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「专业知识」纯电动汽车的基本结构介绍

纯电动汽车与传统汽车相比,有着相同的车身、车载电器系统,以及一些基本的液压制动、转向部件。但是,纯电动汽车也有很多自己所独有的结构部件,这包括驱动系统、车载12V电源系统以及外部充电系统。图1所示为一辆典型纯电动汽车的结构布置示意图。

图1 典型纯电动汽车结构

图1 典型纯电动汽车结构

1)动力电池

动力电池,也称动力蓄电池、高压动力电池组或高压电池组。用于存储电能。目前市场上的纯电动汽车的动力电池主要采用的是锂电池,包括有磷酸铁锂电池、钴酸锂电池以及三元锂电池,能够实现电池的循环充放电。

由于纯电动汽车需要有更大存储容量的电池,而按照目前的锂电池技术,电池的体积也会相应地增大。因此,目前大多数的纯电动汽车高压电池组都是安装在车辆的底部,没有过多地占用乘客舱的容积,如图2所示。

图2 动力电池在汽车中的安装位置

图2 动力电池在汽车中的安装位置

动力电池通常有多个单体电池按照串、并联的方式连接而成的,在图中的动力电池就是由图示8个电池模块进行串联而成的。例如,在荣威E50的动力电池中包含了5个电池模块,其中3个大的电池模块分别由27个单元组串联起来的,2个小的电池模块又分别由6个单元组串联的,共计形成了93个串联的锂电池单元组,实现约300V的输出电压。如图4所示。

图3 纯电动汽车动力电池组

图3 纯电动汽车动力电池组 安装位置及内部结构

图4 荣威E50动力电池结构示意图

图4 荣威E50动力电池结构示意图

虽然每个电池单元的电压仅3.7V左右,但是经过将多个电池单元先进行并联再串联,实现整个电池组的容量和电压进一步增大。

以下名词通常用于描述动力电池的内部结构部件:

(1)电池单元:构成动力电池的最小单元,一般由正极、负极、电解质及外壳等构成,即我们常说的一节电池。

(2)电池单元组:一组并联的电池单元组合,该组合额定电压与电池单元的额定电压相等,是电池单元在物理结构和电路上连接起来的最小分组。

(3)电池模块:由多个电池单元组或单体电池串联组成的一个组合体。

2)含电机的变速单元

变速单元是纯电动汽车的动力输出部分,内部主要包括有三相电机和减速齿轮机构,如果是前驱的车辆,该系统部件通常安装在前机舱内。

图5所示为典型的纯电动汽车驱动电机总成结构,在其内部可以看到一个用于驱动的电机和连接电机转子的齿轮机构。此外,更明显的标志是变速单元的上方还有连接逆变器的3根高压电缆。

图5  纯电动汽车变速单元内部结构

图5 纯电动汽车变速单元内部结构

电机是变速单元的重要核心组成部件,用于电能与机械能之间的相互转换。目前大多数纯电动车采用三相电机,且三相永磁同步电机使用的最广泛。

电机定子通常是缠绕三相线圈的部分,与变速单元壳体固定,如图6-a所示。

电机转子一般采用永磁结构,与变速单元输出齿轮机构连接,是旋转输出部分,如图6-b)所示。

图6 三相永磁同步电机转子与定子

图6 三相永磁同步电机转子与定子

3)逆变器

逆变器是变速单元的主控部件,通常位于电机变速单元的上部,图7所示为打开前机舱罩时的荣威E50纯电动汽车的逆变器部件。

电机与逆变器位置关系示意图

图7 电机与逆变器位置关系示意图

逆变器一端连接来自动力电池的高压电,另一端连接驱动电机单元的三项交流电缆。主要用于将来自动力电池的直流电转换为可用于驱动电机的三项交流电,同时在制动能量回收时,也将来自电机产生的交流电转换成直流电,反馈给动力电池。

大多数车辆将逆变器与控制模块集成在一起,实现逆变器的功能和管理电机的运转,图8所示的宝马I3纯电动汽车逆变器位置。

宝马I3纯电动汽车逆变器位置

图8 宝马I3纯电动汽车逆变器位置

4)车载充电器与充电接口

充电系统通常利用外接220V交流电源,通过充电接口进入车载充电器,车载充电器再通过交直流转换,使得220V交流电转变成动力电池组充电的直流电压提供给动力电池。

充电接口与车载充电器如图9所示。

充电接口与车载充电器

图9 充电接口与车载充电器

5)DC/DC转换器

DC/DC转换器用于车载12V电源系统,通常被安装在发动机舱内或者是位于行李舱中(图10)。

用于将动力电池的高压直流转换为低压12V直流电,提供给车载低压用电设备,如给12V蓄电池充电、大灯及车内灯光供电等。

比亚迪的DC/DC转换器

图10 比亚迪的DC/DC转换器

纯电动汽车连接高压电器部件之间的电缆都属于高压电缆,即前面所述的高电压导线,如图11所示。

电缆的外部绝缘层颜色采用标准的橙色。高压电缆及电缆之间的连接器需要满足国家高压电器安全标准,同时由于高压部件之间电流会很大,所以采用的电缆直径都在5mm以上。

高压电缆及电缆连接器

图11 高压电缆及电缆连接器

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