EV技术介绍 1 - 电动汽车工作原理

1. 电动汽车工作原理

1）国家战略

因为传统燃油车已经发展了100多年，其中核心的零部件发动机、变速箱和底盘技术已经高度成熟；但是中国的汽车工业起步较晚，到现在不到60年，想要在燃油车技术上超过发达国家，还是有一定距离的；因为中国是一个贫油国家，但是我们的煤炭储量很大，中国的电气化水平很高，基础建设完善，从环保和国家能源安全的角度，我们主推新能源汽车，目前以电动汽车为主。

2）电动汽车构成

图1 电动汽车结构图

如图，电动汽车以电力为主，所以整个系统围绕的是电；我不从学术角度看，只从使用角度讲解：电力的流动来解释；

（1）电力来源：充电系统，这个大家都比较熟悉，补充电力，通过充电装置进行充电，主要是从电网获得电力，通过充电站、便携充电器等进行电力补充；我们应用的电力一般是单相交流、三相交流电；而电池需要的直流电，这就需要汽车具备OBC系统，将交流电转换为直流电冲入电池；即图中（交流充电桩）->（交流充电接口）- >(充电机 OBC+DCDC) -> (动力电池包) 完成交流慢充；当然也可以 （直流液冷充电枪）->(直流通电接口) - >(电池组)，完成直流快充；

（2）电力分配：通过高压配电盒PDU，将电力分配到不同的用电设备，这里主要分成两类，动力系统和用电系统；
（3）动力系统：主要是驱动电动汽车行驶的动力，从PDU分配到电机控制器MCU，因为从电池包出来的电压是高压直流电，电动机是三相交流，需要MCU将动力进行转换，将直流变成交流，同时实现对电机的控制，电机会集成齿轮装置，然后连接车轴，将动力输出到车轮；

（4）高压用电系统：这里主要按用电需求分成两类，一是可以直接用高压系统直接驱动的空调系统和PTC，这个好理解，空调本质上也是电机（空气压缩机），可以用高压直接驱动，实现制冷；传统燃油车有发动机，可以产生热量，所以制热不需要额外驱动，直接获取发动机废热即可，但是电动车没有这个热量，就用高压直流电直接加热电阻器（PTC），产生热量，解决制热问题；这个就是和冷热强相关，也是电车怕冬天开暖风，夏天开空调的原因，真的是费电；

（5）低压用电系统：除了高压用电，电动车同传统燃油车一样，对车门、车窗等电气也需要进行控制，这需要获得低压直流电，所以从动力电池出来，需要PDU将高压分配给DCDC，进行直流降压，获得汽车上ECU的供电，和对车载小电池的供电；

图2 400V/800V电压电力分配图

图2更加清晰的展示了，电动汽车内部电力分配；400/800V属于高压部分，12V属于低压部分；和传统燃油车比，引入了高压电路，高压触电安全也是电动汽车的重要挑战；

2. 新能源汽车类型

图3 新能源汽车的分类

按照能量的来源方式，主要有几个类型的分类：

（1）Hybird Electric Vehicle，HEV 混合电动汽车；动力是通过发动机和电动机共同提供，依据电动机提供的动力大小，又可以分成弱混动和强混动电动车；纯电力行驶的里程比较短；这种类型又被叫做Full-HEV，为了和micro，mild HEV做区别；混动汽车至少有如下功能：

- engine idle stop/star 发动机空闲启停，包含能量管理，允许刹车和减速下的能量回收，充电到低压电池，降低未来功耗；

- electric torque assistance (fill and boost) 电动扭矩协助（填充和增压），增加起步时，瞬时扭矩，补偿燃油机扭矩延迟，叫做fill；达到燃油机的极限扭矩后，通过电机部分增加额外扭矩，叫做boost；

- energy recuperation（regenerative braking）能量回收；当刹车或者减速时，电机可以充当发动机，提供负扭矩，进行发电，然后充电到电池，实现了动能到电能的存储；

- electric driving 纯电行驶，关闭发动机，电池可以支持车辆行驶，但是低速度5-10 kph；

- battery charging (during driving) 行驶过程充电

- battery charging (from the grid) 从电网充电

注：

ENG – internal combustion engine 内燃机

MOT – electric motor (machine) 电动机（机械）
TX – transmission 变速箱
BATT – high voltage battery 高压电池
PE – power electronics module (MOT controller) 动力电子模块（电机控制器）

图4 混动电动车的功能

图5 不同类型（微/中/强）混动电动车的功能

强混电动车也会分成不同的类型，因为篇幅有限，参考另外一篇文章；

（2）Plug-In Hybird Electric Vehicle，PHEV，按照字义理解即可，插电混合动力汽车，动力可以由发动机和电机共同提供，电力行驶的距离适中；

（3）Battery-powered Electric Vehicle，BEV，纯电动汽车，完全由带电池驱动的汽车，行驶里程可以达到传统燃油车水平；

（4）Range Expanded Eletric Vehicle，REEV，增程汽车，通过燃油发动机发电，带动电动机驱动汽车；