新能源汽車結(jié)構(gòu)與原理

電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)

電動(dòng)汽車：以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路安全、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。其基本構(gòu)造主要由四部分構(gòu)成：底盤與車身、電源系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)汽車而言，由于電動(dòng)機(jī)具有良好的牽引性，因此純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)不需要離合器和變速器。車速控制由調(diào)速系統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)。因此，純電動(dòng)車具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的優(yōu)勢。

電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要包括動(dòng)力電池系統(tǒng)、車載充電機(jī)（OBC,On-Board Charger）、直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）等。

電源系統(tǒng)示例圖

動(dòng)力電池系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，能量的存儲(chǔ)裝置，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車電池、電池管理系統(tǒng)及附屬裝置等，其主要構(gòu)成要素包括動(dòng)力電池組(電池模塊)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、電池冷卻系統(tǒng)、動(dòng)力電池組箱體，主要是為車輛行駛提供動(dòng)力，檢測計(jì)算電量，檢測溫度、電壓、濕度，檢測漏電等異常情況并進(jìn)行發(fā)出警報(bào)，控制充放電，控制預(yù)充電，系統(tǒng)自檢等，動(dòng)力電池如圖：

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)示例圖

動(dòng)力電池系統(tǒng)的基本功能可以分為檢測、管理、保護(hù)三大塊。具體來看，包括數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、均衡控制、熱管理、安全保護(hù)等功能。

車載充電機(jī)：是指固定安裝在電動(dòng)汽車上的充電機(jī)，把電網(wǎng)供電制式轉(zhuǎn)換為動(dòng)力電池充電要求的制式。具有為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，安全、自動(dòng)充滿電的能力，充電機(jī)依據(jù)電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成充電過程。

車載充電機(jī)

直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）：可以將動(dòng)力電池輸出的某一數(shù)值的直流電源電壓轉(zhuǎn)化為另一數(shù)值的直流電源電壓，起到調(diào)節(jié)電源輸出、穩(wěn)定電源電壓的作用。通?？梢苑譃槿N:高壓轉(zhuǎn)高壓DC/DC變換器、高壓轉(zhuǎn)低壓 DC/DC變換器低壓穩(wěn)壓DC/DC變換器。

直流/直流變換器輸入端連接動(dòng)力電池高壓輸出端，輸出端連接呈并聯(lián)關(guān)系的低壓用電器和蓄電池。當(dāng)整車控制器(VCU)未接到高壓指令時(shí)，蓄電池給低壓用電器供電。當(dāng)VCU收到上高壓指令后，直流/直流變換器啟動(dòng)，動(dòng)力電池輸出的高壓電經(jīng)直流/直流變換器轉(zhuǎn)換后輸出穩(wěn)定的低壓電。直流/直流變換器要根據(jù)車輛用電器實(shí)際用電情況和蓄電池的充放電平衡給低壓用電器和蓄電池供電。

電源三合一：DC/DC轉(zhuǎn)換器、充電機(jī)、高壓配電盒（PDU,Power Distribution Unit）這三個(gè)控制單元合為一體逐漸成為當(dāng)今行業(yè)的發(fā)展趨勢。

電驅(qū)系統(tǒng)

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，一般由電機(jī)、電機(jī)控制器和機(jī)械傳動(dòng)裝置組成，它的結(jié)構(gòu)形式直接影響電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置形式。目前，將電機(jī)、電控控制器（MCU, Motor Control Unit）和減速器集成為一體的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因輕量化、節(jié)省空間和成本等優(yōu)勢已成為純電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展主流。

