电动汽车三电简介

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1、1 电动汽车三电基本情况 电动汽车三电基本情况 . 1 1动力电池 . 2 1.1锂离子电池简介 2 1.1.1锂电池五个主要参数 2 1.1.2充电过程与充电方法 2 1.1.3三元锂和磷酸铁锂对比分析 3 1.1.4三元锂电池的优缺点 3 1.1.5磷酸铁锂电池优缺点 4 1.1.6综合分析 5 2驱动电机 . 7 2.1两类电机的工作原理 7 3控制系统 . 9 3.1整车控制器控制系统结构 9 3.2整车控制器功能说明 11 2 1 动力电池 1.1 锂离子电池简介 1.1.1 锂电池五个主要参数 1.容量 常用 Ah(安时 )表示， 1Ah 就是能在1A 的电流下放电1 小时，与电池

2、容量相关的一 个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C 表示， C 为蓄电池的 额定容量。例如，用2A 电流对1Ah 电池充电，充电速率就是2C。 2.标称电压 电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电 极电位和内部电解液的浓度决定。 3.内阻 电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变 的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。 4.充电终止电压 蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也 不会上升，此时的电压称为充电终止电压。 5.放电终止电压 放电终

3、止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电 池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正 常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。 1.1.2 充电过程与充电方法 电池的充电过程通常可分为预充电 、快速充电 、补足充电 、涓流充电 1.预充电 对长期不用的或新电池充电时，一开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此， 这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。 3 2.快速充电 快速充电就是用大电流充电，迅速恢复电池电能。快速充电速率一般在1C 以上，快 速充时间由电池容量和充电

4、速率决定。快速充电分恒流充电和脉冲充电两种，恒流充电就 是以恒定电流对电流充电。脉冲充电则是首先用脉冲电流对电池充电,然后让电池放电，如 此循环。 3.补足充电 采用某些快速充电止法时，快速充电终止后，电池并未充足电。为了保证充入100% 的电量，还应加入补足充电过程。补足充电速率一般不超过0.3C。 4.涓流充电 在补足充电过程中，温度会继续上升，当温度超过规定的极限时，充电器转入涓流充 电状态。 为保证电池充电不过充，可以采用定时控制、电压控制和温度控制等方案，目前快速 充电器中通常采用包括定时控制、电压控制和温度控制的综合控制法。 1.1.3 三元锂和磷酸铁锂对比分析 电动汽车的电池当前

5、有2 个主流设计。 一种是以特斯拉车为代表的，采用三元（镍 Ni、 钴 Co、锰 Mn 或者镍 Ni、钴 Co、铝 Al）锂电池 +高智商的电池管理系统，充分发挥三元锂 电能量密度大的优势；一种是以比亚迪为代表的，采用磷酸铁锂电池+相对简单的电池管理 系统，充分利用磷酸铁锂电池耐操的优势。 1.1.4 三元锂电池的优缺点 优势： 1.能量密度高，可超过200WH/Kg； 不足： 2.输出效率低 特斯拉使用的是NCR18650A型电池， 典型容量3070mAH， 持续放电电流只能达到2C， 同时 2C下放电效果最好。 4 3.容量衰减快，寿命短 特斯拉汽车用的电池在同样充放电电流下，每次从 0%

6、-100%循环，900 次后容量已经衰 减到55%，如果每次从0%-50%的话，即便3000 次循环容量依然可以保持70%的容量。 4.安全性差 不论哪个品牌的三元材料锂电池，在内部短路或者正极材料遇水后都会有明火产生， 即便 18650 电池外有钢壳保护，依然无法承受极端冲击。 1.1.5 磷酸铁锂电池优缺点 优势： 1.高效率输出 磷酸铁锂电池标准放电电流25C，连续最高放电电流可达10C，瞬间脉冲放电（10S） 可达 20C。 2.循环使用次数高，寿命长 0%-100%的循环下 3000 次容量才衰减到80%，满电长期存放衰减速度慢。 3.安全性能好 穿刺、短路、350高温都不会爆炸燃烧

