廣告
首頁(yè) > 汽車(chē)技術(shù) > 正文
華人運(yùn)通 | 電動(dòng)汽車(chē)“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化拓?fù)溲芯?/h1>
2022-02-03 21:16:50· 來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂 作者：紀(jì)竹童
文章來(lái)源：華人運(yùn)通（江蘇）技術(shù)有限公司上海分公司1概述隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電速率提出了更高的要求。目前電動(dòng)汽車(chē)普遍采用400V電壓系統(tǒng)，
文章來(lái)源：華人運(yùn)通（江蘇）技術(shù)有限公司上海分公司
1概述
隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電速率提出了更高的要求。目前電動(dòng)汽車(chē)普遍采用400V電壓系統(tǒng)，對(duì)于一臺(tái)續(xù)航超過(guò)600km的電動(dòng)汽車(chē)，其電池容量超過(guò)90kwh，使用直流快充樁進(jìn)行直流充電時(shí)，SOC從10%充到90%需要1小時(shí)，無(wú)法滿足用戶快速充電的需求。電池充電速率目前主要受到充電樁和充電槍的充電電流的制約。充電電流大意味著線路損耗增大，電流超過(guò)350A后充電槍線路需要增加水冷散熱，進(jìn)一步加大充電線路的操作難度，充電效率降低。而提升電池電壓可以在保持充電電流不變的情況下，提升電動(dòng)汽車(chē)的充電速率，降低充電損耗。
目前各大整車(chē)廠已經(jīng)展開(kāi)了800V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究，以減少電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間，提升用戶體驗(yàn)。但是充電樁作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其應(yīng)用和普及存在滯后性，目前的充電樁電壓等級(jí)以400V為主。在電動(dòng)汽車(chē)電壓從400V向800V過(guò)渡的過(guò)程中，需要解決800V系統(tǒng)對(duì)400V充電樁（以下稱“低壓樁”）的兼容性[1]，也要兼顧高壓系統(tǒng)的成本，同時(shí)還要考慮零件裝配空間、車(chē)重、整車(chē)安全性等工程問(wèn)題，給電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。
2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)外整車(chē)廠開(kāi)發(fā)的800V高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，普遍采用的高壓拓?fù)淙鐖D1所示：
高壓系統(tǒng)拓?fù)渲型ǔ０姵?、?chē)載充電機(jī)(OBC)、高壓轉(zhuǎn)12V直流變換器(DCDC)、電機(jī)控制器、電機(jī)、PTC、400V轉(zhuǎn)800V升壓充電模塊（Boost模塊）等零部件，除電池外的其它零部件并聯(lián)在高壓直流母線上。
在電驅(qū)動(dòng)模式下，電機(jī)控制器將電池提供的直流電轉(zhuǎn)化為頻率和幅值可變的三相交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
在充電模式下，不同電壓等級(jí)的充裝樁通過(guò)充電槍連接高壓系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的充電口。接800V直流充電樁（以下稱“高壓樁”）時(shí)，通過(guò)充電槍直接與電池內(nèi)的電池管理系統(tǒng)（BMS）相連，實(shí)現(xiàn)800V充電，最大瞬時(shí)充電功率超過(guò)300kW。充電樁輸出為400V直流時(shí)，充電槍連接到Boost模塊接口；該模塊通過(guò)Boost電路，將400V直流升壓到800V直流后，給電池充電。
以保時(shí)捷為例，保時(shí)捷Taycan較早的采用了800V高壓系統(tǒng)，為了同時(shí)兼容400V充電樁，Taycan除了標(biāo)配800V直流充電系統(tǒng)，還增加了400V到800V的Boost(升壓)充電模塊。作為一項(xiàng)可選配置，該方案既擠占了車(chē)身空間，又增加了高壓系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本和硬件成本。
3電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升壓拓?fù)?
本文提出一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化拓?fù)?，將Boost電路與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)湎嘟Y(jié)合：通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)上已有的功率器件，實(shí)現(xiàn)Boost電路中的整流電路；利用電機(jī)定子電感進(jìn)行濾波。該拓?fù)渲辉黾由倭侩娮悠骷纯稍陔婒?qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加直流升壓充電功能，達(dá)到簡(jiǎn)化高壓系統(tǒng)拓?fù)浜徒档统杀镜哪康摹?
