電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，電池和電機(jī)以及電控

（文章來源：汽車人參考）

電動(dòng)汽車技術(shù)的核心在于“三電”系統(tǒng)，即電驅(qū)系統(tǒng)，電池系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，這三個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)。電驅(qū)系統(tǒng)，也叫電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，一般由電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變換器組成。電機(jī)（Electrical Machine），有兩種類型，一種是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，稱為電動(dòng)機(jī)（Motor），另一種類型是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，稱為發(fā)電機(jī)（Generator）。

無論是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)，兩者都在汽車上有廣泛應(yīng)用，在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)一般都是的是指電動(dòng)機(jī)，也叫驅(qū)動(dòng)電機(jī)，主要作用是把儲(chǔ)存到動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，為電動(dòng)汽車提供前進(jìn)的動(dòng)力。電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種大的類型。

對(duì)電動(dòng)汽車來說，驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要滿足寬調(diào)速范圍、快速響應(yīng)、輕量化、高效率、能量回收、高可靠性、安全性、成本可持續(xù)降低等要求，目前電動(dòng)汽車常用的電機(jī)都是交流電機(jī)，其中三相感應(yīng)異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)是用得最多的兩種。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)指的是將電機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到汽車的主軸上，從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛的機(jī)構(gòu)，主要包含減速器和差速器的兩個(gè)部件。

差速器的主要作用是汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)使得兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同，無論是電動(dòng)汽車，還是燃油汽車部件是一樣的，這里不再多提。而對(duì)于減速器，一般由高速軸承和不同齒數(shù)的齒輪組成，通過輸入軸上齒數(shù)少的小齒輪，嚙合到輸出軸上的齒數(shù)多的大齒輪，達(dá)到減速和增大轉(zhuǎn)矩的目的。大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動(dòng)比。實(shí)際上，作為動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，減速器早已廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械的傳統(tǒng)系統(tǒng)中。

電動(dòng)汽車的減速器可以看成燃油汽車的變速箱，由于電機(jī)本身具有足夠?qū)挾鹊恼{(diào)速性能，因而減速器一般都是固定傳動(dòng)比的單級(jí)減速器，也就是只有一個(gè)檔位的變速箱。下圖為某電動(dòng)汽車減速器的內(nèi)部構(gòu)造，可以看到是一個(gè)相對(duì)簡單的機(jī)構(gòu)。變換器（Convertor/Converter），指的是使電氣系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)特性（電壓、電流、波形、相數(shù)、頻率）發(fā)生變化的裝置。對(duì)電動(dòng)汽車來說，主要包含逆變器（Inverter）和DC/DC變換器兩個(gè)器件。

其中，逆變器主要作用是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，將電池的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鬏敵鲆则?qū)動(dòng)電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛，逆變器直接關(guān)系到驅(qū)動(dòng)電機(jī)可靠和高效的運(yùn)行。IGBT模塊是逆變器的核心器件，我們將會(huì)在之后章節(jié)介紹。DC/DC變換器，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成任意直流電壓，主要用于直流高低壓轉(zhuǎn)換，例如把動(dòng)力電池的高壓電（大于400V）轉(zhuǎn)換位低電壓，為多媒體系統(tǒng)、空調(diào)等設(shè)備（12V）供電。

為了區(qū)分12V低壓鉛酸蓄電池，一般把高壓電池稱為動(dòng)力電池。動(dòng)力電池是“三電”的核心，也是“三電”中成本最高、最復(fù)雜的一個(gè)系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)12V的鉛酸電池，鋰離子電池能量密度高，能實(shí)現(xiàn)快速和深度充放電，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此目前動(dòng)力電池均是鋰離子電池。根據(jù)正極材料的不同，電動(dòng)汽車用鋰離子電池一般采用三元鋰電池和磷酸鐵鋰兩種。

動(dòng)力電池一般由大大小小的電芯（英文名稱“Cell”）組成，電芯因封裝形式不同有圓柱、軟包、方形三種形式；電芯以串聯(lián)或者并聯(lián)的方式組成模組（英文名稱“Module”），模組再以串聯(lián)的方式，再集成熱管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)等部件，最終集成為電池包（英文名稱“Pack”）。電控系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的總控制臺(tái)，如同“電動(dòng)汽車的大腦”，它的發(fā)揮決定了電動(dòng)汽車的能耗、排放、動(dòng)力性、操控性、舒適性等主要性能指標(biāo)。

一般來說，電動(dòng)汽車的電控系統(tǒng)主要包含三個(gè)共性子系統(tǒng)，整車控制器（Vehicle Control Unit，VCU），電機(jī)控制器（Motor Control Unit，MCU）和電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS），這些控制器之間都是通過CAN網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)相互通信。

整車控制器（Vehicle Control Unit，VCU），是電動(dòng)汽車各個(gè)電控子系統(tǒng)的調(diào)控中樞，它協(xié)調(diào)和管理整個(gè)電動(dòng)汽車的運(yùn)行狀態(tài)。它是與駕駛員互動(dòng)主要接口，它接收來自駕駛員的各項(xiàng)操作指令，診斷和分析整車及部件狀態(tài)，控制子系統(tǒng)控制器的動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)整車安全、高效行駛。電機(jī)控制器，是電動(dòng)汽車特有的核心功率電子單元，通過接收整車控制器的行駛控制指令，控制電機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System ，BMS），是動(dòng)力電池系統(tǒng)的“大腦”，主要對(duì)電池系統(tǒng)的電壓，電流，溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)測和分析，電池安全保護(hù)，能量控制管理和信息管理功能。
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