7、。 4.正极材料氧化铁磷酸盐储量充沛，磷酸铁锂电池研发、生产厂家多 不足： 1.能量密度低，只有约150WH/Kg。 5 2.低温下容量衰减巨大（-10下容量为25下的 55%左右） 。 1.1.6 综合分析 1.倍率放电 虽然三元锂电池不如磷酸铁锂，但是纯电动车电池容量大，电机功率大多不太大，高 倍率放电的情况很少，缺点表露的不明显。目前销售较好的大多是商用车，特别是城市公 交，大客车。这类汽车高倍率放电次数极少，电池容量大，对充放电时间不敏感，而对成 本、续航有要求。但是在乘用车市场上，考虑的因素有很大不同，由于乘用车留给电池的 空间不多，所以鉴于目前磷酸铁锂电池能量密度已经基本达到理论的

8、极致，而三元电池的 能量密度还有很大的提升空间，不少厂家纷纷着手研发和应用三元材料。 2.使用寿命 三元锂电池不如磷酸铁锂，而对插电混合动力汽车来说，电池经常要高倍率放电，而 且充放次数较多，对于高倍率性能不佳、寿命较短的三元锂电池来说并不合适。所以，在 电池路线上，很多插电混合动力汽车和纯电动客车依然应该坚持磷酸铁锂路线。 3.电源管理 虽说磷酸铁锂在能量密度上已经无法与三元材料比拟，但是在市场应用上，以磷酸铁 锂为电芯所组成的电池较为简单，不需要太多保护辅助设备，而三元电池虽然电池电芯密 度很高，但由于其安全性差不耐高温，所以必须结合一套复杂的电池保护设备，而这些设 备都加大了汽车的重量，

9、使得三元电池在能量密度上的优势削弱了，目前无法完全取代磷 酸铁锂。综合能量密度、低温性能等方面，三元电池综合性能优于磷酸铁锂电池，但是在 稳定性以及成本上，磷酸铁锂仍具有牢固的地位。 4.成本、安全性 三元材料中的钴是相对稀有的金属，地球上储藏量有限，这就造成有这个元素的电池 价格下不来。而磷酸铁锰锂，这些元素在地球上很富有，从经济性上来考虑，磷酸铁锂电 池价格更低廉。 动力电池单体主要参数 6 注： * 满分为 5 分，价格越高评分越高，安全性越高评分越高。 高压、高能量密度正极材料是未来主要发展趋势 7 2 驱动电机 目前电动车电机主要采用以下两类，交流异步电机和稀土永磁同步电动机 2.1

10、 两类电机的工作原理 1.异步电机 (感应电机 ) 工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流,产生电磁转矩,转子中并不直 接产生磁场 .因此 ,转子的转速一定是小于同步速的(没有这个差值,即转差率 ,就没有转子感 应电流 ),也因此叫做异步电机. 2.同步电机 转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生),定子旋转磁场“拖着 “转子磁 场(转子 )转动 ,因此转子的转速一定等于同步速,也因此叫做同步电机 主要的区别如下： 1.交流异步电机特点： 优点：结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。 缺点：功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。 异步电机运行时，必须从电网吸取无功

11、励磁功率，使电网的功率因数变坏。因此，对 驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。 2.稀土永磁同步电动机的特点： 稳态运行时， 转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p ， ns 称为同步转速。 若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。 稀土永磁同步电动机是在现有电动机（如Y系列异步电动的基础上，加装稀土永磁材 料而形成的高性能的电机产品。该电机以其独特的性能代表着电机的发展方向，这种电机 与 Y系列电机相比，具有以下优点: 1.效率高 异步电机是感应电机，要吸收能量建立电机主磁场，造成一定的能量损耗；稀土永磁 同步电机转子中

