比亞迪e6電動汽車原理介紹(上)

2016-11-29 05:56:50吉林李偉

汽車維修與保養 2016年8期

◆文/吉林李偉

比亞迪e6電動汽車原理介紹(上)

◆文/吉林李偉

一、EV總體組成與基本工作原理

EV(電動汽車)總體組主要由動力電池組、驅動電機、控制系統及安全保護系統等組成，如圖1所示。電池組是電動汽車的能源，驅動電機用于將電池組的電能轉化為機械能，驅動車輛行駛。控制系統對電池組進行管理和對電機進行控制。安全保護系統在電動汽車發生緊急情況時，對人及機器進行保護。

圖1 EV結構組成

EV基本工作原理如圖2所示，保留了傳統汽車的加速踏板、制動踏板和各種操縱手柄等，但它不需要離合器。在電動汽車工作時，傳感器將加速踏板、制動踏板機械位移的行程量轉換為電信號，輸入中央控制系統，經中央控制器處理后發出驅動信號，達到對電動汽車工況的控制。

當汽車行駛前進時，電池組輸出的直流電經電機控制系統變為交流電后供入驅動電機，電機輸出的轉矩經傳動系統驅動車輪。當汽車減速時，車輪帶動驅動電機轉動，通過電機控制系統使感應電動機成為交流發電機產生電流，再將交流電變為直流電向電池組充電(制動再生能量)。同時，EV控制系統通過各種傳感器、電流檢測器對動力電池組、驅動電機進行監控并及時反饋信息和報警，并通過電流表、電壓表、電功率表、轉速表和溫度表等儀表進行顯示。

圖2 純電動汽車結構組成

二、比亞迪e6電池組電池管理系統

1.比亞迪e6純電動汽車電池組

e6純電動汽車采用磷酸鐵鋰電池，簡稱鐵電池，也是鋰電池的一種，它放在汽車底部，由90個單體電池組成，總電壓307V，電池容量達220Ah，可以使續駛里程達到300km，如圖3所示。

圖3 e6電池組

2.電動汽車電池管理系統BMS

(1)電池管理系統的作用

電池管理系統英文單詞是Batty Management system，簡稱BMS。它的主要作用如下：

①電池溫度控制。汽車動力電池采用大容量單體電池容易產生過熱現象，從而影響電池的安全和性能，必須監測和控制溫度。

②保持電池組電壓和溫度的平衡。由于電池正負極材料和電池制造水平的差異，電池組各單體電池之間尚不能達到性能的完全一致，在通過串并聯方式組成大功率大容量動力電池組后，苛刻的使用條件也容易誘發局部偏差，從而引發安全問題。因此，為確保電池性能良好，延長電池使用壽命，必須使用BMS對電池組進行合理有效管理和控制。

③防止電池過充過放。串聯的電池組充電/放電時，部分電池可能先于其他電池充滿/放完。繼續充電/放電就會造成過充/過放，電池的內部副反應將導致電池容量下降，熱失控或者內部短路等問題。電池老化、低溫等情況，均會導致部分電池的電流超過其承受能力，降低電池的壽命。

④防止電池短路或者漏電。因為振動、濕熱、灰塵等因素造成電池短路或漏電，威脅駕乘人員的人身安全。

⑤預測電池的SOC和剩余行駛里程。SOC(State Of Charge)是指電池的荷電(存電)狀態，估算出電動汽車的剩余行駛里程，以便駕駛人提早做好準備。

(2)電池管理系統結構

電池管理系統結構如圖4所示，它包括多個處理模塊：數據采集模塊、SOC估算模塊、電氣控制模塊、安全管理模塊、熱管理模塊、數據通信和顯示模塊等。(3)電池管理系統工作原理

BMS動態監測動力電池組的工作狀態，實時采集每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，估算出各電池的荷電狀態SOC、安全狀態SOH(State Of Hea1th)和電化學狀態SOE(state Of E1ectrochemistry)。然后通過控制其他器件，防止電池產生過充電或過放電現象，同時能夠及時給出電池狀況，找出故障電池所在箱號內位號，挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性。此外，BMS還需要設定面向用戶端的顯示，將估算的剩余電量換算成可行駛里程，同時還需要有自動報警和故障診斷功能，方便駕駛人操作和處理。BMS的主要工作原理可簡單歸納如下:數據采集電路首先采集電池狀態信息數據，再由電子控制單元ECU進行數據處理和分析，然后根據分析結果對系統內的相關功能模塊和執行部件發出控制指令，并向外界傳遞信息，如表1所示。

(4)比亞迪電動汽車電池管理系統

如圖5所示，比亞迪電動汽車電池管理系統置于發動機室上部，同時還有動力配電箱與其配合，通過配電箱對電池包體中巨大的能量進行控制，它相當于一個大型的電閘，通過繼電器的吸合來控制電流通斷，將電流進行分流。關鍵零部件為繼電器，為了控制如此大的電流通過整車，需要幾個繼電器的并聯工作。

3.比亞迪純電動汽車工作原理

圖4 電池管理系統示意圖

表1 BMS的主要輸入的信號和執行部件

圖5 電池管理系統位置

比亞迪純電動汽車結構組成與工作原理如圖6所示。電源接通，汽車前進時，主控ECU接收擋位控制器、加速踏板和角度傳感器等各方面信息，傳遞給電機控制器，以控制流向前驅電機的電流，此時電池組電流通過應急開關、配電箱/繼電器之后，一路經過電機控制器向前驅動電機供給需要的電流，從而使驅動電機運轉，通過變速器/差速器和傳動軸，帶動左右前輪轉動，使汽車行進；另一路經過DC-DC轉換器，將電池組330V高壓直流電轉換為低壓42V，提供給電動轉向系統EPS使用。同時電池組受BMS控制，將電池組的瞬時電壓、電流、溫度、存電情況等信息傳遞給BMS，以防止電池組過放電或溫度過高損壞電池組。如果發生漏電情況，漏電保護器起作用。一旦發生緊急短路等情況，保護裝置熔絲即熔斷保護。