纯电动汽车电气系统详解与

1、电动汽车的电气系统1.电气系统的组成v电气系统是电动汽车的神经，承担着能量与信息电气系统是电动汽车的神经，承担着能量与信息传递的功能，对纯电动汽车的动力性、经济性、传递的功能，对纯电动汽车的动力性、经济性、安全性等有很大的影响，是电动汽车的重要组成安全性等有很大的影响，是电动汽车的重要组成部分。部分。v组成：低压电气系统、高压电气系统、整车网络组成：低压电气系统、高压电气系统、整车网络化控制系统化控制系统1.电气系统的组成电动汽车电气系统组成图电动汽车电气系统组成图v高压电气系统：动力电池、驱动电机、功率变换高压电气系统：动力电池、驱动电机、功率变换器等高压电气设备组成；器等高压电气设备组成；

2、v低压电气系统：直流低压电气系统：直流12V12V或或24V24V的电源，一方面为的电源，一方面为灯光、雨刮等常规低压电器供电，另一方面为整灯光、雨刮等常规低压电器供电，另一方面为整车控制器、辅助部件、高压电气设备的控制电路车控制器、辅助部件、高压电气设备的控制电路供电。主要由供电。主要由DC/DCDC/DC功率变换器、辅助蓄电池和若功率变换器、辅助蓄电池和若干低压电气设备组成。干低压电气设备组成。1.电气系统的组成2.电动汽车的整车网络化控制系统v驱动电机控制系统、电池管理系统、车载充电系驱动电机控制系统、电池管理系统、车载充电系统、电动辅助系统、高统、电动辅助系统、高/低压电气系统等，需协

3、调低压电气系统等，需协调控制。控制。v主要组成：整车控制器、电机控制器、电池管理主要组成：整车控制器、电机控制器、电池管理系统、信息显示系统和通信系统等。系统、信息显示系统和通信系统等。v电动汽车的总线通信系统电动汽车的总线通信系统:目前各大汽车制造商采目前各大汽车制造商采用的车载网络通信协议有用的车载网络通信协议有CAN、LIN、TTCAN、FlexRay、VAN、ABUS、SAEJ1850等。等。v线控系统（线控系统（X-by-Wire）：）： FlexRay、 TTCANCAN 总线vCAN（Controller Area Network）总线：最初出）总线：最初出现于现于20世纪世纪8

4、0年代末，由德国年代末，由德国Bosch公司最先提出。公司最先提出。v采用采用双线串行通信双线串行通信方式，总线信号通过差分电压方式，总线信号通过差分电压进行传送，两条信号线分别为进行传送，两条信号线分别为CANH和和CANL。所。所有节点通过有节点通过CAN收发器连接收发器连接CANH和和CANL，总，总线末端有抑制反射的负载电阻（线末端有抑制反射的负载电阻（120),作用是避作用是避免信号传输至终端反射回来产生反射波而使数据免信号传输至终端反射回来产生反射波而使数据遭到破坏。遭到破坏。v当网络上的当网络上的节点节点发送信息时，信息从发送节点向发送信息时，信息从发送节点向传输线的两端发送，每

5、个节点都会检查数据，各传输线的两端发送，每个节点都会检查数据，各节点根据网络协议可通过滤波仅接收需要的报文，节点根据网络协议可通过滤波仅接收需要的报文，通信介质采用双绞线、同轴电缆或光纤。通信介质采用双绞线、同轴电缆或光纤。CAN 总线vCAN网络系统节点由节点微控制器网络系统节点由节点微控制器MCU、CAN协议控制器和收发器组成。协议控制器和收发器组成。vCAN协议控制器作用是接收协议控制器作用是接收MCU发出的数据，处发出的数据，处理数据并传给理数据并传给MCU。v收发器将收发器将CAN控制器提供的数据转换成电信号发控制器提供的数据转换成电信号发送至总线，同时监测总线状态并返回给送至总线，

6、同时监测总线状态并返回给CAN控制控制器。器。CAN 总线功率变换器v 分类：分类：DC/DC变换器变换器 和和 DC/AC变换器变换器v 电气系统中的功率变换器主要是电气系统中的功率变换器主要是DC/DC变换器变换器 ，分为降压、，分为降压、升压和双向升压和双向 三种形式。用于实现电气系统电能变换和传输三种形式。用于实现电气系统电能变换和传输的重要电气设备。的重要电气设备。v 主要功能：主要功能：v （1）不同电源之间的特性匹配。不同电源之间的特性匹配。（例如：用（例如：用DC/DC变换器变换器 实现燃料电池和动力电池之间的特性匹配）实现燃料电池和动力电池之间的特性匹配）v （2）驱动辅助系

