纯电动汽车电气系统详解与分析

电动汽车的电气系统1.电气系统的组成电气系统是电动汽车的神经，承担着能量与信息传递的功能，对纯电动汽车的动力性、经济性、安全性等有很大的影响，是电动汽车的重要组成部分。组成：低压电气系统、高压电气系统、整车网络化控制系统1.电气系统的组成电动汽车电气系统组成图高压电气系统：动力电池、驱动电机、功率变换器等高压电气设备组成；低压电气系统：直流12V或24V的电源，一方面为灯光、雨刮等常规低压电器供电，另一方面为整车控制器、辅助部件、高压电气设备的控制电路供电。主要由DC/DC功率变换器、辅助蓄电池和若干低压电气设备组成。1.电气系统的组成2.电动汽车的整车网络化控制系统驱动电机控制系统、电池管理系统、车载充电系统、电动辅助系统、高/低压电气系统等，需协调控制。主要组成：整车控制器、电机控制器、电池管理系统、信息显示系统和通信系统等。电动汽车的总线通信系统:目前各大汽车制造商采用的车载网络通信协议有CAN、LIN、TTCAN、FlexRay、VAN、ABUS、SAEJ1850等。线控系统（X-by-Wire）：FlexRay、TTCANCAN总线CAN（ControllerAreaNetwork）总线：最初出现于20世纪80年代末，由德国Bosch公司最先提出。采用双线串行通信方式，总线信号通过差分电压进行传送，两条信号线分别为CANH和CANL。所有节点通过CAN收发器连接CANH和CANL，总线末端有抑制反射的负载电阻（120Ω),作用是避免信号传输至终端反射回来产生反射波而使数据遭到破坏。当网络上的节点发送信息时，信息从发送节点向传输线的两端发送，每个节点都会检查数据，各节点根据网络协议可通过滤波仅接收需要的报文，通信介质采用双绞线、同轴电缆或光纤。CAN总线CAN网络系统节点由节点微控制器MCU、CAN协议控制器和收发器组成。CAN协议控制器作用是接收MCU发出的数据，处理数据并传给MCU。收发器将CAN控制器提供的数据转换成电信号发送至总线，同时监测总线状态并返回给CAN控制器。CAN总线功率变换器分类：DC/DC变换器和DC/AC变换器电气系统中的功率变换器主要是DC/DC变换器，分为降压、升压和双向三种形式。用于实现电气系统电能变换和传输的重要电气设备。主要功能：（1）不同电源之间的特性匹配。（例如：用DC/DC变换器实现燃料电池和动力电池之间的特性匹配）（2）驱动辅助系统的直流电机。在小功率（低于5KW）的直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC变换器供电。（3）给低压辅助电池充电：需要高压电源通过降压变换器给辅助电池充电。降压功率变换器1.直流斩波（Buck）降压功率变换器Uin是输入电压，L、C为电感与电容，对输出电压和电流进行滤波，Q为功率开关，VD为续流二极管。当Q导通：输出电压Uo=Uin；当Q关断：Uo=0；通过Q的交替导通与关断获得给定可调的输出电压，达到降压的目的。输出电压与输入电压的关系：Uo=UinDD：开关占空比（0≤D≤1），DutyCycle。指高电平所占周期时间与整个周期时间的比值。广泛应用于车载小功率高压直流电机的调速。降压功率变换器2.单端正激式降压功率变换器降压功率变换器增加了变压器Tr。在Tr的原边，通过开关管Q的交替导通与关断，在一次绕组N1上产生占空比可调的电压脉冲，通过变压器的电磁耦合作用，变压器二次绕组N2的输出经过整流与滤波后输出直流电压Uo。输出与输入电压的关系：Uo=UinDN2/N1N2/N1为二次绕组与一次绕组的匝数比。通过选择合适的匝数比，可以得到输出平稳的电压。广泛应用于车载24V辅助电池的充电电源。降压功率变换器升压功率变换器1.Boost型升压功率变换器并联开关变换器：由开关管V1、二极管VD1、储能电感L1和输出滤波电容C1组成。当V1导通：能量从输入端AO流入并储存于电感L1中，由于V1导通期间正向饱和管压降很小，二极管VD1反偏，变换器输出由滤波电容C1提供能量。当V1截止：电感L1中电流不能突变，所产生的感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为右正左负，二极管导通，电感中储存的能量经二极管流入电容，并供给输出端BO。如果V1周期性地导通与截止，开关周期为T，其中导通时间为ton，截止时间为T-ton输出电压与输入电压的关系：Uo=UinT/(T-ton)当T不变，改变ton，即可改变输出电压（升压）。升压功率变换器2.全桥逆变式升压功率变换器升压功率变换器当V1和V4同时导通、V2和V3同时截止，输入电压Uin通过V1和V4加到变压器Tr的一次绕组上，即一次电压UTr=Uin；当V1和V4同时截止、V2和V3同时导通，输入电压Uin通过V2和V3反方向加到变压器Tr的一次绕组上，一次电压UTr=-Uin；当V1-V4同时截止：UTr=0；通过开关管V1-V4的交替导通与截止，将输入的直流电压转换成交流电压加到变压器上，其二次电压通过VD1和VD2整流，输出为直流电压。升压功率变换器若开关管的开关周期为2T，导通时间为ton，匝数比为n，则输出电压Uo与输入电压Uin的关系：n1;当T不变，改变ton，即可改变输出电压。Uo=Uinnton/T升压功率变换器双向功率变换器在混合动力电动汽车中，动力电池组通过双向功率变换器连接到直流母线上，以实现动力电池和燃料电池组或发电机组的功率混合。当燃料电池组对动力电池进行充电时，功率变换器起到降压作用；当动力电池通过总线释放能量时，功率变换器起到升压作用。