電力驅(qū)動系統(tǒng)可以說是新能源汽車的心臟,其主要分為兩個部分:電機及其控制部分、電池及電源管理裝置。目前,電力電子技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用與傳統(tǒng)汽車相比,主要增加了在電力驅(qū)動系統(tǒng)上的應(yīng)用,包括電機驅(qū)動和逆變裝置、電池管理裝置、DC-DC轉(zhuǎn)換器、充電器等。新能源汽車的電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜,同時,汽車惡劣的使用工況和復(fù)雜多變的使用環(huán)境對電子技術(shù)提出了更高的要求,因為汽車電子系統(tǒng)要求運行電壓很寬,并且有很大的瞬態(tài)電壓和溫度變化,對于電子裝置來說越來越有挑戰(zhàn)性,這就要求開發(fā)更高性能的電力電子設(shè)備。
1、電機及其控制裝置的應(yīng)用
新能源汽車使用的電機應(yīng)具有瞬時功率大、過載能力強、能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長的特點,同時必須具有寬的調(diào)速范圍,要求有高的可靠性,能在較惡劣環(huán)境下長期工作;從經(jīng)濟學(xué)角度來講應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)大批量生產(chǎn)、運行噪聲低、使用維修方便,價格便宜等條件。目前我國自主開發(fā)的永磁同步電機、交流異步電機和開關(guān)磁阻電機等均實現(xiàn)了整車小批量配套能力。其中轎車用永磁電機比功率超過1300w/kg,電機系統(tǒng)最高效率達93%以上,功率覆蓋200kW以下民用電動車輛范圍。90KW車用永磁驅(qū)動電機技術(shù)指標(biāo)接近國際先進水平:系統(tǒng)功率密度≥1.36kW/kg、電機峰值效率≥97%。
電機在低速下最大輸出轉(zhuǎn)矩取決于逆變器的電流輸出能力,最大輸出功率由逆變器的功率決定。因此電機驅(qū)動控制器的設(shè)計是整個新能源汽車系統(tǒng)設(shè)計中的重點和難點。新能源汽車中的電機驅(qū)動控制器一方面要求效率高,電磁干擾小。另一方面要求環(huán)境適應(yīng)性強,工作可靠和體積小。
2、電池管理系統(tǒng)(BMS)的應(yīng)用
目前新能源汽車上普遍使用鋰電池作為動力電源,而鋰電池的管理系統(tǒng)(BMS)實現(xiàn)的功能包括:數(shù)據(jù)監(jiān)測、荷電狀態(tài)(SOC)估計、熱管理、均衡管理、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示與報警。我國在十五期間就設(shè)立電動汽車重大專門研究項目,在BMS方面也取得很大突破。如今,BMS已是上至國家下至企業(yè),都重點關(guān)注的研發(fā)領(lǐng)域。我國的BMS研究成果顯著,像比亞迪、北汽、奇瑞、哈飛、上汽都在研發(fā)自己的電池管理系統(tǒng),爭相開拓電動汽車市場。
3、 DC-DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用
在電動車行駛過程中需頻繁加減速,在電機端的電壓是不斷變化的,但由于蓄電池或燃料電池的比功率指標(biāo)的限制,直接用它們?nèi)ヲ?qū)動電機或接收電機端回流的電能,會造成驅(qū)動性能惡化。而使用雙向DC/DC變換器就是用來平衡電池端和電機端的電壓,可將動力電池組或超級電容器的電壓維持在相對穩(wěn)定的數(shù)值上,以明顯提高電機的驅(qū)動性能。這就需要DC-DC轉(zhuǎn)換器有足夠大的容量和足夠高的效率,新能源汽車的車載復(fù)合電源對DC-DC變換器的要求是十幾安培到上百安培的級別,再加上DC-DC變換器裝載在汽車內(nèi)部的狹小空間,要受到旁邊電機與發(fā)動機強烈的電磁干擾,這種對DC-DC的設(shè)計要求非常高。
4、充電裝置的應(yīng)用
發(fā)展自動充電器是發(fā)展電動汽車的必要條件,因為它能將交流電網(wǎng)的電能有效補充到每輛電動汽車的蓄電池中。今后為使電動汽車普及,則需要建立蓄電池充電站,每個站必須配備若干套自動充電器。充電器的功能就是將交流電變?yōu)橹绷麟?這就需要用到電工電子技術(shù),使用功率器件。當(dāng)這些充電器用到電動汽車中時,人們對它們提出了更多的要求。要求它們恒流恒壓二段式充電,還要求高效、輕量,有自檢及自動充電等多種保護功能,并且能程控設(shè)定充電時間曲線、監(jiān)視電池溫度,對電網(wǎng)無污染等。這些要求需要電工電子技術(shù)來解決,更突出了電工電子技術(shù)在充電器上的應(yīng)用。
5、在新能源汽車附屬裝置的應(yīng)用
在傳統(tǒng)汽車中,大部分附屬裝置所需的動力都是來源于發(fā)動機,比如汽車空調(diào)壓縮機、水泵、轉(zhuǎn)向助力油泵和真空制動助力器等等。而在新能源汽車中,這些裝置功能依然存在,但已經(jīng)不能沿用傳統(tǒng)的方式,因為新能源汽車并不完全依靠發(fā)動機來驅(qū)動,所以要開發(fā)新型的附屬裝置,比如電動壓縮機、電動水泵、電動轉(zhuǎn)向助力、電動真空泵及線控剎車系統(tǒng)等等,實現(xiàn)全車電氣化運行。