新能源汽車動力控制過程
傳統(tǒng)汽車驅動車輛是依靠內(nèi)燃機做功,通過變速器改變輸出動力的傳動比旋轉方向,再通過傳動軸和車輪實現(xiàn)車輛驅動。而純電動汽車的電力驅動系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機和變速器,依靠動力電池、逆變器和電機變速單元實現(xiàn)車輛的驅動。
如下圖是純電動汽車的基本驅動系統(tǒng)結構示意圖,當駕駛員踩下加速踏板時,車輛控制模塊將控制動力電池輸出電能,然后通過控制逆變器驅動電機運轉,驅動電機輸出的轉矩經(jīng)齒輪機構帶動車輪轉動,實現(xiàn)車輛的前進或后退。
純電動汽車動力傳輸工作原理如下所示。
1)基本驅動部件
純電動汽車驅動系統(tǒng)主要的部件包括有動力電池、逆變器、帶有電機的變速單元。
圖3-2-3所示為典型純電動汽車驅動系統(tǒng)的原理示意圖。在新能源汽車應用中,一般將動力電池組和逆變器之間的電路單元稱之為BDU(BatteryDisconnectingUnit)。
2)基本驅動過程
純電動汽車驅動過程中能量的流動主要有以下2條路徑:
(1)驅動車輛
驅動時來自動力電池的能量通過BDU、逆變器,再進入電機變速單元實現(xiàn)車輛驅動。
(2)回收制動能量
制動或車輛減速時,變速單元內(nèi)的電機將變成發(fā)電機,將能量通過逆變器、BDU傳回動力電池,為電池充電。
純電動汽車能夠實現(xiàn)在不同路況環(huán)境下,快速反應并順利驅動車輛滿足駕駛員需求,并不僅僅是依靠上述幾個動力部件來完成的,整個驅動系統(tǒng)還需要一套完善的控制模塊。即整車控制器(VCU)、電機控制器(MCU)和電池管理系統(tǒng)(BMS),這3個控制器是純電動汽車的核心技術,對整車的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和安全性等有著重要影響。如下圖所示。
(1)VCU
位置:通常安裝在車身上,如駕駛室內(nèi)。
功能:全車動力系統(tǒng)的主控制模塊,類似于傳統(tǒng)汽車動力系統(tǒng)控制模塊PCM的功能。
VCU是實現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元。VCU通過采集加速踏板、擋位、制動踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖;通過監(jiān)測車輛狀態(tài)(車速、溫度等)信息,由VCU判斷處理后,向動力系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)發(fā)送控制命令,同時控制車輛其他系統(tǒng)的運行模式。下圖所示為寶馬i3(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)純電動汽車VCU的位置。
(2)MCU
位置:通常位于逆變器內(nèi)部。
功能:是電機的主控制模塊,接收VCU信號,控制電機的運轉方向、輸出功率等。
MCU通過接收VCU的車輛行駛控制指令,控制電機輸出指定的轉矩和轉速,驅動車輛行駛。實現(xiàn)把動力電池的直流電能轉換為所需的高壓交流電、并驅動電機輸出機械能。
同時,MCU還會利用傳感器采集如下信息,并將運行狀態(tài)的信息發(fā)送給整車控制器VCU。這包括:
①電流傳感器:用以檢測電機工作的實際電流。
②電壓傳感器:用以檢測供給逆變器工作的實際電壓。
③溫度傳感器:用以檢測電機控制系統(tǒng)自身的工作溫度。
下圖所示為北汽新能源EV200的MCU,位于前機艙內(nèi)。
(3)BMS
位置:通常位于動力電池組總成內(nèi)部。
功能:是動力電池內(nèi)電池的管理模塊。
BMS是動力電池最關鍵的控制模塊,用于檢測動力電池內(nèi)單個電池單元的電壓、電流,并實現(xiàn)多個電池單元之間的均衡控制。圖3-2-7所示為騰勢(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)純電動汽車內(nèi)BMS的位置,通常純電動汽車內(nèi)的BMS控制模塊只有1個,但是由于動力電池內(nèi)部由多個電池組串聯(lián),因此BMS還會在每個電池組上設計1個接口模塊,BMS最后通過管理每個接口模塊來實現(xiàn)對整個電池的管理。
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