電驅(qū)系統(tǒng)示例圖

電動(dòng)汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與車輪之間的紐帶，其作用是將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)輸出的能量(化學(xué)能、電能)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，推動(dòng)車輛克服各種滾動(dòng)阻力、空氣阻力、加速阻力和爬坡阻力，制動(dòng)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回饋給能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。為適應(yīng)駕駛?cè)说膫鹘y(tǒng)操作習(xí)慣，純電動(dòng)汽車仍保留了加速踏板、制動(dòng)踏板及相關(guān)手柄或按鈕等。在純電動(dòng)汽車上是將加速踏板，制動(dòng)踏板的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)輸入到中央控制單元來對汽車實(shí)行控制的。對于變速桿，為遵循駕駛?cè)说膫鹘y(tǒng)習(xí)慣，一般仍需保留，最常見的有空擋、前進(jìn)、例擋三個(gè)擋位，該裝置以開關(guān)信號(hào)的形式傳輸?shù)街醒肟刂茊卧?，對汽車進(jìn)行前進(jìn)，停車，倒車進(jìn)行控制。

電機(jī)

車輛行駛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁同步電機(jī)，效率高、體積小、可靠性高。

電機(jī)示例圖

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在純電動(dòng)汽車中被要求具備電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;而在減速和下坡滑行時(shí)又被要求發(fā)揮其主要的發(fā)電機(jī)功能，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。對驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型一定要根據(jù)其負(fù)載特性來進(jìn)行。

電機(jī)控制器

電機(jī)控制器MCU就是一種由微處理器、電源電路和控制電路組成的芯片，主要用于控制各種類型的電動(dòng)機(jī)，例如交流和直流電機(jī)等等。它可以根據(jù)具體的需求來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速、減速、定速、反轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。

電機(jī)控制器MCU示例圖

減速器

一種傳動(dòng)裝置，在電機(jī)和車輪之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩的作用。減速機(jī)又被叫為減速器，減速機(jī)本身不能產(chǎn)生動(dòng)力，是用在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的傳動(dòng)動(dòng)力的機(jī)械，是在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到的一種傳動(dòng)設(shè)備，且它的種類、功能多樣，適用于多種工業(yè)生產(chǎn)類型。而減速機(jī)的作用主要可以概括為兩種，一是起到了降低轉(zhuǎn)速的作用，二是增大扭矩的作用。

輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括車載信息顯示系統(tǒng)、輔助操控系統(tǒng)、輔助動(dòng)力源、空調(diào)、主被動(dòng)安全系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)等，借助這些輔助設(shè)備來提高汽車的操縱性和成員的駕駛舒適性。

車載信息顯示系統(tǒng)

是一種能使駕駛員在行駛過程中，通過車載電子裝備及時(shí)了解汽車運(yùn)行的狀況信息和外界信息的裝置。車載信息系統(tǒng)包括汽車信息顯示系統(tǒng)和信息通信系統(tǒng)兩部分。其中，汽車運(yùn)行的狀況信息可通過觀察儀表盤的顯示來得到，而外界信息需要通過與外界聯(lián)系的通信設(shè)備才能得到。

輔助操控系統(tǒng)

智能輔助駕駛是一種基于車載傳感器、通信技術(shù)、AI算法等技術(shù)手段的駕駛輔助系統(tǒng)，智能輔助駕駛系統(tǒng)是為了提高駕駛員的駕駛體驗(yàn)、提升駕駛安全性而配備在汽車中的一系列智能設(shè)備和功能。這些系統(tǒng)旨在輔助駕駛員駕駛車輛，減少人為誤操作，提高行車安全。目前的輔助駕駛，基本上由車道保持輔助系統(tǒng)、自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)、剎車輔助系統(tǒng)、倒車輔助系統(tǒng)和行車輔助系統(tǒng)組成，主要目的是提高駕駛的安全性、舒適性和便捷性，從而更好地服務(wù)駕駛?cè)藛T和乘客。

車道保持輔助系統(tǒng)（Lane Keeping Assistant，LKA）：該系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別車道線，并通過控制方向盤或剎車來幫助駕駛員維持車輛在車道內(nèi)行駛。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，ACC）：該系統(tǒng)可以通過車載雷達(dá)和攝像頭等裝置識(shí)別前方的車輛，從而動(dòng)態(tài)地控制車速，使車輛與前面的車保持一定的距離，以減少車輛的碰撞概率。

