【摘要】:电动汽车续驶里程与动力电池容量有关,动力电池容量受诸多因素限制。图4-2-1纯电动汽车电力驱动控制系统的组成1.电机驱动模块电机驱动模块主要由整车控制器、驱动控制器、电机和机械传动装置等组成。图4-2-7充电控制器外观3.辅助动力供给模块辅助动力供给模块的主要作用是供给电动汽车辅助系统不同等级的电压,并提供必要的动力,它主要给动力转向、空调、制动及其他辅助装置提供能源。纯电动汽车通常采用电子控制动力转向系统。
纯电动汽车电力驱动控制系统的组成如图4-2-1 所示,主要由电机驱动模块、车载电源模块和辅助动力供给模块3 部分组成。当汽车行驶时,由动力电池输出电能通过控制器驱动电机运转, 电机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与动力电池容量有关,动力电池容量受诸多因素限制。
图4-2-1 纯电动汽车电力驱动控制系统的组成
1.电机驱动模块
电机驱动模块主要由整车控制器、驱动控制器、电机和机械传动装置等组成。
从图4-2-1 中可以看出,为适应驾驶人的传统操纵习惯,纯电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及有关操纵手柄或按钮等。不过,在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,输入整车控制器来对汽车的行驶实行控制的。对于换挡杆,为遵循驾驶人的传统习惯,一般仍需保留,同样除了传统的驱动模式外也就只有前进、空挡、倒退3 个挡位,并且以开关信号传输到整车控制器来对汽车进行前进、停车、倒车控制。
(1)整车控制器
整车控制器不仅是电力驱动主模块的控制中心,而且要对整车控制起协调作用,整车控制器网络结构如图4-2-2 所示。它根据加速踏板或制动踏板的输入信号,向驱动控制器发出相应的控制指令,对电机进行起动、加速、减速和制动控制。在电动汽车进行减速或滑行时,整车控制器还配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈,即向动力电池充电。另外,还将与汽车行驶状态有关的速度、功率、电压等信息传输到辅助模块显示。
(2)驱动控制器(电机控制器)
驱动控制器(电机控制器)的作用是按照整车控制器的指令和电机速度、电流反馈信号,对电机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器(电机控制器)必须与电机配套使用,电机的调速主要采用调压和调频等方式,这主要取决于所选用的驱动电机类型。由于动力电池以直流电方式供电,因此对于直流电机,主要是通过DC/DC 转换器进行调压调速控制;对于交流电机,需通过DC/AC 转换器进行调频调压矢量控制;对于磁阻电机,则是通过控制其脉冲频率来进行调速。当汽车倒车时,需通过驱动控制器(电机控制器)使驱动电机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于减速和下坡滑行时,驱动控制器(电机控制器)使驱动电机运行于发电状态,驱动电机利用其惯性发电,将电能通过驱动控制器回馈给动力电池,所以驱动控制器与动力电池电源的电能流向是双向的。驱动控制器(电机控制器)外观如图4-2-3 所示。
(3)电机
电机承担电动和发电双重功能,将电能转化为机械能,或者机械能转化为电能。当汽车正常行驶时,电机发挥电动功能;当汽车在减速或下坡滑行时,电机发挥发电功能,即将车轮惯性动能转化为电能。驱动电机的选型一定要根据其负载特性来选,汽车在起步和上坡时要求有较大的起动转矩和相当的短时过载能力,并有较宽的调速范围和理想的调速特性,即在起动低速时为恒转矩输出,在高速时为恒功率输出。电机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件。纯电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能,它直接影响着汽车的各项性能指标,如汽车在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性能及能源转换效率。宝马 i8 混合动力电动跑车电机如图 4-2-4 所示。
图4-2-2 整车控制器网络结构
图4-2-3 驱动控制器(电机控制器)外观
图4-2-4 宝马i8 混合动力电动跑车电机
(4)机械传动装置
机械传动装置的功能是将电机驱动转矩传输给汽车的传动轴,带动车轮行驶。由于电机本身具有良好的调速特性,因此电动汽车的变速机构可被简化,采用一种固定传动比的减速装置,如图4-2-5 所示。因为电机可以带负载直接起动,所以可以省略传统内燃机汽车的离合器。又由于电机可以很容易实现正反向旋转,因此也无须使用变速器中的倒挡齿轮组实现倒车。
图4-2-5 固定传动比减速装置
2.车载电源模块
车载电源模块包括动力电池、动力电池管理系统和充电控制器(车载充电机)。其主要功用是向电机提供驱动电能、检测电源使用情况以及控制充电机向动力电池充电。
(1)动力电池
动力电池是纯电动汽车的唯一能源,如图4-2-6 所示。它除了供给汽车行驶所需的电能外,也供给汽车各种辅助装置的工作电源。为满足要求可以由多个单体电池串并联96~480 V 高压直流电池组,再通过DC/DC 转换器供给各个辅助用电设备。
图4-2-6 动力电池
(2)动力电池管理系统
动力电池管理系统的作用是在汽车行驶中进行能源分配,协调各功能部分的能量管理,使有限能源得到最大利用。管理系统核心是动力电池管理器,一般安装在动力电池体内。动力电池管理系统与电机驱动模块中的整车控制器配合控制发电回馈,使电动汽车在减速、制动、下坡滑行时进行能量回收,从而有效利用能源,提高电动汽车的续航能力。动力电池管理系统还与充电控制器(车载充电机)一同控制充电,对电动汽车用电池单体及整组进行实时监控、充放电、巡检及温度检测等。
(3)充电控制器(车载充电机)
充电控制器(车载充电机)的作用是将电网供电制式转换为满足动力电池充电要求的制式,即把交流电转化为相应电压的直流电,并按要求控制其充电电流。充电控制器(车载充电机)外观如图4-2-7 所示。
图4-2-7 充电控制器(车载充电机)外观
3.辅助动力供给模块
辅助动力供给模块的主要作用是供给电动汽车辅助系统不同等级的电压,并提供必要的动力,它主要给动力转向、空调、制动及其他辅助装置提供能源。
(1)辅助动力源
辅助动力源主要由辅助电源(一般为12 V 蓄电池)和DC/DC 转换器组成,功用是供给电动汽车上其他各种装置所需的动力电源。一般是12 V 或24 V 直流低压电源,主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动门窗等各种电气设备提供电源。目前部分车型DC/DC 转换器集成在驱动控制器(电机控制器)内部,还有部分车型集成在高压分配盒内。
(2)动力转向单元
转向装置是为实现汽车转弯所设置的。为提高驾驶员的操控性,现代汽车都采用动力转向。纯电动汽车通常采用电子控制动力转向系统(EPS)。
(3)驾驶室显示操控台
驾驶室显示操控台类似传统汽车的仪表盘,不过显示信息内容会根据电动汽车驱动的控制特点有所增减。其信息指示更多采用数字或液晶显示屏。它与前面所述的电子驱动主模块中的整车控制器结合由计算机控制。
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