「技术解析」电动汽车高压电气系统解析

>>>> 引言

纯电动汽车是以动力电池为能源，其电气系统包括高压电气系统、低压电气系统及 CAN 通讯信息网络系统。本文粗浅的介绍高压电气系统的组成及其发展趋势。

>>>> 高压电气系统的组成

在纯电动汽车上，高压电气系统主要是负责启动、行驶、充放电、空调动力等。主要包括电池系统、动力总成、高压电控系统、充电系统、高压设备，及其线束系统。

电池系统

动力电池PACK总成：电动汽车的“心脏”，为整车所有系统提供能源。当电量消耗后，也需要给他进行充电。动力电池为高压直流电，其工作电压一般为100~400V，输出电流可达到300A。三元锂电池是目前的主流。

一般来说，电动汽车动力电池PACK由以下几个部分构成：动力电池模组，结构系统，电气系统、热管理系统，电池管理系统（BMS）。

动力总成

电动汽车的动力总成主要由驱动电机与电机控制器（MCU）共同组成。

电机控制器MCU：将高压直流电转为交流电，并与整车控制器及其他模块进行信号交互，实现对驱动电机的有效控制。

驱动电机：按照电机控制器的指令，将电能转化为机械能，输出给车辆的传动系统。同时，也可以将行驶中产生的机械能（如制动效能），转化为电能，通过车载充电器输送给动力电池。当前主流驱动电机是永磁同步电机和三相交流异步电机（特斯拉）。

高压电控系统

高压配电盒（PDU）：整车高压电的一个电源分配的装置，类似于低压电路系统中的电器保险盒。

维修开关：介于动力电池和PDU之间，当维修动力电池时，使用它可以进行整车高压电的切断，确保维修安全。通常也会集成在PDU上

电压转换器（DC/DC）：将动力电池的高压直流电转化为整车用电器需要的低压直流电，供给蓄电池，以能够保持整车用电平衡。

车载充电器（OBC）：将交流电转为直流电的装置。

受整车布置的影响，越来越多车型趋向于将DC/DC与OBC整合为二合一控制器，甚至将PDU、DC/DC与OBC整合为三合一控制器。

充电系统

快充口：输入高压直流电，可以直接通过PDU给动力电池充电。

慢充口：输入高压交流电，需要经过OBC进行转化后，再通过PDU给动力电池充电。

高压设备

电动汽车上的电动设备主要包括转向助力系统、制动系统、电动空调和电加热设备。

转向助力系统：由变频驱动器和转向助力油泵组成，协助车辆转动方向盘，减轻人驾驶车辆的负担。

制动系统：由变频驱动器和电动空压机组成，给制动系统、悬挂系统提供压缩空气，实现制动功能。

电 空调压缩机和PTC加热器：为了调节车辆内部空间温度，电动汽车上设置冷暖空调或者空调配PTC加热。空调和加热器是电动汽车上的用电大户。

线束系统

电动汽车电气系统上各个部件通过线束相连，既有高压线束也有低压线束。

高压电源传输的媒介，

低压线束则可以看作电气系统的“神经网络”和“毛细血管”，除了满足传统燃油汽车线束的功能之外，还负责强电控制单元模块功能实现。

>>>> 高压电气系统发展趋势

电动汽车的系统高压电气系统正逐渐向着集成化、模块化发展，逐渐衍生出了电动汽车“三大件”：电池系统、动力总成、高压电控。

1、高压电控的集成化

特点：成本降低、空间节省、高压线束减少、可靠性增强。

2、驱动系统的集成化

特点：结构紧凑、可靠性高、成本低、效率高。

3、高压电气系统总集成

特点：成本降低、集成度高、电效率高、简化生产工艺。

4、电池系统性能的提升

特点：安全、能量密度提高、功率密度提升、SOC精度提升、循环寿命提升。

动力电池关键材料国产化进程加快，性能指标稳步提升，成本明显降低;单体、电池包、BMS等方面的安全技术研究全面推进。

性能：磷酸铁锂动力电池单体比能量最高达到150Wh/kg，三元锂电池单体比能量最高可达到230Wh/kg;

成本：动力电池整体呈下降趋势，动力电池系统成本一降至2元/瓦时以下;

产能：我国动力电池产能达到100GWh。

趋势：CATL、比亚迪、国轩等动力电池电芯生产企业通过自主生产、注资、合资等方式逐步向上游材料产业链延伸。