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解析纯电动车的三大核心部件:电机/电池/电控

2017-05-23 10:37:53


 纯电动卡车,这个名字不经意间就进入了我们的世界,从最开始的单纯的更换电动机到现在的整套纯电动动力链,纯电动卡车已经不再是简单的电动机代替柴油机的时代了。

  ● 纯电动不等于换发动机 电动车也有三大件

  和普通的柴油、汽油发动机的卡车相比,纯电动最直接和简单的区别就是发动机不一样,纯电动使用电动机代替了传统的柴油/汽油发动机,以电池组代替了燃油,为电动机提供动力。其中还有一个最主要的部件就是电控系统,电控系统由电池管理系统和控制系统构成,管理电池组和控制电池的能量的输出以及调节电动机的转速等等。

  目前国内最简单的纯电动卡车就是把柴油机换成电动机,在原来发动机的位置焊接一个支架安装电动机,这样的方式最原始也是最简单的,没有任何的控制系统,这样的纯电动卡车甚至还保留了手动变速箱。

  经过技术的不断发展,纯电动卡车已经由简单粗暴的更换电动机发展到拥有整套控制系统、电池管理系统、电动机等等。对于一辆成熟的纯电动卡车来说,拥有成熟的三大件(电动机、电池、电控系统)才可以称之为真正的纯电动卡车。

● 纯电动卡车要求高 电动机是重点

  1、电动汽车电应该具备较大的起动转矩、良好的启动性能和良好的加速性能来满足电动汽车的频繁启/停、加/减速和爬坡等要求;

  2、电动汽车电应该具备较宽的恒功率范围,以满足电动汽车高速行驶的需要;

  3、电动汽车电机应该具备较大范围的调速能力,在低速时具有较大的转矩,在高速时具有高功率,能够根据驾驶需要,随时调整电动汽车的行驶速度和相应的驱动力;

  4、电动汽车电机应该具备良好的效率特性,在较宽的转速/转矩范围内,获得最优的效率,提高一次充电后的持续行驶里程,一般要求在典型的驾驶循环区,获得85%~93%的效率;

  5、电动汽车电机的外形尺寸要求尽可能小,质量尽可能轻;

  6、电动汽车电机应该具备良好的可靠性好,耐温和耐潮性能强,能够在较恶劣的环境下长期工作,运行时噪音低,维修方便;

  7、结合控制器是否能有效的回收制动产生的能量。

  ● 电动机种类多 永磁同步电机占多数

  电动机分为直流电动、异步电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等等,这几种电动机各有特点,通过下表就可以直观的看到几种电动机之间的异同点。

  目前纯电动卡车用的最多的当属永磁同步电动机,同其他几种类型的电动机相比,永磁同步电动机具有效率高、比功率大的特点,但是永磁同步电动机的控制系统相对复杂、成本比较高,一些小型的纯电动卡车企业目前还没有自己的永磁同步电动机的技术。

  ● 电池技术不断发展 锂电池已经成为主角

  在纯电动卡车上另外一个重要的部件就是电池,对于纯电动卡车来说,电池就是保证源源不断的动力的根源,因此纯电动卡车对电池的基本要求大概可以总结为一下几个方面:

  1、电池的可靠性达到车用需求;

  2、电池使用寿命长,深度放电时循环次数达到车用要求;

  3、充电时间短、蓄电池尺寸和质量小、环境适应性强;

  4、电池在使用过程中单体电池健康状态变化一致,不影响整体性能;

  5、功率密度和能量密度高、不存在环境污染问题、成本低。

通过以上的几点要求我们可以看出纯电动卡车对电池自身的要求也比较高,特别是电池的重量和尺寸上更是要求尽量的轻和小。那么又是怎么衡量一块电池的好坏呢,通过以下几个技术指标就就可以判断一块电池的好坏。