智能停車系統(tǒng)（Intelligent Parking Assist System，IPAS）：該系統(tǒng)可以通過車載攝像頭和傳感器等裝置幫助駕駛員在狹小的車位中完成倒車入庫等操作。

盲點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)（Blind Spot Monitoring，BSM）：該系統(tǒng)可以通過車載雷達(dá)和攝像頭等裝置識(shí)別車輛的盲區(qū)，并在需要時(shí)提供視覺或聲音警告。

空調(diào)系統(tǒng)

汽車空調(diào)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對車廂內(nèi)空氣進(jìn)行制冷、加熱、換氣和空氣凈化的裝置。它可以為乘車人員提供舒適的乘車環(huán)境，降低駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行車安全。

被動(dòng)安全系統(tǒng)

所謂被動(dòng)安全系統(tǒng)（Passive Safety System）是指汽車發(fā)生交通事故后，對乘員進(jìn)行保護(hù)的裝備措施，以避免傷害或?qū)档阶畹统潭取?/p>

當(dāng)汽車發(fā)生碰撞，碰撞傳感器將碰撞強(qiáng)度信號(hào)給到安全氣囊控制單元（SRS ECU），如果信號(hào)值達(dá)到設(shè)定值，控制單元發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)氣體發(fā)生器點(diǎn)爆，安全氣囊迅速充氣，并收緊安全帶，以保護(hù)乘員安全。

主動(dòng)安全系統(tǒng)

是指通過一系列安全系統(tǒng)措施，使駕駛員能夠更加穩(wěn)定、自如地操控汽車。無論是直線上的剎車與加速，還是轉(zhuǎn)彎或變換車道，這些系統(tǒng)都應(yīng)使車輛保持平穩(wěn)，不偏離預(yù)定的行駛軌跡，同時(shí)確保駕駛員的視野開闊、舒適駕駛。包括：ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))、EBD(電子制動(dòng)力分配系統(tǒng))、ESP(電子穩(wěn)定系統(tǒng))、TCS(牽引力控制系統(tǒng))、LDWS(車道偏離預(yù)警系統(tǒng))、全景環(huán)視系統(tǒng)、盲點(diǎn)警示系統(tǒng)、并道輔助系統(tǒng)、TPMS(胎壓偵測系統(tǒng))、VSA（車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)）等。

冷卻循環(huán)系統(tǒng)

新能源汽車?yán)鋮s系統(tǒng)由散熱器、水泵等部分組成，它的工作原理非常類似于傳統(tǒng)汽車的冷卻系統(tǒng)。其中，水泵通過水管將冷卻液循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)附近，經(jīng)過散熱器之后把熱量傳出，然后再循環(huán)回來，如此循環(huán)不停。新能源汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的核心部分是電池溫度控制系統(tǒng)。因?yàn)殡姵氐纳嵋葌鹘y(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)要復(fù)雜很多，所以需要控制系統(tǒng)來監(jiān)測電池的溫度，一旦溫度過高，就及時(shí)地加強(qiáng)冷卻，電池不會(huì)過熱，從而提高電池的壽命。

冷卻循環(huán)系統(tǒng)

電動(dòng)汽車工作原理

電動(dòng)汽車其實(shí)就是一個(gè)電能的傳輸，這個(gè)表示的就是電動(dòng)汽車在行駛過程中的一個(gè)信號(hào)流和能量流。

信號(hào)流：VCU通過采集加速踏板、制動(dòng)踏板、方向盤轉(zhuǎn)向等駕駛員意圖信息，并根據(jù)這些信息向BMS、MCU等其它控制單元發(fā)出相應(yīng)的指令。

能量流：車載充電機(jī)通過充電接口接入電網(wǎng)向動(dòng)力電池充電，動(dòng)力電池向驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)車輛行駛；當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)或滑行時(shí)，電機(jī)可運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將車輛的部分動(dòng)能回饋給動(dòng)力電池以對其充電，延長續(xù)駛里程。

來源：新能源汽車電控開發(fā)與測試