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电动汽车动力电池产业链 2018年7月 新能源汽车是指动力来源非传统化石燃料的汽车 新能源汽车与传统汽车的根本差异在于动力系统 电池总成 电机总成 电控总成 动力电池BMS 电池管理系统 PACK环境控制 电机控制器 驱动电机动力总成 高压直流配电单元 PDU 直流充电口 OBC车载充电机 交流充电口 车载DC DC变换器 12V低压电池 电动空调 PTC 电加热器 其他高压部件 新能源汽车概述 新能源汽车产业链 电动汽车是采用动力电池供电 以驱动电机运转 从而驱动整车前行的汽车 以电为核心 电动汽车的核心部件可总结为大三电 小三电 大三电有动力电池 驱动电机 电机控制器 小三电有PDU高压配电盒 OBC车载充电机 DC DC转换器 大三电与小三电 动力电池系统 也可称为动力电池包 BatteryPack 是一个电能存储装置 通常由动力电池模组 结构系统 电气系统 热管理系统和电池管理系统 BMS 五个系统组成 其主要功能是通过电能和化学能的相互转换 来实现电能的存储和释放 动力电池 电池的关键在电芯 电芯主要由正极 负极 隔膜 电解液和外壳五个部分组成 动力电池模组 电芯 锂电设备 一般来讲 锂电池的生产工艺流程分为三大工段 极片制作 电芯制作 电池组装 锂电池各个生产环节中需要用到的设备有 搅拌机 涂布机 辊压机 分条机 制片机 模切机 卷绕机 叠片机 入壳机 干燥箱 焊接机 注液机 封口机 化成 分容柜 检测设备等 锂电设备 锂电设备 电池管理系统BMS由1个电池控制单元BCU和n个电池管理单元BMU组成 其中电池控制单元BCU俗称BMS主机 电池管理单元BMU俗称BMS从机 在应用上 根据电动汽车电池的数量 通常由一组BMS主机和多组从机实现对电池系统的监测和管理 也可以做成主从一体机对电池系统进行管理 电池管理系统BMS主要用于对动力电池组的总电压 总电流 单体电压 单体温度 容量等参数进行实时监控 故障诊断 SOC估算 行驶里程估算 短路保护 漏电监测 均衡控制 充放电控制模式选择等 并通过CAN总线与车辆集成控制器或电机进行信息交互 保障电动汽车高效 可靠运行 动力电池管理系统 BMS 热管理系统 传统汽车的热管理架构大家都比较熟悉了 主要包括了传统的空调热管理系统以及传统的动力总成的热管理子系统 而现有的电动汽车热管理系统在原有的基础上还囊括了电机电控热管理系统以及电池热管理系统 其中又以电池热管理系统最为关键 因为电池的散热绝热导热直接关系到了电池的安全以及长期工况之后的一致性问题 更是各大车厂 电池系统厂家考虑的重中之重 新能源汽车热管理系统较传统汽车新增冷却板 电池冷却器电子水泵 电子膨胀阀 PTC加热器和热泵系统等 驱动电机与电机控制器 如果说新能源汽车的动力电池相对传统燃油车来说是油箱的话 驱动电机和电机控制器就是发动机和变速箱 电机主要由定子 转子 和机械结构三大部分组成 目前市场上的电动汽车主要配备的驱动电机有永磁同步电机 交流异步电机 电机的功率也从40kw到上百上千瓦不等 电机控制器主要由逆变器 主要部件是IGBT功能模块 逆变驱动器 电源模块 中央控制模块 软起动模块 保护模块 散热系统信号检测模块等组成 其中IGBT占整个控制器成本的40 50 电机控制器主要是通过接受VCU 整车控制单元 指令 如转速 扭矩等 从而控制整车的车速 及前进后退等动作 驱动电机与电机控制器 PDU是新能源车高压系统解决方案中的高压电源分配单元 通过母排及线束将高压元器件电连接 为新能源汽车高压系统提供充放电控制 高压部件上电控制 电路过载短路保护 高压采样 低压控制等功能等 保护和监控高压系统的运行 PDU也能够集成BMS主控 充电模块 DC模块 PTC控制模块等功能 与传统PDU相比多了整车功能模块 功能上更加集成化 结构上更复杂 具有水冷或是风冷等散热结构 PDU配置灵活 可以根据客户要求进行定制开发 能够满足不同客户不同车型需求 PDU的核心电气件有 