模塊還實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓系統(tǒng)的管理:預(yù)充電過(guò)程實(shí)現(xiàn)高壓的安到妾通、環(huán)路互鎖以及絕緣監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓系統(tǒng)的有效檢測(cè)和診斷,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的安全使用。同時(shí)BMS功能模塊還具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、低溫、過(guò)流等系統(tǒng)故障診斷功能。CAN通信模塊實(shí)現(xiàn)CAN消息的接收文與發(fā)送。與整車控制器VMS和車載充電器CM通信。BMS具有集成化程度高、功能穩(wěn)定的特點(diǎn)。BMS電池組控制器還起著連接電池本體和整車控制器的橋梁作用。結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示。
HV電池控制原理。HV電池的控制原理分為儲(chǔ)存能源和提供能源控制。動(dòng)力電池漠組放置在一個(gè)密封并且屏蔽的動(dòng)力電池箱里面,動(dòng)力電池系統(tǒng)使用可靠的高低壓接插件與整車進(jìn)行連接。系統(tǒng)內(nèi)的BMS實(shí)時(shí)采集各電芯的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、電池系統(tǒng)的總電壓值和總電流值、電池系統(tǒng)的絕緣電阻值等數(shù)據(jù),并根據(jù)BMS中設(shè)定的閥值判定電池系統(tǒng)工作是否正常,并對(duì)故障實(shí)時(shí)監(jiān)控。動(dòng)力電池系統(tǒng)通過(guò)BMS使用CAN與VCU或充電初之間進(jìn)行通信,對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行充放電等綜合管理。然后實(shí)現(xiàn)對(duì)HV電池正極和負(fù)極接觸器繼電器的控制,實(shí)現(xiàn)線路的接通和斷開(kāi),從而完成對(duì)HV電池的控制管理。具體控制如圖9所示。
整車控制器(VMS)及其控制原理(如圖10所示)的主要功能有:(1)識(shí)別駕駛員意圖的識(shí)別;(2)電動(dòng)轎車啟動(dòng)和停止控制的實(shí)施;(3)再生制動(dòng)能量回收的實(shí)現(xiàn);(4)對(duì)整車狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),并實(shí)現(xiàn)在線診斷功能;(5)整車安全監(jiān)控和安全策略的實(shí)現(xiàn);(6)控制DC/DC變化期,維持12V低壓網(wǎng)絡(luò)電量的平衡;(7)與車載其他控制器進(jìn)行通信和發(fā)送數(shù)據(jù);(8)采集電動(dòng)轎車運(yùn)行所必需的傳感器信號(hào),驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、真空制動(dòng)泵、助力轉(zhuǎn)向電機(jī)、電子水泵和風(fēng)扇等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
純電動(dòng)汽車的上電原理,包括低壓系統(tǒng)上電和高壓系統(tǒng)上電兩個(gè)過(guò)程。
(1)低壓上電:當(dāng)點(diǎn)火鑰匙由OFF到ON時(shí),VMS、BMS、MCU了圖玉上電,所有控制器被激活,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化檢查和檢測(cè)。
(2)高壓上電:車鑰匙位于ON擋,BMS、MCU當(dāng)前狀態(tài)正常且在之前一次上下電過(guò)程中整車無(wú)嚴(yán)重故障。①BMS、MCU初始化完成,VMS確認(rèn)狀態(tài);②閉合電池繼電器;③閉合主繼電器;④MCU高壓上電;⑤如擋位在N擋,儀表顯示Ready燈點(diǎn)亮。
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原文標(biāo)題:純電動(dòng)汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與控制原理
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