3.1Boost電路拓?fù)浼肮ぷ髟?
BOOST升壓電路又稱直流斬波電路，其工作原理是基于電感的電流不能突變這一特性，利用開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持直流的穩(wěn)定輸出。Boost電路拓?fù)湟延休^多文獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究，本文不再贅述。
3.2電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浼肮ぷ髟?
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)控制器、電機(jī)和減速箱組成。電機(jī)控制器的作用是將電池提供的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電輸入到電機(jī)側(cè)，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)、啟停并對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。電機(jī)控制器主要由直流母線電容、三相橋式逆變電路、控制電路等部分組成。其中三相橋式逆變電路由6組IGBT組成，通過(guò)接收控制電路發(fā)出的PWM控制信號(hào)并執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)逆變過(guò)程。電動(dòng)汽車(chē)多數(shù)使用永磁同步電機(jī)或交流異步電機(jī)，定子繞組的接線方式通常使用星形連接，為研究方便，將電機(jī)每相繞組模型等效為電感和電阻串聯(lián)。由于電機(jī)控制原理已有較多文獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究，本文不再贅述。
3.3“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化拓?fù)浼肮ぷ髟?
通過(guò)對(duì)比Boost升壓電路拓?fù)鋱D和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)淇梢钥闯?，Boost升壓電路拓?fù)渲兴璧碾姼?、功率開(kāi)關(guān)、二極管、電容元件，都包含在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)渲小Ｖ恍枰黾觾蓚€(gè)開(kāi)關(guān)和少量無(wú)源器件，調(diào)整功率器件的開(kāi)關(guān)策略，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)充電功能。改造后的拓?fù)淙鐖D2所示：
在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加一個(gè)保險(xiǎn)絲和兩個(gè)開(kāi)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)Boost升壓功能。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高壓引出線P接電池正極，引出線N接電池負(fù)極；引出線Pile+接低壓樁正極，Pile-接低壓樁負(fù)極。工作過(guò)程如下：第一步，關(guān)閉K2，K1開(kāi)關(guān)。第二步，給電感充電；該拓?fù)淇墒褂萌喽ㄗ与姼兄械囊幌鄬?dǎo)通或多相同時(shí)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)Boost電路。以L1一相電感為例，控制V4的IGBT導(dǎo)通，其他橋臂斷開(kāi)，低壓樁與電感形成回路，給L1電感充電;此時(shí)上三管的續(xù)流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，直流鏈支撐電容給電池充電。第三步，控制V4斷開(kāi)，原回路中的電流通過(guò)V1的反并聯(lián)二極管進(jìn)行續(xù)流，充電樁、L1、V1反并聯(lián)二極管、電池形成新的回路，由于電路中電流減小，電感兩端電壓反向，此時(shí)電池兩端電壓等于電感電壓加低壓樁電壓。重復(fù)步驟二和三，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池進(jìn)行升壓充電，直到電池電量充滿。
3.4電路參數(shù)匹配
假設(shè)一套150kW電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其輸入?yún)?shù)如表1，計(jì)算該系統(tǒng)的充電功率。
根據(jù)Boost變換器輸入輸出電壓之間的關(guān)系求出占空比D的變化范圍。
帶入表1參數(shù)，計(jì)算得D=0.5；其中Vin為樁輸入電壓，V0為輸出到電池兩端電壓。
為了保持電路工作的穩(wěn)定性與可靠性，流過(guò)電感的峰值電流通常不大于功率器件額定電流的1/2，同時(shí)避免因?yàn)殡娏鬟^(guò)大造成電感飽和。
電感輸出電流可以通過(guò)公式（2）確定