高压连接器 母排及线束 MSD 手动维修开关 继电器 接触器 熔断器 分流器 霍尔传感器 等 目前市场上的PUD供应商主要为 高压连接器厂家 高压接触器 继电器 厂家 传统电机电控厂及部分PACK和BMS企业 高压直流配电单元 PDU 高低压线束 连接器 MSD 继电器 熔断器 继电器继电器是用小电流去控制大电流的一种 自动开关 具有输入回路 控制系统 和输出回路 被控制系统 之间的互动关系 新能源汽车主电路电压一般都大于200V 远高于传统汽车的12 48V 新能源汽车除需要传统汽车所需的低电压继电器以外 还需配备特殊的高压直流继电器 每台新能源汽车需配备5 8只高压直流继电器 2个主继电器 1个预充电器 2个急速充电器 2个普通充电继电器和1个高压系统辅助机器继电器 电动汽车中电路属于高压直流 一般继电器无法满足要求 目前应用最多的是真空型和充气型继电器 熔断器熔断器是当电流超过规定值时 以自身产生的热量使熔体熔断 断开电路的一种电气件 熔断器有交流和直流用途之分 交流应用于工业配电系统 车载的锂电池 储能电容 电动机 变流器和电控线路均属直流系统 都需要直流类型的熔断器做短路保护 才能保证安全可靠的正常运行和超强能力的短路开断效果 电动汽车高压配电盒中 输出端主要连接汽车辅助电源系统 在配电盒内部一般情况下会包括电加热风机支路 空调压缩机支路 DC DC支路及充电机支路 这4个支路上 每个支路都需要安装线路保护熔断器 目的是在各负载发生短路时能够及时切断电源保护线路 避免车辆火灾发生 熔断器以体积小 抗震好 价格低的综合优点 得到了广泛认可和大量使用 成为国内外公认的担当电动汽车短路保护的主要元器件 根据目前电动汽车行业使用的熔断器 大多数车型的系统最大电压一般为700VDC以下 也有少数车型的会略高于此电压 所以用于电池保护的熔断器主要有500VDC和700VDC两种 电流等级多以200A 400A 高低压线束 连接器 MSD 继电器 熔断器 DC DC专为新能源汽车设计的直流变换器 将车上动力电池的高压直流转换为供低压蓄电池所需要的低压直流 12V 24V 为车上低压蓄电池充电 从而为车辆低压电气供电 目前从国内电动汽车研发设计思路来看 大多厂商采用单向DC DC转换器 单向DC DC转换器可以达到优化电机控制 提高电动汽车整体效率性能的作用 同时还可以避免出现反向制动无法控制和变换器出现浪涌电压的不利情况 近两年来 双向DC DC转换器也开始被市场接受 OBC车载充电机与交流充电桩结合使用 为新能源车辆动力电池充电 车载充电机装载于车辆上 将交流桩输出的交流电转换为直流 并与BMS电池管理系统通讯 采用恒流或恒压模式为动力电池充电 目前国内车载充电机主流的为3 3KW和6 6KW 而国外如特斯拉采用的是高功率充电机 功率达到10KW 高功率是未来产品的一大趋势 DC DC转换器 OBC车载充电机 充电桩 充电桩其功能类似于加油站里面的加油机 可以固定在地面戒墙壁 安装于公共建筑和居民小区停车场戒充电站内 可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电 按照充电方式 充电桩可以分为 直流充电桩 快充 为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置 交流充电桩 慢充 为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置 直交流一体式充电桩 将直流充电机 直流充电桩和交流充电桩集成在一体 具有为蓄电池系统安全 自动地充满电的能力 同时具有为车载充电机提供交流电源的能力 新能源汽车主机厂 新能源汽车主机厂 动力电池梯次利用和回收管理 储能 很多人都知道 动力电池价格偏高是目前限制电动汽车推广的重要因素之一 相关资料显示 动力锂电池使用寿命约20年 但用于汽车动力却只有3 5年 因其在容量衰减到初始容量的80 以下时 电动汽车的续航里程会明显减少 但对于储能系统来说 这些电池仍具有较大的使用价值 于是便有了