【導(dǎo)讀】小編今天給大家談?wù)勈裁词请妱悠噭恿ο到y(tǒng)。故名思議,就是通過外部動力實現(xiàn)電動汽車驅(qū)動駕駛、提供持續(xù)不斷動力源的動力系統(tǒng)。在了解動力系統(tǒng)之前,我們先來了解下電動汽車。
什么是電動汽車?
根據(jù)百度百科上的說法,電動汽車(也稱BEV)是指以車載電源為動力,用電機(jī)驅(qū)動車輪行駛,符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小,其前景被廣泛看好,但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。
電動汽車的分類
目前,我們看到的電動汽車主要分為三種,一種是純電動車(BEV),完全由電機(jī)驅(qū)動的電動車;另外一種是混合電動汽車(也叫做復(fù)合電動汽車PHEV),一般指的是用油和電提供電動汽車動力源(即采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)兩者作為動力,可分開時間使用)的電動車;最后一種是燃料電池汽車(FCEV),采用的是氫氧混合燃料提供動力源,通常幾分鐘時間就可以“充滿電”,因為補充的燃料是氫氣,結(jié)合大氣中的氧氣化學(xué)作用產(chǎn)生動能,提供的是一種非常低碳環(huán)保的動力源。
電動汽車廠商
電動汽車廠商非常多,電動車應(yīng)用領(lǐng)域也非常的廣泛,目前比較著名的電動車廠商主要有特斯拉、比亞迪、豐田、日產(chǎn)、奇瑞、雪佛蘭、本田、寶馬、三菱、雷克薩斯等等。
特斯拉作為美國專注于電動車和能源公司,從08年推出首款Roadster運動跑車以來,在電動車領(lǐng)域發(fā)展一直處于業(yè)界領(lǐng)先地位,分別推出了Model S標(biāo)準(zhǔn)純電動車、Model X豪華電動超跑、以及即將上市的 Model 3 ,在電動車自動輔助駕駛技術(shù)更是領(lǐng)先一步。
互聯(lián)網(wǎng)造車熱潮同樣也帶領(lǐng)電動汽車發(fā)展走向新高潮,今年1月初,法拉第FF與戰(zhàn)略合作伙伴樂視正式推出首款量產(chǎn)車曝光,36小時全球預(yù)定量就達(dá)到了64124臺。格力集團(tuán)董明珠近期收購珠海銀隆新能源,正式進(jìn)軍互聯(lián)網(wǎng)汽車,奔向的目標(biāo)也是干凈、純潔環(huán)保的電動車方向,解決的不僅是電動車動力問題,還有就是電動車儲能的問題。
電動汽車動力系統(tǒng)及其工作原理
下面正式進(jìn)入正題,什么是電動汽車動力系統(tǒng)?在這里我們首先以典型的純電動汽車動力系統(tǒng)解析:
電動汽車動力系統(tǒng)基本構(gòu)成如下圖所示,電力驅(qū)動子系統(tǒng)又由電控單元、控制器、電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成。主能源子系統(tǒng)由主能源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成。輔助控制子系統(tǒng)具有動力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動力供給等功能。
電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心,也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機(jī)、電源和電動機(jī)控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。
純電動汽車動力系統(tǒng)工作過程:
動力系統(tǒng)的工作過程是,根據(jù)從制動踏板和加速踏板輸入的信號,電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制電動機(jī),調(diào)節(jié)電動機(jī)和電源之間的功率流。輔助動力供給系統(tǒng)主要給動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其他輔助裝置提供動力。除了從制動踏板和加速踏板給電動汽車輸入信號外,轉(zhuǎn)向盤輸入也是一個很重要的輸入信號,動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的角位置來決定汽車靈活地轉(zhuǎn)向。
下面再來簡單介紹下混合電動汽車動力系統(tǒng):
根據(jù)目前市面上的混合動力電動車的驅(qū)動結(jié)構(gòu),主要可以分為三大類:串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。
(1) 串聯(lián)式混合動力電動汽車
其結(jié)構(gòu)原理圖如下所示:
