第一章　电动汽车概述与高压检测方法

第一节　电动汽车的结构、组成

一、电动汽车的结构

电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车的组成主要包括电源（动力电池）、驱动电动机系统、整车控制器及充电系统、空调系统、冷却系统、制动系统、转向系统和数据采集终端等，其他部分基本与传统的内燃机汽车相同，如图1-1所示。

从电动车的工作原理、结构和特点出发，可简单归纳出“三大电、六小电”的概念。“三大电”是指电动机控制器、电池与管理系统和整车控制器。其中电动机与控制器为新能源汽车提供驱动力；电池与管理系统提供动力源；整车控制器通过总线系统对全车各系统综合控制。“六小电”是指车载充电器、DC/DC转换器、空调与加热系统、仪表系统、转向电动机和制动助力真空泵电动机。用于为常规汽车电器供电的低压蓄电池在车辆工作时，由高压动力电池通过DC/DC转换成低压直流电后充电。高压动力电池关闭后，低压蓄电池维持低压系统供电。高压动力电池接入工作后，DC/DC转换器与蓄电池可同时为常规电器供电。电动汽车的空调由高压直流驱动电动机带动压缩机制冷；热风由高压直流电通过PTC（热敏电阻）等加热器件发热产生热量，由热风电动机风扇吹到车内。

电动助力转向是以低压直流电驱动助力电动机作为转向助力，根据车速来控制驱动电流的大小，从而调节助力的大小，实现车速高时助力小、车速低时助力大的要求。

电动助力转向现在已不是电动汽车的专有配置。现在的电动汽车制动系统多数仍以电动真空泵为动力产生真空源，辅助能量回收系统进行制动。只有部分车型采用智能制动系统，即使用全新的技术代替了原先的真空助力技术，从而彻底终结了制动系统对真空的依赖，并与其他系统结合，这将是未来电动汽车制动系统的发展方向。目前比较有代表性的是博世公司的iBooster和大陆公司的MKC1。

二、电动汽车的主要部件

1．电源（动力电池）

电动汽车的电源为化学电源，向高压动力回路提供电能。目前应用最广泛的电源是磷酸铁锂电池和三元锂聚合物电池，如图1-2所示。动力电池区别于普通电池有其一定的特殊性，总结如下。

① 电池的串并联。

② 电池的容量较大。

③ 电池的放电倍率较大。

④ 电池的安全性要求较高。

⑤ 电池的工作温度范围较宽。

⑥ 电池的使用寿命长，一般要求5～10年。

2．驱动电动机系统

驱动电动机（PMSM）是将电源的电能转化为机械能的装置，其工作原理如图1-3所示。目前国内外电动汽车生产厂家应用的电动机主要有永磁同步电动机和交流异步电动机。电动机控制器将动力电池提供的高压直流电转换为三相交流电，在整车控制策略下根据驾驶员的意图控制电动机的电压或电流，完成电动机驱动扭矩、旋转方向及速度的控制。

3．整车控制器

整车控制器对电动汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性（图1-4）。整车控制器采集驾驶员操作信号，通过CAN总线获得电动机和电池系统的相关信息，进行分析和运算，通过CAN总线给出电动机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制，具备完善的故障诊断和处理功能。

4．充电系统

在电动汽车上为动力电池充电有两种方式和路径：一种是交流车载充电机将家庭用的220V交流电转换为略高于300V的直流电，为动力电池充电（交流慢充）；另一种是充电桩与电动汽车高压接口连接，直接用大电流的直流电给动力电池充电（直流快充）。

（1）交流慢充　动力电池在放电终止后，应立即充电，充电电流比较低，这种充电叫作常规充电。常规充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，一般充电时间为5～8h，甚至更长。这种充电方式是利用车载充电机进行的，接220V交流电，如图1-5所示。

① 慢充模式的优点

a．充电机及其安装成本比较低。

b．可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本。

c．可提高充电效率和延长电池的使用寿命。

② 慢充模式的缺点

a．充电时间过长，因此当车辆需要紧急出行时难以满足要求。

b．充电时占用停车场时间过长，因此对停车位的数量和环境的要求比较高。

（2）直流快充　动力电池常规的充电方式时间较长，给车辆出行带来很多不便。为此，又增加了直流快充的充电方式。直流快充又称应急充电，是通过充电桩以较大电流在电动汽车停车的30～120min内，为其提供短时间充电，一般充电电流为几十到上百安培，如图1-6所示。

