◆文/北京 楊珊珊

東南V5電動(dòng)汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)原理介紹

◆文/北京 楊珊珊

純電動(dòng)汽車完全由動(dòng)力蓄電池提供電力驅(qū)動(dòng)，由于蓄電池普遍存在充電時(shí)間長(zhǎng)、壽命短、外形尺寸和重量大等嚴(yán)重缺點(diǎn)，一直以來(lái)，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)較小。隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車的支持力度不斷加大，相關(guān)政策、法規(guī)也不斷完善，純電動(dòng)汽車普及得越來(lái)越廣。本文將以東南V5電動(dòng)汽車為例，介紹純電動(dòng)汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)及其控制原理。

一、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)完成部件

1.電池系統(tǒng)架構(gòu)

電池系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，動(dòng)力電池系統(tǒng)包含地板下的電池包(圖2)、后備箱的電池包(圖3)以及兩電池包之間連接的高低壓線束(圖4)等，為整車提供電能。

電池包1內(nèi)的電池管理系統(tǒng)(BMS)監(jiān)測(cè)與分析電池系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，一旦出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫及過(guò)流等現(xiàn)象時(shí)，會(huì)將電池系統(tǒng)的故障等級(jí)發(fā)送到整車網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)不同的故障等級(jí)實(shí)施不同的措施，保證駕駛員安全。此外，BMS還具有高壓電安全管理功能，包括碰撞斷電、充電控制、高壓互鎖、熱管理、高壓采樣、高壓絕緣監(jiān)測(cè)、高壓繼電器驅(qū)動(dòng)、高壓繼電器診斷、高壓預(yù)充控制、管理電池狀態(tài)及應(yīng)用策略等。

圖1 基本結(jié)構(gòu)

圖2 電池包1

圖3 電池包2

圖4 高低壓線束

2.電機(jī)系統(tǒng)

包括永磁同步電機(jī)和電機(jī)控制器，電機(jī)(圖5)用于驅(qū)動(dòng)車輛行駛，其特點(diǎn)是易于安裝和維護(hù)方便，此外還具有體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、高效率和控制精度高、低振動(dòng)噪聲、高轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，給客戶帶來(lái)舒適、安全平穩(wěn)的駕駛感。

圖5 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

電機(jī)控制單元(MCU，圖6)通過(guò)外部開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入來(lái)獲取當(dāng)前轉(zhuǎn)矩指令、運(yùn)行模式和旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)反饋得到的電流和電機(jī)位置信號(hào)，將高壓直流電源變換為所需要的電壓幅值和頻率可調(diào)的三相交流電，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和對(duì)電機(jī)的相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。

圖6 電機(jī)控制器

3.DC-DC變換器及充電機(jī)

DC-DC變換器與充電機(jī)(圖7)集成為一體機(jī)內(nèi)，變換器將高壓直流電變換成低壓直流電供整車的低壓負(fù)載使用，且可以對(duì)低壓鉛酸電池進(jìn)行充電；電機(jī)將220V交流電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)車充電電池使用的高壓直流電。充電機(jī)具有充電穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，并具有輸出短路，輸出反接，輸出過(guò)欠壓，輸入過(guò)欠壓，過(guò)溫等保護(hù)功能。

圖7 變換器和充電機(jī)

4.整車控制系統(tǒng)

整車控制系統(tǒng)(VCU，圖8)的作用是讀取各傳感器的輸入信號(hào)，并按設(shè)定的程序進(jìn)行計(jì)算處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)輸出到各系統(tǒng)的執(zhí)行元件。同時(shí)ECU的故障診斷系統(tǒng)對(duì)各部件或功能進(jìn)行監(jiān)控，一旦探測(cè)到故障并確認(rèn)后，則存儲(chǔ)故障碼，調(diào)用“跛行回家”模式。當(dāng)探測(cè)到故障消失時(shí)，車輛恢復(fù)正常使用。

圖8 整車控制單元

二、動(dòng)力控制邏輯

整車控制器作為信息控制中心，負(fù)責(zé)組織信息傳輸、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理、故障診斷和處理等功能，可通過(guò)通信圖(圖9)來(lái)了解其控制內(nèi)容。

