贞光科技 | 新能源汽车结构与原理

电动汽车基本结构

电动汽车：以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路安全、安全法规各项要求的车辆。其基本构造主要由四部分构成：底盘与车身、电源系统、电驱系统、辅助系统。相比于传统汽车而言，由于电动机具有良好的牵引性，因此纯电动汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由调速系统改变电动机的转速即可实现。因此，纯电动车具有结构简单、维护方便的优势。

 

 

电动汽车电源系统

电源系统主要包括动力电池系统、车载充电机（OBC,On-Board Charger）、直流转换器（DC/DC）等。

 

 

电源系统示例图

 

动力电池系统是电动汽车的动力源，能量的存储装置，驱动电动汽车电池、电池管理系统及附属装置等，其主要构成要素包括动力电池组(电池模块)、电池管理系统(BMS)、电池冷却系统、动力电池组箱体，主要是为车辆行驶提供动力，检测计算电量，检测温度、电压、湿度，检测漏电等异常情况并进行发出警报，控制充放电，控制预充电，系统自检等，动力电池如图：

 

 

电动汽车动力电池系统示例图

动力电池系统的基本功能可以分为检测、管理、保护三大块。具体来看，包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护等功能。

车载充电机：是指固定安装在电动汽车上的充电机，把电网供电制式转换为动力电池充电要求的制式。具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力，充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程。

 

 

车载充电机

直流转换器（DC/DC）：可以将动力电池输出的某一数值的直流电源电压转化为另一数值的直流电源电压，起到调节电源输出、稳定电源电压的作用。通常可以分为三种:高压转高压DC/DC变换器、高压转低压 DC/DC变换器低压稳压DC/DC变换器。

直流/直流变换器输入端连接动力电池高压输出端，输出端连接呈并联关系的低压用电器和蓄电池。当整车控制器(VCU)未接到高压指令时，蓄电池给低压用电器供电。当VCU收到上高压指令后，直流/直流变换器启动，动力电池输出的高压电经直流/直流变换器转换后输出稳定的低压电。直流/直流变换器要根据车辆用电器实际用电情况和蓄电池的充放电平衡给低压用电器和蓄电池供电。

电源三合一：DC/DC转换器、充电机、高压配电盒（PDU,Power Distribution Unit）这三个控制单元合为一体逐渐成为当今行业的发展趋势。

电驱系统

电驱动系统是电动汽车的核心，一般由电机、电机控制器和机械传动装置组成，它的结构形式直接影响电动汽车驱动系统的布置形式。目前，将电机、电控控制器（MCU, Motor Control Unit）和减速器集成为一体的三合一电驱动系统，因轻量化、节省空间和成本等优势已成为纯电动汽车电驱动系统的发展主流。

 

 

电驱系统示例图

 

电动汽车动力驱动系统是能量存储系统与车轮之间的纽带，其作用是将能量存储系统输出的能量(化学能、电能)转换为机械能，推动车辆克服各种滚动阻力、空气阻力、加速阻力和爬坡阻力，制动时将动能转换为电能回馈给能量存储系统。为适应驾驶人的传统操作习惯，纯电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及相关手柄或按钮等。在纯电动汽车上是将加速踏板，制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号输入到中央控制单元来对汽车实行控制的。对于变速杆，为遵循驾驶人的传统习惯，一般仍需保留，最常见的有空挡、前进、例挡三个挡位，该装置以开关信号的形式传输到中央控制单元，对汽车进行前进，停车，倒车进行控制。

电机

车辆行驶的执行机构，常用的驱动电机为永磁同步电机，效率高、体积小、可靠性高。

 

 

电机示例图

驱动电动机在纯电动汽车中被要求具备电动机和发电机的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能;而在减速和下坡滑行时又被要求发挥其主要的发电机功能，将车轮的惯性动能转换为电能。对驱动电动机的选型一定要根据其负载特性来进行。

电机控制器

电机控制器MCU就是一种由微处理器、电源电路和控制电路组成的芯片，主要用于控制各种类型的电动机，例如交流和直流电机等等。它可以根据具体的需求来实现电机的加速、减速、定速、反转等运动控制，实现对电机的控制。

 

 

电机控制器MCU示例图

减速器

一种传动装置，在电机和车轮之间起匹配转速和传递扭矩的作用。减速机又被叫为减速器，减速机本身不能产生动力，是用在原动机和工作机之间的传动动力的机械，是在工业生产中经常用到的一种传动设备，且它的种类、功能多样，适用于多种工业生产类型。而减速机的作用主要可以概括为两种，一是起到了降低转速的作用，二是增大扭矩的作用。

