新能源汽车电驱系统概述
A. 纯电动汽车的驱动系统由哪些部分组成
电动汽车由动力电池、底盘、车身和电器四部分组成。动力电池作为电动汽车的重要组成部分,分为电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统这四个主要部分。底盘由驱动电机及控制系统、行驶系统、转向系统和制动及能量回收系统四部分组成。
纯电动汽车驱动系统的组成如图7所示,主要由中央控制单元、驱动控制器、驱动电动机、机械传动装置等组成。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到中央控制单元来对汽车的行驶实行控制的。对于挡位变速杆,为遵循驾驶人的传统习惯,一般仍需保留,同样除传统的驱动模式外也就只有前进、空挡、倒退三个挡位,并且以开关信号传输到中央控制单元来对汽车进行前进、停车、倒车控制。
B. 新能源汽车控制器的概念及整车控制器的工作原理
新能源汽车作为一种绿色的运输工具在环保、节能以及驾驶性能等方面具有诸多内燃机汽车无法比拟的优点,其是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。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。
下面对每个模块功能进行简要的说明:
1、开关量调理模块
开关量调理模块,用于开关输入量的电平转换和整型,其一端与多个开关量传感器相连,另一端与微控制器相接;
2、继电器驱动模块
继电器驱动模块,用于驱动多个继电器,其一端通过光电隔离器与微控制器相连,另一端与多个继电器相接;
3、高速CAN总线接口模块
高速CAN总线接口模块,用于提供高速CAN总线接口,其一端通过光电隔离器与微控制器相连,另一端与系统高速CAN总线相接;
4、电源模块
电源模块,可为微处理器和各输入和输出模块提供隔离电源,并对蓄电池电压进行监控,与微控制器相连;
5、模拟量输入和输出模块
模拟量输入和输出模块,可采集0~5V模拟信号,并可输出0~4.095V的模拟电压信号。
6、脉冲信号输入和输出模块
可采集脉冲信号并调理,范围1Hz—20KHZ,幅度6---50V;输出PWM信号
范围1HZ—10KHZ,幅度0—14V。
7、故障和数据存储模块
铁电存储器可以存储标定的数据和故障码,车辆特征参数等,容量32K。
二、整车控制器功能说明
新能源汽车整车控制器基本上以下几项功能:
1.对汽车行驶控制的功能
新能源汽车的动力电机必须按照驾驶员意图输出驱动或制动扭矩。当驾驶员踩下加速踏板或制动踏板,动力电机要输出一定的驱动功率或再生制动功率。踏板开度越大,动力电机的输出功率越大。因此,整车控制器要合理解释驾驶员操作;接收整车各子系统的反馈信息,为驾驶员提供决策反馈;对整车各子系统的发送控制指令,以实现车辆的正常行驶。
2.整车的网络化管理
在现代汽车中,有众多电子控制单元和测量仪器,它们之间存在着数据交换,如何让这种数据交换快捷、有效、无故障的传输成为一个问题,为了解决这个问题,德国BOSCH公司于20世纪80年代研制出了控制器局域网(CAN)。在电动汽车中,电子控制单元比传统燃油车更多更复杂,因此,CAN总线的应用势在必行。整车控制器是电动汽车众多控制器中的一个,是CAN总线中的一个节点。在整车网络管理中,整车控制器是信息控制的中心,负责信息的组织与传输,网络状态的监控,网络节点的管理以及网络故障的诊断与处理。
3.制动能量回馈控制
新能源汽车以电动机作为驱动转矩的输出机构。电动机具有回馈制动的性能,此时电动机作为发电机,利用电动汽车的制动能量发电,同时将此能量存储在储能装置中,当满足充电条件时,将能量反充给动力电池组。在这一过程中,整车控制器根据加速踏板和制动踏板的开度以及动力电池的SOC值来判断某一时刻能否进行制动能量回馈,如果可以进行,整车控制器向电机控制器发出制动指令,回收能部分能量。
4.整车能量管理和优化
在纯电动汽车中,电池除了给动力电机供电以外,还要给电动附件供电,因此,为了获得最大的续驶里程,整车控制器将负责整车的能量管理,以提高能量的利用率。在电池的SOC值比较低的时候,整车控制器将对某些电动附件发出指令,限制电动附件的输出功率,来增加续驶里程。
