純電動汽車學習入門(一)—純電動汽車概述(上)

2021-11-17 09:59:22北京李玉茂

汽車維修與保養 2021年7期

◆文/北京李玉茂

李玉茂 (本刊編委會委員、特約編輯)

中國汽車工程學會認證資深工程師、中國汽車工程學會汽車應用與服務分會特聘專家，從事汽車維修工作40余年，在大眾車系電控系統故障診斷領域經驗豐富。現任北京市工業技師學院汽車技術應用系顧問，清華大學、北京理工大學師資培訓基地汽車專業專家。

一、純電動汽車的4種電壓

燃油汽車只有一種12V電壓，純電動汽車有4種電壓。

1.12V直流電壓

燃油汽車的電源包括蓄電池和發電機，是為全車電器電子設備供電的。純電動汽車為全車12V設備供電的是蓄電池和DCDC(直流電壓轉換器)。電動汽車與燃油車一樣仍采用鉛酸蓄電池，有些電動汽車采用磷酸鐵鋰蓄電池，如圖1所示，該電池單體電壓為3.2V，采用4PNS(4串N并)，電壓在12.8～14.4V。DC-DC將直流高壓電轉換成給12V蓄電池充電的電壓。

圖1 12V電源的變化

2.220V交流電壓

交流充電樁或住宅插座與慢充槍、慢充口與充電機之間的慢充電纜是220V交流電，如圖2所示。電力變壓器次級三相繞組，引出相線記作“U、V、W”，兩條相線之間是線電壓380V。三相繞組的集結點稱中性點N，引出的線稱零線，記作“N”，相線與零線之間是相電壓220V。中性點N通過鋼纜埋入大地，同時引出一條線稱保護地線。金屬外殼的用電設備必須使用三孔插座，左插孔為零線“N”，右插孔為火線“L”，中間插孔為保護地線“PE”。車身與保護地線連接，當連接慢充槍后，如果“L”線與車身存在短路故障，熔斷器立即熔斷，防止車身帶電，避免人身觸電。

圖2 220V交流電

3.直流高壓

直流充電樁與快充槍、快充口與高壓盒、高壓盒與其他高壓部件之間的橘黃色電纜，為直流高壓電，如圖3所示。不同車型的直流高壓電在300～700V之間，電壓越高越能減小傳輸電線的橫截面積，從而減小重量和體積，但給安全性帶來不利，必須提高電線和設備的絕緣能力。

圖3 直流高壓電

4.三相交流高壓

電機控制器與驅動電機之間是三相交流電，如圖4所示，U相為紅色，V相為綠色，W相為黃色。電機控制器將高壓直流電逆變成三相交流電，供給三相交流同步電機。電機控制器通過改變交流電的頻率控制電機轉速，通過改變相序變換電機轉動方向，從而控制車速和行駛方向。電機控制器內設有電流傳感器測量三相電流，不測量三相電壓。

圖4 三相交流電

二、高壓電IT網絡

純電動汽車高壓電均采用IT網絡，第1位“I”表示高電壓與車身絕緣，第2位“T”表示高壓設備外殼連接車身。優點：如圖5所示，高壓電正極如與設備外殼發生短路故障，人體觸摸設備外殼，因無電流回路不會觸電。

圖5 高壓電的IT網絡

如高壓正極與設備A外殼短路，高壓負極與設備B外殼短路，當人體同時觸摸設備A和設備B時，則人體構成電流回路遭到觸電，如圖6所示。純電動車的各個高壓設備外殼均用電纜連接，稱作等電位線，當高壓正極與高壓負極同時出現短路故障時，熔斷器立刻熔斷。

圖6 等電位線

必須保證各高壓設備的等電位線連接可靠，如若等電位線發生斷路故障，則人員有觸電危險，如圖7所示。

圖7 等電位線斷路故障

三、高壓電絕緣措施

1.關閉點火開關后，VCU執行下電程序，動力電池的高壓正和高壓負繼電器自動斷開，高壓下電。

2.高壓正、高壓負電纜為單線制或雙線制，外皮為橘黃色。

3.高壓電部件外殼裝有等電位線，亦稱均衡線，作用是避免出現接觸電壓。

4.高壓插頭和連接器都有防接觸措施。

5.動力電池中間裝有維修開關，維修開關中裝有快速熔斷器。

6.采用電絕緣式DC-DC轉換器，保證高壓電不會與12V電直接連接。

7.高壓部件內的電容器，當高壓下電后會自動放電。

8.高壓元件插頭有高低壓互鎖線，如插頭未連接，高壓不會上電；如運行中插頭脫開，高壓立即下電。

9.對高壓元件采用絕緣監控，實時監測高壓正、高壓負與車身搭鐵之間的電阻值，如異常高壓立即下電。

10.當高壓電系統出現故障或車輛發生碰撞事故時，高壓立即下電。

四、高壓電系統

1.主要組成

純電動汽車設有“大三電”，即動力電池、電動機、電機控制器；設有“小三電”，即高壓盒、充電機、DC-DC。也有觀點認為電機控制器、高壓盒、充電機、DC-DC集成在一起稱作電力電子集成模塊PEU，“小三電”應是電動壓縮機、加熱器PTC、電動轉向助力。

電機控制器、高壓盒、充電機、DC-DC可以分體，如圖8所示。可以將后三者集成稱高壓配電盒PDU，如圖9所示。可以將四者集成稱PEU，如圖10所示。還有其他集成方式，例如充電機與DC-DC集成，因各廠家設計思路不同而集成方式不同。

圖8 分體式

圖9 三合一PDU

圖10 四合一PEU

分體式的優點是更換成本低，缺點是部件多、相互間的連接線多。集成式的優點是體積小、質量輕，缺點是更換成本高。分體式便于初學，所以我們學習從分體式入手，為便于學習記憶，本篇文章說成“大三電”“小五電”，如圖11所示。紅色字是“大三電”，藍色字是“小五電”，紅色箭頭是動力電池放電，黃色箭頭是動力電池充電。