串聯(lián)式混合動力電動汽車由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大主要部件總成組成。發(fā)動機(jī)僅僅用于發(fā)電,發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動機(jī),電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電,延長混合動力電動汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨向電動機(jī)提供電能來驅(qū)動電動汽車,使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下行駛。
(2) 并聯(lián)式混合動力電動汽車
其結(jié)構(gòu)原理圖如下所示:
并聯(lián)式混合動力電動汽車主要由發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)兩大部件總成組成,有多種組合形式,可以根據(jù)使用要求選用。兩大動力總成的功率可以互相疊加,發(fā)動機(jī)功率和電動/發(fā)電機(jī)功率約為電動汽車所需最大驅(qū)動功率的o.5~1倍,因此可以采用小功率的發(fā)動機(jī)與電動/發(fā)電機(jī),使得整個動力系統(tǒng)的裝配尺寸、質(zhì)量都較小,造價也更低,行程也可以比串聯(lián)式混合動力電動汽車的長一些,其特點更加趨近于內(nèi)燃機(jī)汽車。并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)通常被2-9a在小型混合動力電動汽車上。
(3) 混聯(lián)式混合動力電動汽車
其結(jié)構(gòu)原理圖如下所示:
混聯(lián)式混合動力電動汽車綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)組成,主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力總成組成。發(fā)動機(jī)基本保持穩(wěn)運高效、節(jié)能的運轉(zhuǎn),發(fā)電機(jī)和電池供給驅(qū)動電動機(jī)電能以驅(qū)動電動汽車行駛。
下面介紹幾種電動汽車動力系統(tǒng)解決方案:
電動汽車以鋰電池作為主要動力驅(qū)動,以其高能量密度優(yōu)勢、動力性能穩(wěn)定為首要條件。電池管理系統(tǒng)BMS的重要同樣不言而喻。BMS是動力電池組的核心技術(shù),也是電動車整車的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
目前電池管理系統(tǒng)有兩種管理模式,分別為主動式均衡和被動式均衡兩種管理模式。
兩種管理模式各有優(yōu)缺點,所采用的方式普遍為采集單體電池電壓,串聯(lián)電流,以及溫度以及電池組的電壓,然后將這些信號傳給運算模塊進(jìn)行處理發(fā)出指令,最后將整個處理的信息指令通過CAN通訊系統(tǒng)傳送給汽車中央控制單元或整車VMS系統(tǒng)。
(一) ADI全隔離式鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)
1.方案特點
鋰離子電池組包含大量的電池單元,必須正確監(jiān)控才能提高電池效率,延長電池壽命確保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充當(dāng)主監(jiān)控器,向系統(tǒng)演示平臺評估板提供精確的電壓測量數(shù)據(jù),而 6 通道 AD8280 器件充當(dāng)副監(jiān)控器和保護(hù)系統(tǒng)。
AD8280 是一款用于鋰離子電池組的純硬連線安全監(jiān)控器,配合 AD7280A 使用時,可提供具有可調(diào)閾值檢測和共用或單獨報警輸出的低成本、冗余、備用電池監(jiān)控器。它具有自測功能,因此適合混合動力電動汽車等高可靠性應(yīng)用或者不間斷電源等高壓工業(yè)應(yīng)用。AD7280A 和 AD8280 均從監(jiān)控的電池單元獲得電源。
ADuM5404集成一個DC-DC轉(zhuǎn)換器,用于向ADuM1201和ADuM1401隔離器的高壓端供電,以及向AD7280ASPI接口提供VDRIVE電源。這些4通道、磁性隔離電路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解決方案。
2. 方案框圖
3. 芯片參數(shù)
3.1 ADI AD7280A 參數(shù)
- 單顆處理 4-6 s 前端
- 12 Bit ADC 采樣,平均每通道采樣時間1 us
- 能夠?qū)?個通道的電壓和溫度進(jìn)行監(jiān)測,典型
- 精度達(dá)±1.6 mV (典型值)
- 多個 AD7280A 可采用菊花鏈連接,單個電路