① 快充模式的优点　充电时间短，方便车辆的出行。

② 快充模式的缺点

a．增加了电网的载荷和冲击，同时也降低了电池的使用寿命。

b．快充设备功率比较大，控制也比较复杂，成本高，安装时对接入电网的容量要求比较高。

（3）低压蓄电池充电　电动汽车的低压12V蓄电池的充电及低压电气设备的辅助供电是由DC/DC转换器将动力电池的高压直流电转换为低压直流电提供的，如图1-7所示，输出范围在14V左右。

5．空调系统

电动汽车空调系统（图1-8）与传统汽车空调最大的不同就是压缩机和暖风。电动汽车的压缩机多采用电动涡旋式压缩机，通过高压电来驱动，这一点区别于传统汽车空调压缩机；暖风功能是PTC加热器通过将高压电转化为热能实现的，所以，当开启空调的制冷或制热时，消耗的是动力电池的电量，电动汽车空调的响应速度比较快，效率高，在启动空调后很短时间内就会达到设定温度。

6．冷却系统

电动汽车的冷却系统比较简单，冷却系统由散热器、储液罐、12V电子水泵、电动机水道、电动机控制器水道、PDU水道及水管组成，主要是给大功率用电设备和大功率开关元器件进行散热，加注的冷却液类型与传统汽车一样。电动水泵的位置如图1-9所示。

7．制动系统

目前国产电动汽车大部分为并联制动，并联制动制动力分配原理如图1-10所示。与串联制动不同，并联制动按一个固定的比例分配再生制动力和机械摩擦制动力。由于没有充分发挥再生制动力的作用，因此其回收的能量没有串联制动高。但并联制动对传统机械摩擦制动系统的改动少，结构简单，只需增加一些控制功能即可，成本低。

并联制动系统的控制原理如图1-11所示。根据驾驶员的命令，电动机控制器确定需要加在液压制动基础上的电动机制动转矩，其大小由液压主缸压力确定。同样，电动机制动扭矩是电动机转速的函数。因此能够加在液压制动基础上的电动机制动力要根据汽车的静态制动力分配关系、电动机扭矩特性、驾驶员的感觉和轮胎与路面附着极限综合确定。很明显，由于缺乏主动制动控制功能，在电动机制动和液压制动系统之间不能进行协调控制，因此，并联制动对电动机制动扭矩使用不充分，能量回收率低。

8．转向系统

目前1.3t以内的中小型电动汽车多采用小齿轮式电动助力转向系统（P-EPS），这种转向助力系统在传统汽车上也有应用，主要由机械转向部分和电控系统组成，如图1-12所示。该转向系统的特点如下。

① 助力扭矩通过转向器放大，因此要求电动机的减速机构的传动比也相对较小。

② 由于电动机的安装位置距离驾驶员有一定距离，因此对电动机的噪声要求不是太高。

③ 电动机的扭矩波动不容易传到方向盘上，驾驶员手感适中。

④ 助力扭矩不通过转向管柱传递，因此对转向管柱的刚度和强度要求较低。

9．数据采集终端

数据采集终端由一根天线和一个数据记录仪（图1-13）组成， 数据记录仪指示灯说明如表1-1所示，其作用如下。

① 车载终端能够与整车控制器（VCU）通过CAN总线进行通信，服从VCU的控制命令，获取整车的相关信息。车载终端采用“行程长度编码”压缩机制，对CAN数据进行压缩，以减少存储空间的占用，同时节约网络带宽资源与流量，加快数据传输速度。

② 车载终端能够用GPS对车辆进行定位。

③ 车载终端能够将大量数据（最大8G）存储到本地移动存储设备（SD储存卡，如图1-14所示）中。存储的数据可由分析处理软件读取和分析。

④ 车载终端能够将信息按照规定的时间和数据量，以无线通信（GPRS）的方式发送到服务平台。在此信息传输的过程中，要保证信息的正确性，并且不能将信息丢失；同时，还需要做到信息的保密，使无线通信的信息不能被他人窃取。

⑤ 车载终端将在本地保存车辆最近运行一段时间的数据作为“黑匣子”，提供车辆发生故障或发生前的数据信息。

⑥ 车载终端支持在通信网络不畅情况下，自动将数据保存至采集终端Flash存储区内，待网络正常后，自动/人工将数据上传至服务平台。

⑦ 自检功能：当检测到GPS模块、主电源等故障时，会主动上报警情到监控中心，辅助设备进行检修。

⑧ 远程升级：支持远程自动升级功能，自动接收来自服务平台的升级指令完成软件升级，大大节约了维护成本。必要情况下，借助车载终端可通过CAN协议对车辆进行软件升级。

⑨ 车载终端与远程控制平台及手机APP配合工作，可实现车辆远程状态查询（图1-15）和远程车辆控制等功能（比如远程开启空调、充电等）。