12、安装有稀土永磁材料，建立了转子磁场，不再吸收能量来建立电机磁场， 转子与定子磁场同步运行，转子绕组中无感生电流，消除了转子电阻铜耗和磁滞损耗，节 省了电能，提高了电机效率。稀土永磁同步电机与异步电机相比，可减小定子电流15%， 8 可提高运行效率20%左右。 2.功率因数高 异步电机因需要从电池动力包中吸收电流励磁，电机无功电流大，功率因数低 稀土永磁同步电机中不再需要感应电流励磁，定子绕组几乎不存在无功电流，电机的功率 因数近于1，减小了定子电流，使定子损耗降低，进一步提高了电机的效率。同时功率因 数的提高，减少了电池能量的损耗。 3.起动力矩大 通过改变稀土永磁电机转子结构，使电机的起动转

13、矩倍数大于Y 系列异步电机， 因此 在需要大起动转距的设备中（如油田抽油机电机） ，可以用较小容量的稀土永磁电机替代较 大容量的 Y系列异步电机， 如用 37KW稀土永磁电机代替45KW55KW 的 Y系列异步电机， 较好的解决了“大马拉小车”的问题，节省了设备的投入费用，提高了系统的运行效能。 4.力能指标好 由于负载波动，电动机负荷常在30%-90%之间变化， Y 系列异步电机在60%的负荷下 工作时，其效率下降15%，功率因数下降30%，力能指标下降40%，而稀土永磁电机的效 率和功率因数下降甚微，当电机只有20%负荷时，稀土永磁电机的力能指标仍为满负荷的 80%以上，这进一步提高了电能

14、的使用效率和能量的损耗。 9 3 控制系统 电动汽车由多个子系统构成的一个复杂系统，主要包括电池、电机、制动 等动力系统 以及其它附件（如图1 所示）。各子系统几乎都通过自己的控制单 元（ECU ）来完成各自功能和目标。 纯电动汽车控制系统硬件框架 信号 调节 电路 功率 驱动 电路 电源 电路 通讯 电路 整车控制器电机控制器仪表ECU电池管理系统 MCU 外围 电路 车载充电机 图 1 纯电动汽车控制系统硬件框架 为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有 智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配，这项 任务需要由控制系统中的整车控制器 （VCU

15、 ）来完成。基于总线的分布式控制网 络是使众多子系统实现协同控制的理想途径。 由于 CAN总线具有造价低廉、传输速率高、安全性可靠性高、纠错能力强 和实时性好等优点，己广泛应用于中、低价位汽车的实时分布式控制网络。随 着越来越多的汽车制造厂家采用CAN协议， CAN逐渐成为通用标准。采用总线 网络可大大减少各设备间的连接信号线束，并提高系统监控水平。另外，在不 减少其可靠性前提下，可以很方便地增加新的控制单元，拓展网络系统功能。 3.1 整车控制器控制系统结构 整车控制器主要包括微控制器（MCU ）、模拟量输入和输出、开关量调节、 继电器驱动、高、低速CAN总线、电源等模块。整车控制器对各个环

16、节进行管 理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。 10 整车控制器通过相关传感器采集司机驾驶信号，通过CAN 总线获得电机和 电池系统的相关信息，进行分析和运算，通过CAN 总线给出电机控制和电池管 理指令，实现整车 驱动控制 、能量优化控制 和制动回馈控制 。另外，整车控制 器还具有组合仪表接口功能，可显示整车状态信息，具备完善的故障诊断和处 理功能以及整车网关及网络管理功能。 整车控制器结构原理图 电源模块 微 控 制 器 A/D 转 换 开 关 量 调 节 光 电 隔 离 光 电 隔 离 光电隔离 仪 表 驱 动 高速 CAN 总线接口 继 电 器 驱 动 加速踏板信号 制动踏板信号 水温信号 充电开关 启动钥匙 空调开关 模式开关 制动踏板开关 档位开关 车速传感器 电机转速 车速 电池 SOC 故障指示灯 主继电器 空调继电器 DC/DC 继电器 备用继电器 组 合 仪 表 电机控制器 MCU 电池管理 BMS 通信 节点 监控 节点 vcu 高速 CAN总线 存储器 电池电流 电池电压 电池温度 其它参数 辅 助 仪 表 光电隔离