5.车辆状态的监测和显示
整车控制器应该对车辆的状态进行实时检测,并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统,其过程是通过传感器和CAN总线,检测车辆状态及其各子系统状态信息,驱动显示仪表,将状态信息和故障诊断信息经过显示仪表显示出来。显示内容包括:电机的转速、车速,电池的电量,故障信息等。
6.故障诊断与处理
连续监视整车电控系统,进行故障诊断。故障指示灯指示出故障类别和部分故障码。根据故障内容,及时进行相应安全保护处理。对于不太严重的故障,能做到低速行驶到附近维修站进行检修。
7.外接充电管理
实现充电的连接,监控充电过程,报告充电状态,充电结束。
8.诊断设备的在线诊断和下线检测
负责与外部诊断设备的连接和诊断通讯,实现UDS诊断服务,包括数据流读取,故障码的读和清除,控制端口的调试。
C. 新能源汽车电机控制系统有哪些功能
电机控制器的作用就是控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置。
D. 纯电动汽车电机驱动系统有哪几部分组成
电机驱动系统主要由中央控制器、驱动控制器、电动机、冷却系统、机械传动装置等组成。
E. 新能源汽车电驱动系统的主要任务是什么
电动机就像是传统汽车中的发动机,其主要任务是在驾驶人的控制下,高效率地将动力电池存储的电能转化为车轮的动能驱动车辆,或者在制动时将车轮上的动能转化为电能反馈到动力电池中以实现车辆的制动能量回收。
控制器就像人体的神经中枢,电动汽车必须通过一个整车控制系统来进行各子系统的协调控制,从而实现整车的最佳性能。电源系统包括蓄电池组、电池管理系统(BMS)等。辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、空调器、照明装置等。
电动机中央驱动形式,直接借用了内燃机汽车的驱动方案,由发动机前置前驱发展而来,由电动机、离合器、变速箱和差速器组成。用电驱动装置替代了内燃机,通过离合器将电动机动力与驱动轮进行连接或动力切断,变速箱提供不同的传动比以变更转速;功率曲线匹配的需要,差速器实现转弯时两车轮不同车速的行驶。
还有一种双电动机电动轮驱动方式,机械差速器被两个牵引电动机所代替,两个电动机分别驱动各自车轮,转弯时通过电子差速控制以不同车速行驶,省掉了机械变速器。
F. 新能源电驱系统标准解读与拓展:带载温度循环耐久(PTCE)
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导语:带载温度循环耐久(Powerthermalcycleenrance,PTCE),反映的是动力总成在生命周期内温度循环条件下的运行寿命,与之前写过的高温运行耐久(HTOE)和机械疲劳耐久并列,为三合一电驱动系统寿命试验的“三座大山”。ISO16750/ISO19453中对此有所定义,但是"标准能否反映整车寿命?","整车寿命与PTCE又是如何等效的?"值得我们探讨。
为了回答导语中的问题,我们分四部分来解读这个话题:
1.什么是PTCE?
2.ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?
3.怎么定义PTCE,以等效于整车全寿命要求?
-PTCE考核对象和范围
-产品生命周期和负荷要求
-Coffin-Manson加速模型
-PTCE加载曲线的定义
4.展望
1.什么是PTCE?
带载温度循环耐久(Powerthermalcycleenrance,PTCE),反映的是动力总成在生命周期内温度循环条件下的运行寿命,与之前写过的高温运行耐久(HTOE)和机械疲劳耐久并列(#文章末尾有相关文章的传送门#),为三合一电驱动系统寿命试验的“三座大山”。
由此可知,EDS必须在整个测试运行期间承受与实际车辆寿命相当的损伤等级。这个所谓的"损伤等级"由两部分来确认:1)生命周期内的温度谱;2)生命周期内的里程数与载荷谱。因此,我们后续的分析都是基于这两个基本量来进行。
2."ISO16750/ISO19453中关于PTCE的定义能否反映整车寿命?"
