纯电动汽车是指以车载电源为动力,利用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于纯电动汽车结构简单,维修方便及使用成本低,并且在使用过程中无污染,噪声小等优点,其应用前景被广泛看好。
相对与传统的燃油车而言,纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机驱动系统,并采用了大量的高压附件设备,如:充电设备、电动压缩机、PTC电加热器、高压控制盒及DC/DC转换器等。常见的纯电动汽车的高压控制流程如图1所示。
本文重点以高压控制为主线,对北汽系列部分车型的动力电池系统、驱动电机系统、充电系统、空调系统进行分类阐述。
一、动力电池系统基本构造及控制原理
动力电池系统是用来给电动汽车的驱动提供能量的1种能量储存装置。动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统、动力电池箱及辅助元器件等4部分组成。E150EV动力电池系统基本构造组成如图2所示。
(一)动力电池模组
电池单体是构成动力电池模块的最小单元。一般由正极、负极、电解质及外壳等构成,可实现电能与化学能之间的直接转换;电池模块则是将多个电池单体按照串联、并联或串并混联方式组合,是电池单体在物理结构和电路上连接起来的最小分组,可作为1个单元替换;而动力电池模组由多个电池模块或单体电芯串联组成的1个组合体,用来给动力电路提供能量的所有电气相连的蓄电池包的总称。
(二)电池管理系统
电池管理系统的英文字母缩写为BMS,它是电池保护和管理的核心部件。
电池管理系统按性质进行分类,可分为硬件和软件2部分。硬件部分主要由主板、从板及高压盒,还包括采集电压线、电流、温度等数据的电子器件;软件部分主要监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值,通过与VCU、充电机的通信,来控制动力电池系统的充放电。
(三)辅助元器件
辅助元器件主要包括动力电池系统内部的电子电气元件,如熔断器,继电器,分流器,接插件,紧急开关,烟雾传感器,维修开关以及电子电气元件以外的辅助元器件(如密封条,绝缘材料等)。
(四)动力电池箱
动力电池箱是支撑、固定、包围电池系统的1个组件,主要包含上盖和下托盘,还有辅助元器件,如过渡件,护板,螺栓等,它具备承载及保护动力电池组及电气元件的作用。
电池箱体安装形式是螺接在车身地板下方,其防护等级为IP67。整车维护时需观察电池箱体螺栓是否有松动,电池箱体是否有破损严重变形,密封法兰是否完整,以确保动力电池可以正常工作。
(五)动力电池系统控制原理
动力电池模组放置在1个密封并且屏蔽的动力电池箱里面,动力电池系统使用可靠的高低压接插件与整车进行连接。系统内的BMS实时采集各电芯的电压值、各温度传感器的温度值、电池系统的总电压值和总电流值,电池系统的绝缘电阻值等数据,并根据BMS中设定的阀值判定电池系统工作是否正常,并对故障实时监控。动力电池系统通过BMS使用CAN与VCU或充电机之间进行通信,对动力电池系统进行充放电等综合管理。