辅助系统

辅助系统包括车载信息显示系统、辅助操控系统、辅助动力源、空调、主被动安全系统、冷却循环系统等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和成员的驾驶舒适性。

车载信息显示系统

是一种能使驾驶员在行驶过程中，通过车载电子装备及时了解汽车运行的状况信息和外界信息的装置。车载信息系统包括汽车信息显示系统和信息通信系统两部分。其中，汽车运行的状况信息可通过观察仪表盘的显示来得到，而外界信息需要通过与外界联系的通信设备才能得到。

辅助操控系统

智能辅助驾驶是一种基于车载传感器、通信技术、AI算法等技术手段的驾驶辅助系统，智能辅助驾驶系统是为了提高驾驶员的驾驶体验、提升驾驶安全性而配备在汽车中的一系列智能设备和功能。这些系统旨在辅助驾驶员驾驶车辆，减少人为误操作，提高行车安全。目前的辅助驾驶，基本上由车道保持辅助系统、自动泊车辅助系统、刹车辅助系统、倒车辅助系统和行车辅助系统组成，主要目的是提高驾驶的安全性、舒适性和便捷性，从而更好地服务驾驶人员和乘客。

车道保持辅助系统（Lane Keeping Assistant，LKA）：该系统可以自动识别车道线，并通过控制方向盘或刹车来帮助驾驶员维持车辆在车道内行驶。

自适应巡航控制系统（Adaptive Cruise Control，ACC）：该系统可以通过车载雷达和摄像头等装置识别前方的车辆，从而动态地控制车速，使车辆与前面的车保持一定的距离，以减少车辆的碰撞概率。

智能停车系统（Intelligent Parking Assist System，IPAS）：该系统可以通过车载摄像头和传感器等装置帮助驾驶员在狭小的车位中完成倒车入库等操作。

盲点监测系统（Blind Spot Monitoring，BSM）：该系统可以通过车载雷达和摄像头等装置识别车辆的盲区，并在需要时提供视觉或声音警告。

空调系统

汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。

被动安全系统

所谓被动安全系统（Passive Safety System）是指汽车发生交通事故后，对乘员进行保护的装备措施，以避免伤害或将伤害降到最低程度。

当汽车发生碰撞，碰撞传感器将碰撞强度信号给到安全气囊控制单元（SRS ECU），如果信号值达到设定值，控制单元发送点火信号触发气体发生器点爆，安全气囊迅速充气，并收紧安全带，以保护乘员安全。

 

主动安全系统

是指通过一系列安全系统措施，使驾驶员能够更加稳定、自如地操控汽车。无论是直线上的刹车与加速，还是转弯或变换车道，这些系统都应使车辆保持平稳，不偏离预定的行驶轨迹，同时确保驾驶员的视野开阔、舒适驾驶。包括：ABS(防抱死制动系统)、EBD(电子制动力分配系统)、ESP(电子稳定系统)、TCS(牵引力控制系统)、LDWS(车道偏离预警系统)、全景环视系统、盲点警示系统、并道辅助系统、TPMS(胎压侦测系统)、VSA（车辆稳定性控制系统）等。

 

冷却循环系统

新能源汽车冷却系统由散热器、水泵等部分组成，它的工作原理非常类似于传统汽车的冷却系统。其中，水泵通过水管将冷却液循环到发动机附近，经过散热器之后把热量传出，然后再循环回来，如此循环不停。新能源汽车冷却系统的核心部分是电池温度控制系统。因为电池的散热要比传统的发动机要复杂很多，所以需要控制系统来监测电池的温度，一旦温度过高，就及时地加强冷却，电池不会过热，从而提高电池的寿命。

 

 

冷却循环系统

电动汽车工作原理

电动汽车其实就是一个电能的传输，这个表示的就是电动汽车在行驶过程中的一个信号流和能量流。

信号流：VCU通过采集加速踏板、制动踏板、方向盘转向等驾驶员意图信息，并根据这些信息向BMS、MCU等其它控制单元发出相应的指令。

能量流：车载充电机通过充电接口接入电网向动力电池充电，动力电池向驱动电机供电，电机运转带动车辆行驶；当电动汽车制动或滑行时，电机可运行在发电状态，将车辆的部分动能回馈给动力电池以对其充电，延长续驶里程。

来源：新能源汽车电控开发与测试