ISO16750-45.3.2和ISO194535.2.1中关于带载温度循环耐久(PTCE)的要求类似,均源于IEC60068-2-14,所不同的是对一个温度循环中持续时间的定义。
本文仅参考ISO19453进行说明,详细测试方法如下:
其中,II.a代表被测样件不带载工作,II.c代表被测样件带载工作。
综上,导语中的问题有了答案:
1)ISO16750/ISO19453标准中对带载温度循环耐久的定义不能覆盖整车全寿命;
2)可以依据整车生命周期和负荷要求,通过Coffin-Manson模型对PTCE耐久加速,完成PTCE试验的等效设计。
4.展望
PTCE试验设计的拓展
上述案例上述案例相对简单,实际PTCE的设计应用中,还需考虑以下几个方面:
a).水温温度谱:如果考虑水温温度谱,试验应该如何定义?
b).驾驶模式:本文仅考虑驱动模式(driving),如果有充电(charging)、驻车(parking)等模式,需要如何考虑?
c).温度变化速率:一般由整车定义,如若没有可以通过前置试验,这个试验要怎么做?
d).HVDC端电压:可按照一定比例的"最高电压-额定电压-最低电压"进行分配。
PTCE评判标准的定义
标准中对测试pass的评价标准定义就一句话,如下:
这显然是不够的,国外主机厂一般会在leg最后增加关键参数和泄露测试,以验证其机械部件、功能和性能的完整性。那么问题来了,这里面具体是指的哪些测试呢?为什么要做这些测试?留给我们思考。
写在最后:
关于PTCE和HTOE,在现有标准和文献中并没有系统性的表述可供参考,以上内容是根据多方面碎片信息,结合标准和工作经验做的总结,有理解不对或片面的地方,请指正,非常期待能听到大牛们的意见!
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
G. 新能源汽车电驱系统是怎么
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心,其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。
纯电动汽车驱动电机,电力驱动系统类型
按电力驱动系统的组成和布置形式不同,纯电动汽车分为机械传动型、无变速器型、无差速器型和电动轮型四种类型。
机械传动型纯电动汽车
由发动机前置后轮驱动的燃油汽车发展而来,保留了内燃机汽车的传动系统,只是把内燃机换成了电动机。这种结构可以提高纯电动汽车的起动转矩及低速时的后备功率,对驱动电动机要求低,可选择功率较小的电动机。
无变速器型纯电动汽车
驱动系统的最大特点是取消了离合器和变速器,采用固定速比减速器,通过电动机的控制实现变速功能。这种结构的优点是机构传动装置的质量较轻、体积较小,但对电动机的要求较高,不仅要求有较高的起动转矩,而且要求有较大的后备功率,以保证纯电动汽车的起步、爬坡、加速等动力性能。
无差速器型纯电动汽车
结构采用两个电动机,通过固定速比减速器分别驱动两个车轮,每个电动机的转速可以独立调节。当汽车转向时,由电子控制系统实现电子差速,因此,电动机控制系统比较复杂。
电动轮型纯电动汽车
将电动机直接装在驱动轮内(也称为轮毂电动机),可进一步缩短电动机到驱动车轮之间的动力传递路径,但需要增设减速比较大的行星齿轮减速器,以便将电动机转速降低到理想的车轮转速。这种结构对控制系统控制精度和可靠性的要求较高。
电力驱动系统特性
能量转换效率高
无污染、零排放、对环境友好
灵活方便控制工作状态
系统工作状态不会受到外界环境的影响
总体重量不变
无噪声,对环境没有影响
安全性好
何为电动汽车三合一电驱系统技术?
电动汽车三合一电驱系统技术是指将电控、电机和减速器集成为一体的技术,随着电动汽车技术的不断演进,集成化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势。
目前市面上比较前列的电动驱动系统
GKN吉凯恩(纳铁福)
在不需要纯电动或混合动力驱动时,可以通过一个集成的切断装置将电动机从传动系统中断开,该装置采用了机电驱动离合器。GKN还对齿轮和轴承布置进行了优化,实现更高的效率、更好地NVH性能和耐久性。
博世Bosch
博世Bosch新动力系统e-axle电动轴,使电动轴驱动可提供更佳的续航力。博世BOSCH电驱动桥特点:高度集成化、简化冷却管路和功率驱动线缆、平台化设计灵活适配不同车型。
ZF三合一电驱系统
采埃孚(ZF)研发的适用于小型和中型轿车的电动车驱动产品,能很好的适应未来的城市交通状况。利用多面压合连接技术来实现铝制推力杆与钢制横结构的链接,具备电能转化效率高和性能优异的特点。