- 板最多可監(jiān)控 48 個電池單元,轉(zhuǎn)換只需7 μs
- 提供被動式電池單元平衡控制功能
- 轉(zhuǎn)換模式下功耗小于6 mA
- 斷電模式下功耗小于1.8 uA
- SPI 通信提供CRC 校驗保證數(shù)據(jù)的可靠性
3.2 ADI AD8280 參數(shù)
- 電壓范圍:6.0 V–30 V
- 多路輸入可監(jiān)控 3-6 路電池電壓和 2 個溫度
- 可調(diào)監(jiān)控閥值:過壓、欠壓、過溫
- 報警選項:單獨或者共用報警
- 可通過菊花鏈方式連接
(二) 英飛凌AUDO MAX產(chǎn)品系列
目前,基于高性能微控制器的高效FOC系統(tǒng),為電動汽車和混合動力汽車驅(qū)動提供安全高效的解決方案創(chuàng)造了條件。
圖1:運行于FOC模式的32位TriCore微控制器
英飛凌AUDO MAX系列非常適用于電機(jī)的控制。TriCore架構(gòu)和MC-ISAR eMotor驅(qū)動程序可采用高級控制策略控制多臺三相電機(jī),包括無刷直流電機(jī)(BLDC)塊交換(block commutation,BC)及永磁同步電機(jī)(PMSM)磁場定向控制(FOC)。單一微控制器甚至還能同時支持BLDC和PMSM電機(jī)控制。相比于其他類型的電機(jī)而言,采用FOC控制的PMSM電機(jī)能效更高、磨損更小,并且可以實現(xiàn)精確控制和定位。特別是,這種電機(jī)支持線性轉(zhuǎn)矩控制,為將其用于混合電動汽車動力總成系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
圖2:電機(jī)控制中的電流控制環(huán)
圖2顯示了MC-ISAR eMotor驅(qū)動程序的電流控制環(huán)路,右側(cè)為復(fù)雜設(shè)備驅(qū)動(CDD)。這個時間關(guān)鍵型電流控制環(huán)路在中斷上下文中進(jìn)行處理,處理時間不超過50微秒。左側(cè)是附加的用于位置和轉(zhuǎn)速控制的軟件成分(SWC),由應(yīng)用程序提供。
英飛凌AUDO MAX系列和MC-ISAR eMotor驅(qū)動,可并行控制多達(dá)4臺PMSM或BLDC電機(jī),同時還能滿足應(yīng)用任務(wù)控制所需的性能。MC-ISAR eMotor和標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR MCAL驅(qū)動由同一配置工具整合,因此,用戶可在同一界面中為AUTOSAR MCAL和MC-ISAR eMotor驅(qū)動配置微控制器資源,為無縫配置不同軟件模塊創(chuàng)造了條件。汽車ECU開發(fā)人員可專注于電機(jī)的應(yīng)用相關(guān)控制,而無需改編電機(jī)的控制算法。為降低系統(tǒng)成本,AUDO MAX系列還支持直接旋轉(zhuǎn)變壓器模式,免除了加裝旋轉(zhuǎn)變壓器IC的需要。AUDO MAX系列和MC-ISAR eMotor驅(qū)動被設(shè)計用于支持安全應(yīng)用。
(三) TI推出電池主動式均衡負(fù)載技術(shù)
1.方案特點
TI推薦電動車所采用的主動均衡方式:每個電池芯藉由矩陣開關(guān)控制變壓器與充電線路的組合,形成一個有調(diào)整功能的電壓/電流蓄水池的功能,當(dāng)電池芯由于多次充放電后產(chǎn)生不一致性而導(dǎo)致整組電池充放電容量下降,可藉由后端連接蓄水池的線路做調(diào)整,充電時不會因為監(jiān)控到某個電池芯內(nèi)壓過高而停止充電,放電時也可以完全的100%的釋放能源,進(jìn)而延長電動車的行駛距離。
TI在隔離式DC-DC主動均衡技術(shù)的能源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)87%。像EM1410芯片組由5顆核心芯片加上5顆電源供應(yīng)芯片所組成,其中最主要的 EMB1432為十四信道AFE芯片、EMB1428為七信道閘控制器芯片,與EMB1499為七信道電壓控制芯片等,來建構(gòu)十四通道雙向主動式電池芯均衡功能,串聯(lián)14顆電池芯與最高60V工作電壓,提供5V雙向均衡電壓與最大750V堆棧輸出電壓能力,并滿足AECQ-100車用電子驗證標(biāo)準(zhǔn)。
2.芯片參數(shù):
2.1 EMB1432Q
- 單顆處理 14S前端模擬
- 最高輸入耐壓60V
- 輸出電壓誤差為+/- 1mV
- SPI 通訊支持1MHz
- 符合ACE-Q100汽車規(guī)范
2.2 EMB1428Q
- 最高輸入耐壓60V
- SPI 通訊支持1MHz
- 最低待機(jī)功耗(《100uA)
- 符合ACE-Q100汽車規(guī)范
2.3 EMB1499Q
- 最高輸入耐壓60V
- SPI 通訊支持1MHz
- 最低待機(jī)功耗(《30uA)
- 符合ACE-Q100汽車規(guī)范