  容量:在规定条件下,完全充电的蓄电池能够提供的电量,通常用安时(A.h)表示。

  充电率:蓄电池充电时用安培表示的电流

  完全充电状态:当蓄电池内所有可利用的活性物质都已转变成完全充电的状态。

  过充电:完全充电后仍延续的充电。

  急充电:通常是以高倍率短时间的一种部分充电。

  涓流充电:为补偿自放电,使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电。

  热失控:在恒压充电期间发生的一种临界状态。此时,蓄电池的电流及温度发生一种累积的互相增强的作用并逐渐增强导致蓄电池的损坏。

  开路电压:开路时,蓄电池正、负极间的电位差。

  负载电压:蓄电池输出电流时端子间的电压。

  终止电压:认为放电终止时的规定电压。

  目前电池技术不断的发展,车用电池已经从普通的铅酸电池发展到了燃料电池,但是目前在纯电动卡车上用的最多的电池是锂电池,锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池,是现代高性能电池的代表。锂电池目前在汽车行业里应用最为广泛,发展前景广阔,未来电池发展可能在锂电池上突破;主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及三元材料电池。

  锂电池主要优势如下:

  单体电池工作电压高达3.7V,是镍镉电池,镍氢电池的3倍,铅酸电池的近2倍。

  重量轻,比能量大,高达150Wh/Kg,是镍氢电池的2倍,铅酸电池的4倍。

  体积小,高达到400Wh/L,体积是铅酸电池的二分之一到三分之一。

  循环寿命长,循环次数可达1000次,使用年限可达3-5年,寿命约为铅酸电池的两到三倍。

  自放电率低,每月不到5%,无记忆效应,可以随时随地进行充电。

  无污染,锂电池中不存在有毒物质,因此被称为绿色电池。

  ● 保障车辆正常运行 控制系统是关键

  在纯电动卡车中另外一个部件也是相当的重要,那就是电池管理控制系统,电动汽车电池管理系统BMS主要用于对电动汽车的动力电池参数进行实时监控、故障诊断、SOC估算、行驶里程估算、短路保护、漏电监测、显示报警,充放电模式选择等,并通过CAN总线的方式与车辆集成控制器或充电机进行信息交互,保障电动汽车高效、可靠、安全运行。

  电控系统可以分为BMS系统和显示系统,简单的来说就是BMS系统主要是采集电池的数据,电池充放电状态、电池总电压、电池总电流,每个电池箱内电池测点温度以及单体模块电池电压等。由于动力电池都是串联使用的,所以这些参数的实时,快速,准确的测量是电池管理系统正常运行的基础。

  剩余电量估算:电池剩余能量相当于传统车的油量。荷电状态(SOC)的估算是了为了让司机及时了解系统运行状况。实时采集充放电电流、电压等参数,并通过相应的算法进行剩余电量的估计。

  充放电控制:根据电池的荷电状态控制对电池的充放电,当某个参数超标如单体电池电压过高或过低时,为保证电池组的正常使用及性能的发挥,系统将切断继电器,停止电池的能量供给和释放。

  热管理:实时采集每个电池箱内电池测点温度,通过对散热风扇的控制防止电池温度过高。

  均衡控制:由于电池个体的差异以及使用状态的不同等原因,电池在使用过程中不一致性会越来越严重,系统应能判断并自动进行均衡处理。

  故障诊断:电动汽车电池的工作电压一般都比较高(90V-700V),系统应监测供电短路,漏电等可能对人身和设备产生危害的状况。

  电池状况预测和报警:通过对电池参数的采集,系统具有预测电池组中单体电池性能、故障诊断和提前报警等功能,以便对电池进行维护和更换,以保证安全。

  信息监控:电池的主要信息在车载显示终端进行实时显示。

  参数标定:由于不同车型使用的电池类型、数量,每个电池箱容量和数量不同,因此系统应具有对车型、车辆编号、电池类型和电池模式等信息标定的功能。

  ● 编后语

  纯电动卡车已经成为了新能源的代表,纯电动卡车的三大件主要是电动机、电池、电控系统,这三个是纯电动卡车的重要组成部件。目前国内以比亚迪为主的新能源技术已经日趋成熟,在客车方面更是领先其他国家。

  纯电动卡车的瓶颈仍然是电池技术,虽然锂电池已经大规模的在纯电动卡车上使用。但是由于技术问题,成本、续航能力、充电时间等问题一直都是电池的短板,成为纯电动卡车发展的拦路虎。

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