新能源汽车三电系统详解(图文并茂)

新 能 源 汽 车 区 别 于 传 统 车 最 核 心 的 技 术 是 三 电 包 括 电 驱 动 电 池 电 控 下 面 详 细 讲 解 一 下 三 电 基 础 知 识 一 电 池 电 池 是 与 化 学 机 械 工 业 电 子 控 制 等 相 关 的 一 个 行 业 电 池 的 关 键 在 电 芯 电 芯 最 重 要 的 材 料 便 是 正 负 极 隔 膜 电 解 液 正 极 材 料 广 为 熟 知 的 有 磷 酸 铁 锂 钴 酸 锂 锰 酸 锂 三 元 高 镍 三 元 动 力 电 池 是 非 常 年 轻 的 产 品 1996 年 通 用 推 出 EV 1 采 用 的 是 铅 酸 电 池 它 是 现 代 电 动 汽 车 架 构 雏 形 从 铅 酸 电 池 到 日 系 混 动 的 镍 氢 电 池 再 到 现 在 流 行 的 锂 电 池 也 才 20 多 年 从 第 四 批 新 能 源 汽 车 推 广 应 用 推 荐 车 型 目 录 新 能 源 乘 用 车 配 置 电 池 来 看 32 款 车 型 采 用 了 17 家 企 业 的 电 池 其 中 16 家 是 电 池 厂 商 另 外 一 家 是 长 安 新 能 源 的 这 说 明 其 它 乘 用 车 的 动 力 电 池 直 接 外 购 包 括 电 芯 电 池 组 与 电 池 管 理 系 统 等 大 部 分 自 主 品 牌 主 机 厂 都 没 有 自 己 的 电 芯 与 电 池 组 设 计 能 力 跨 国 车 企 虽 然 没 有 自 己 的 电 芯 但 是 它 们 却 坚 持 自 己 设 计 生 产 电 池 组 件 与 管 理 系 统 这 是 为 了 加 强 动 力 电 池 的 核 心 竞 争 力 与 大 多 自 主 品 牌 的 差 别 是 即 使 不 采 用 这 家 的 电 芯 它 们 可 以 换 个 电 芯 品 牌 照 样 能 够 设 计 电 池 组 核 心 技 术 还 是 掌 握 在 自 己 手 里 但 是 我 们 更 关 心 的 是 动 力 电 池 也 是 就 新 能 源 汽 车 中 的 能 量 来 源 目 前 动 力 电 池 中 镍 氢 电 池 面 临 淘 汰 铅 酸 电 池 全 凭 保 有 量 在 支 撑 故 目 前 以 锂 电 池 最 为 主 要 如 下 图 先 介 绍 几 个 重 要 概 念 能 量 密 度 方 面 电 池 肯 定 不 如 汽 油 但 是 究 竟 差 别 多 大 呢 一 箱 50L 的 汽 油 可 以 大 概 跑 600km 续 航 同 样 里 程 的 电 动 车 需 要 多 少 电 池 呢 如 下 图 下 表 列 出 了 四 类 锂 电 池 的 主 要 性 能 指 标 差 别 从 表 中 可 以 看 出 四 类 电 池 各 有 优 劣 那 各 汽 车 厂 商 究 竟 是 凭 什 么 选 择 其 中 某 种 电 池 呢 哪 种 电 池 又 将 是 未 来 的 主 流 呢 数 码 电 子 产 品 对 锂 电 池 安 全 性 要 求 不 高 钴 酸 锂 电 池 最 合 适 3C 领 域 特 斯 拉 敢 于 使 用 此 类 电 池 也 是 未 来 得 到 超 强 的 续 航 能 力 但 是 同 时 其 安 全 性 能 要 打 些 折 扣 锰 酸 锂 电 池 因 其 不 偏 不 倚 的 特 征 赢 得 动 力 电 池 最 大 的 市 场 占 有 率 虽 然 其 能 量 密 度 不 如 钴 酸 锂 和 三 元 锂 但 其 他 综 合 性 能 相 当 出 色 如 果 不 是 较 低 的 能 量 密 度 限 制 了 磷 酸 铁 锂 电 池 其 真 的 有 可 能 成 为 动 力 电 池 中 的 霸 主 安 全 性 能 和 寿 命 这 两 个 关 键 指 标 都 是 顶 尖 的 如 果 说 国 内 把 锂 电 池 的 发 展 重 心 放 在 了 磷 酸 铁 锂 电 池 上 国 际 动 力 锂 电 池 行 业 的 新 星 非 三 元 锂 电 池 莫 属 比 钴 酸 锂 电 池 更 高 的 能 量 密 度 成 本 低 于 钴 酸 锂 电 池 安 全 性 也 相 当 可 靠 不 同 车 企 对 于 动 力 锂 电 池 的 选 择 都 有 自 己 的 考 虑 如 下 图 动 力 电 池 发 展 趋 势 总 结 二 电 驱 电 驱 由 三 部 分 构 成 传 动 机 构 电 机 逆 变 器 目 前 国 内 外 电 动 车 的 传 动 机 构 都 是 单 机 减 速 即 没 有 离 合 没 有 变 速 未 来 各 电 动 车 企 业 将 会 在 传 动 机 构 上 增 加 复 杂 性 同 时 降 低 对 电 机 电 机 变 阻 器 的 需 求 即 提 高 性 能 降 低 成 本 电 机 由 三 部 分 组 成 定 子 转 子 壳 体 电 机 技 术 的 关 键 点 在 定 子 转 子 转 子 即 新 能 源 汽 车 的 主 驱 动 电 机 它 承 担 了 与 新 能 源 汽 车 运 动 相 关 的 所 有 功 