圖9 整車控制原理

(1)根據(jù)制動(dòng)和加速踏板、行駛狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)等信息，向電機(jī)控制器發(fā)出指令，滿足駕駛工況要求，并在制動(dòng)且不影響制動(dòng)性能的前提下，回收部分能量。

(2)通過(guò)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、及其他車載能源系統(tǒng)(如空調(diào))的協(xié)調(diào)和管理，以獲得最佳的能量利用率。

(3)連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷和存儲(chǔ)故障碼，供維修時(shí)查看。對(duì)于不太嚴(yán)重的故障，能做到“跛行回家”。

(4)通過(guò)傳感器和CAN總線，檢測(cè)車輛各系統(tǒng)狀態(tài)信息，包括車速、里程、電機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、電池電量及故障信息等，然后將這些信息傳送至儀表顯示出來(lái)。

(5)在慢充時(shí)，啟動(dòng)DCDC、水泵、冷卻風(fēng)扇；快充時(shí)VCU不作動(dòng)。

三、冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的作用是保持驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器和DC-DC在任何工況下都處于適當(dāng)?shù)臏囟?，冷卻方法為水冷強(qiáng)制壓力循環(huán)式(圖10)，水泵為離心葉輪式電動(dòng)泵，在循環(huán)系統(tǒng)中給冷卻液加壓使其在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)。當(dāng)冷卻液溫度超過(guò)了規(guī)定的范圍時(shí)，主水泵工作，使冷卻液通過(guò)散熱器進(jìn)行循環(huán)，將吸收的熱量散入空氣中。

冷卻系根據(jù)車輛的行駛或充電有2種工作情況，并取決于電機(jī)系統(tǒng)和DC-DC的控制需求如下。

1.在行駛時(shí)

(1)電機(jī)系統(tǒng)控制需求：點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，開(kāi)啟水泵，控制占空比為50%；當(dāng)控制器溫度≥50℃或電機(jī)溫度≥80℃時(shí)，水泵控制占空比100%，風(fēng)扇低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)控制器溫度≥60℃或電機(jī)溫度≥90℃時(shí)，水泵控制占空比100%，風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)控制器溫度≤40℃且電機(jī)溫度≤70℃時(shí)，水泵控制占空比100%,低速風(fēng)扇關(guān)閉。

(2)DC-DC控制需求：在溫度40℃時(shí)水泵轉(zhuǎn)速50%，當(dāng)溫度上升到60℃時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速100%；當(dāng)溫度上升到70℃時(shí)，風(fēng)扇低速運(yùn)轉(zhuǎn)；上升到85℃時(shí)風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)；溫度下降到75℃時(shí)高速風(fēng)扇關(guān)閉；溫度下降到65℃時(shí)低速風(fēng)扇關(guān)閉，水泵轉(zhuǎn)速100%；下降到50℃時(shí)水泵轉(zhuǎn)速70%；溫度下降到30℃時(shí)水泵占空比為50%。總之，冷卻系統(tǒng)的水泵和風(fēng)扇開(kāi)啟以溫度更低系統(tǒng)為判定條件，關(guān)閉以溫度更高為判定條件。

2.在充電時(shí)

充電開(kāi)始后，水泵繼電器吸合，當(dāng)溫度40℃時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速50%；上升到60℃時(shí)水泵轉(zhuǎn)速100%；上升到70℃時(shí)，低速風(fēng)扇開(kāi)啟；上升到85℃時(shí)，高速風(fēng)扇開(kāi)啟；當(dāng)溫度下降到75℃時(shí)，高速風(fēng)扇關(guān)閉；溫度下降到65℃時(shí)，低速風(fēng)扇關(guān)閉；下降到50℃時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速70%；下降到30℃時(shí)水泵關(guān)閉。充電完成時(shí)，關(guān)閉水泵繼電器。

圖10 冷卻循環(huán)

(作者楊珊珊工作單位：中交(北京)交通產(chǎn)品認(rèn)證中心有限公司)