7、统的直流电机驱动辅助系统的直流电机。在小功率（低于。在小功率（低于5KW）的）的直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC变换器变换器 供电。供电。v （3）给低压辅助电池充电：需要高压电源通过降压变换器）给低压辅助电池充电：需要高压电源通过降压变换器给辅助电池充电。给辅助电池充电。降压功率变换器v1.1.直流斩波（直流斩波（BuckBuck）降压功率变换器）降压功率变换器vUin是输入电压，是输入电压，L、C为电感与电容，对输出电为电感与电容，对输出电压和电流进行滤波，压和电流进行滤波，Q为功率开关，为功率开关，VD为续流二

8、为续流二极管。极管。v当当Q导通：输出电压导通：输出电压Uo= Uin；当；当Q关断：关断：Uo=0；v通过通过Q的交替导通与关断获得给定可调的输出电的交替导通与关断获得给定可调的输出电压，达到压，达到降压降压的目的。的目的。v输出电压与输入电压的关系：输出电压与输入电压的关系： Uo= UinDvD：开关占空比（开关占空比（0D1），），Duty Cycle。指高电。指高电平所占周期时间与整个周期时间的比值。平所占周期时间与整个周期时间的比值。v广泛应用于车载小功率高压直流电机的调速。广泛应用于车载小功率高压直流电机的调速。降压功率变换器v2.2.单端正激式降压功率变换器单端正激式降压功率变

9、换器降压功率变换器v增加了变压器增加了变压器Tr。v在在Tr的原边，通过开关管的原边，通过开关管Q的交替导通与关断，的交替导通与关断，在一次绕组在一次绕组N1上产生占空比可调的电压脉冲，通上产生占空比可调的电压脉冲，通过变压器的电磁耦合作用，变压器二次绕组过变压器的电磁耦合作用，变压器二次绕组N2的的输出经过整流与滤波后输出直流电压输出经过整流与滤波后输出直流电压Uo。v输出与输入电压的关系：输出与输入电压的关系： Uo= UinD N2/N1vN2/N1为二次绕组与一次绕组的匝数比。通过选择为二次绕组与一次绕组的匝数比。通过选择合适的匝数比，可以得到输出平稳的电压。合适的匝数比，可以得到输出

10、平稳的电压。 v广泛应用于车载广泛应用于车载24V辅助电池的充电电源。辅助电池的充电电源。降压功率变换器升压功率变换器v1. Boost型升压功率变换器型升压功率变换器v并联开关变换器：由开关管并联开关变换器：由开关管V1、二极管、二极管VD1、储、储能电感能电感L1和输出滤波电容和输出滤波电容C1组成。组成。v当当V1导通导通：能量从输入端：能量从输入端AO流入并储存于电感流入并储存于电感L1中，由于中，由于V1导通期间正向饱和管压降很小，二极导通期间正向饱和管压降很小，二极管管VD1反偏，变换器输出由滤波电容反偏，变换器输出由滤波电容C1提供能量。提供能量。v当当V1截止截止：电感：电感L

11、1中电流不能突变，所产生的感中电流不能突变，所产生的感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为右正左应电势阻止电流减小，感应电势的极性为右正左负，二极管导通，电感中储存的能量经二极管流负，二极管导通，电感中储存的能量经二极管流入电容，并供给输出端入电容，并供给输出端BO。v如果如果V1周期性地导通与截止，开关周期为周期性地导通与截止，开关周期为T，其，其中导通时间为中导通时间为ton，截止时间为，截止时间为T-tonv输出电压与输入电压的关系：输出电压与输入电压的关系： Uo= Uin T/(T-ton)当当T不变，改变不变，改变ton，即可改变输出电压（升压）。，即可改变输出电压（升压）。升压功

12、率变换器v2.2.全桥逆变式升压功率变换器全桥逆变式升压功率变换器升压功率变换器v当当V1和和V4同时导通、同时导通、V2和和V3同时截止，输入电压同时截止，输入电压Uin通过通过V1和和V4加到变压器加到变压器Tr的一次绕组上，即一的一次绕组上，即一次电压次电压UTr=Uin；v当当V1和和V4同时截止、同时截止、V2和和V3同时导通，输入电压同时导通，输入电压Uin通过通过V2和和V3反方向加到变压器反方向加到变压器Tr的一次绕组上，的一次绕组上，一次电压一次电压UTr = -Uin；v当当V1-V4同时截止：同时截止：UTr = 0；v通过开关管通过开关管V1-V4的交替导通与截止，将输入的直的交替导通与截止，将输入的直流电压转换成交流电压加到变压器上，其二次电流电压转换成交流电压加到变压器上，其二次电压通过压通过VD1和和VD2整流，输出为直流电压。整流，输出为直流电压。升压功率变换器v若开关管的开关周期为若开关管的开关周期为2T，导通时间为，导通时间为ton，匝数，匝数比为比为n，则输出电压，则输出电压Uo与输入电压与输入电压Uin的关系：的关系：vn1 ;当当T不变，改变不变，改变ton，即可改变输出电压。，即可改变输出电压。Uo= Uin n ton/T升压功率变换器双向功率变换器v在混合动力电动汽车中，动力电池组通过双向功在混合动力