电动汽车技术的核心在于“三电”系统,即电驱系统,电池系统和电控系统,这三个系统构成了电动汽车的关键技术。
(1)电驱系统电驱系统,也叫电驱动系统,一般由电机,传动机构和变换器组成。
① 电机
电机(Electrical Machine),有两种类型,一种是把电能转换为机械能的装置,称为电动机(Motor),另一种类型是把机械能转换为电能的装置,称为发电机(Generator)。
无论是电动机还是发电机,两者都在汽车上有广泛应用,在电驱动系统中,电机一般都是的是指电动机,也叫驱动电机,主要作用是把储存到动力电池的电能转换为机械能,为电动汽车提供前进的动力。
电机主要由定子和转子两部分组成,分为直流电机和交流电机两种大的类型。
对电动汽车来说,驱动电机需要满足宽调速范围、快速响应、轻量化、高效率、能量回收、高可靠性、安全性、成本可持续降低等要求,目前电动汽车常用的电机都是交流电机,其中三相感应异步电机和永磁同步电机是用得最多的两种。
特斯拉Model S所用的三相异步电机
② 传动机构
传动机构指的是将电机输出的扭矩和转速传递到汽车的主轴上,从而驱动汽车行驶的机构,主要包含减速器和差速器的两个部件。
差速器的主要作用是汽车转弯时使得两侧车轮转速不同,无论是电动汽车,还是燃油汽车部件是一样的,这里不再多提。
而对于减速器,一般由高速轴承和不同齿数的齿轮组成,通过输入轴上齿数少的小齿轮,啮合到输出轴上的齿数多的大齿轮,达到减速和增大转矩的目的。大小齿轮的齿数之比,就是传动比。实际上,作为动力传递机构,减速器早已广泛应用在各种机械的传统系统中。
电动汽车的减速器可以看成燃油汽车的变速箱,由于电机本身具有足够宽度的调速性能,因而减速器一般都是固定传动比的单级减速器,也就是只有一个档位的变速箱。下图为某电动汽车减速器的内部构造,可以看到是一个相对简单的机构。
某电动汽车减速器内部构造
③ 变换器
变换器(Convertor/Converter),指的是使电气系统的一个或多个特性(电压、电流、波形、相数、频率)发生变化的装置。对电动汽车来说,主要包含逆变器(Inverter)和DC/DC变换器两个器件。
其中,逆变器主要作用是将直流电转换为交流电,将电池的直流电转变为交流输出以驱动电机,将电能转变成机械能驱动电动汽车行驶,逆变器直接关系到驱动电机可靠和高效的运行。
IGBT模块是逆变器的核心器件,我们将会在之后章节介绍。
DC/DC变换器,将直流电源电压转换成任意直流电压,主要用于直流高低压转换,例如把动力电池的高压电(大于400V)转换位低电压,为多媒体系统、空调等设备(12V)供电。