能 新 能 源 汽 车 的 电 机 有 正 转 和 反 转 正 转 即 为 向 前 行 驶 反 转 即 为 倒 车 新 能 源 汽 车 在 正 转 加 速 行 驶 过 程 中 电 机 为 负 扭 矩 扭 矩 的 精 确 意 味 着 新 能 源 汽 车 加 速 速 度 的 快 慢 当 扭 矩 产 生 误 差 时 需 要 电 机 来 完 成 的 新 能 源 汽 车 加 速 里 程 数 则 转 变 为 需 要 消 耗 同 等 能 量 的 电 池 来 完 成 而 电 池 的 成 本 相 比 电 机 较 大 因 此 新 能 源 汽 车 电 机 的 效 率 和 性 能 至 关 重 要 目 前 汽 车 专 用 点 击 驱 动 系 主 要 有 三 类 直 流 点 击 驱 动 系 永 磁 同 步 电 机 驱 动 系 交 流 感 应 点 击 驱 动 系 直 流 电 机 感 应 电 机 永 磁 电 机 逆 变 器 是 把 直 流 电 转 变 成 交 流 电 的 设 备 若 一 台 电 动 汽 车 的 逆 变 器 能 支 持 较 高 电 压 则 相 应 的 电 压 充 电 流 较 大 功 率 较 大 这 意 味 着 同 样 电 流 进 行 充 电 充 电 功 率 可 以 等 比 例 放 大 即 充 电 时 间 会 缩 短 若 提 高 逆 变 器 的 支 持 电 压 则 相 应 的 充 电 时 逆 变 器 产 生 的 热 量 会 变 多 那 么 就 需 要 解 决 逆 变 器 中 IGBT 模 块 的 散 热 问 题 这 是 提 高 充 电 效 率 的 关 键 问 题 目 前 日 本 丰 田 对 此 研 究 较 深 入 例 如 其 加 硅 碳 技 术 的 应 用 三 电 控 新 能 源 汽 车 电 机 电 控 系 统 作 为 传 统 发 动 机 变 速 箱 功 能 的 替 代 其 性 能 直 接 决 定 了 电 动 汽 车 的 爬 坡 加 速 最 高 速 度 等 主 要 性 能 指 标 同 时 电 控 系 统 面 临 的 工 况 相 对 复 杂 需 要 能 够 频 繁 起 停 加 减 速 低 速 爬 坡 时 要 求 高 转 矩 高 速 行 驶 时 要 求 低 转 矩 具 有 大 变 速 范 围 混 合 动 力 车 还 需 要 处 理 电 机 启 动 电 机 发 电 制 动 能 量 回 馈 等 特 殊 功 能 电 控 方 面 对 于 一 般 的 主 机 厂 来 说 真 正 掌 握 的 只 有 整 车 控 制 器 新 能 源 汽 车 整 车 控 制 器 与 传 统 汽 车 的 整 车 控 制 器 差 别 并 不 是 很 大 它 的 成 熟 度 也 比 较 高 此 外 电 机 的 能 耗 直 接 决 定 了 固 定 电 池 容 量 情 况 下 的 续 航 里 程 因 此 电 动 汽 车 驱 动 系 统 在 负 载 要 求 技 术 性 能 和 工 作 环 境 上 有 特 殊 要 求 1 驱 动 电 机 要 有 更 高 的 能 量 密 度 实 现 轻 量 化 低 成 本 适 应 有 限 的 车 内 空 间 同 时 要 具 有 能 量 回 馈 能 力 降 低 整 车 能 耗 2 驱 动 电 机 同 时 具 备 高 速 宽 调 速 和 低 速 大 扭 矩 以 提 供 高 启 动 速 度 爬 坡 性 能 和 高 速 加 速 性 能 3 电 控 系 统 要 有 高 控 制 精 度 高 动 态 响 应 速 率 并 同 时 提 供 高 安 全 性 和 可 靠 性 电 机 电 控 系 统 作 为 新 能 源 汽 车 产 业 链 的 重 要 一 环 其 技 术 制 造 水 平 直 接 影 响 整 车 的 性 能 和 成 本 目 前 国 内 在 电 机 电 控 领 域 的 自 主 化 程 度 仍 远 落 后 于 电 池 部 分 电 机 电 控 核 心 组 件 如 IGBT 芯 片 等 仍 不 具 备 完 全 自 主 生 产 能 力 具 备 系 统 完 整 知 识 产 权 的 整 车 企 业 和 零 部 件 企 业 仍 是 少 数 通 过 上 面 分 析 可 以 看 出 绝 大 部 分 自 主 品 牌 仅 掌 握 了 整 车 控 制 器 与 三 电 集 成 技 术 对 三 电 零 部 件 技 术 却 仍 是 处 于 没 有 进 门 的 阶 段 毕 竟 不 是 一 个 领 域 技 术 不 是 一 蹴 而 就 的 而 合 资 品 牌 方 面 没 有 电 芯 是 它 们 唯 一 的 软 肋 但 是 通 过 自 己 设 计 电 池 组 与 电 池 管 理 系 统 进 而 掌 握 动 力 电 池 技 术 弥 补 了 这 个 缺 陷 技 术 这 种 东 西 是 需 要 积 累 的 在 2020 年 前 补 贴 逐 步 下 降 甚 至 之 后 退 出 对 于 主 机 厂 来 说 最 重 要 的 工 作 是 如 何 降 低 动 力 电 池 的 成 本 也 是 技 术 与 市 场 博 弈 的 关 键 阶 段 如 果 技 术 受 制 于 人 降 成 本 将 难 于 上 青 天