計(jì)算得I0=83A；對(duì)于一套峰值功率為150kW的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其直流側(cè)額定電流超過(guò)100A，交流側(cè)的額定電流設(shè)計(jì)超過(guò)110A，因此I0未超過(guò)功率器件的通流能力，可以承受超過(guò)60分鐘的充電時(shí)間。
輸出功率計(jì)算依據(jù)公式（3）
計(jì)算得Pout=66.3kW，使用400V充電樁，利用“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化系統(tǒng)進(jìn)行直流充電，充電功率可以達(dá)到66.4kW，相比主流的11kW家用交流樁充電時(shí)間縮短到1/6，滿足用戶日常充電需求。
4結(jié)論
在800V充電樁投放滯后的過(guò)渡階段，該拓?fù)渫ㄟ^(guò)在現(xiàn)有電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加少量元器件，使800V電驅(qū)系統(tǒng)具備升壓充電功能，兼容400V直流充電樁，充電速率遠(yuǎn)高于常見(jiàn)的11kW家用充電樁。該拓?fù)湟暂^低的成本解決了800V高壓系統(tǒng)對(duì)低壓充電樁的兼容性，也可以取代功率較低的車(chē)載充電機(jī)，配合400V直流充電樁，進(jìn)一步節(jié)省整車(chē)空間和成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
- 下一篇：行星輪系的杠桿分析法介紹
- 上一篇：基于液冷式電池組的導(dǎo)熱膠散熱分析
點(diǎn)贊 0 反對(duì) 0 舉報(bào) 0
收藏 0
評(píng)論 0 分享 65
2022-02-03 21:16:50· 來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂 作者：紀(jì)竹童
文章來(lái)源：華人運(yùn)通（江蘇）技術(shù)有限公司上海分公司1概述隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電速率提出了更高的要求。目前電動(dòng)汽車(chē)普遍采用400V電壓系統(tǒng)，
文章來(lái)源：華人運(yùn)通（江蘇）技術(shù)有限公司上海分公司
1概述
隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電速率提出了更高的要求。目前電動(dòng)汽車(chē)普遍采用400V電壓系統(tǒng)，對(duì)于一臺(tái)續(xù)航超過(guò)600km的電動(dòng)汽車(chē)，其電池容量超過(guò)90kwh，使用直流快充樁進(jìn)行直流充電時(shí)，SOC從10%充到90%需要1小時(shí)，無(wú)法滿足用戶快速充電的需求。電池充電速率目前主要受到充電樁和充電槍的充電電流的制約。充電電流大意味著線路損耗增大，電流超過(guò)350A后充電槍線路需要增加水冷散熱，進(jìn)一步加大充電線路的操作難度，充電效率降低。而提升電池電壓可以在保持充電電流不變的情況下，提升電動(dòng)汽車(chē)的充電速率，降低充電損耗。
目前各大整車(chē)廠已經(jīng)展開(kāi)了800V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究，以減少電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間，提升用戶體驗(yàn)。但是充電樁作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其應(yīng)用和普及存在滯后性，目前的充電樁電壓等級(jí)以400V為主。在電動(dòng)汽車(chē)電壓從400V向800V過(guò)渡的過(guò)程中，需要解決800V系統(tǒng)對(duì)400V充電樁（以下稱“低壓樁”）的兼容性[1]，也要兼顧高壓系統(tǒng)的成本，同時(shí)還要考慮零件裝配空間、車(chē)重、整車(chē)安全性等工程問(wèn)題，給電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。
2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)外整車(chē)廠開(kāi)發(fā)的800V高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，普遍采用的高壓拓?fù)淙鐖D1所示：
高壓系統(tǒng)拓?fù)渲型ǔ０姵?、?chē)載充電機(jī)(OBC)、高壓轉(zhuǎn)12V直流變換器(DCDC)、電機(jī)控制器、電機(jī)、PTC、400V轉(zhuǎn)800V升壓充電模塊（Boost模塊）等零部件，除電池外的其它零部件并聯(lián)在高壓直流母線上。
在電驅(qū)動(dòng)模式下，電機(jī)控制器將電池提供的直流電轉(zhuǎn)化為頻率和幅值可變的三相交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
在充電模式下，不同電壓等級(jí)的充裝樁通過(guò)充電槍連接高壓系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的充電口。接800V直流充電樁（以下稱“高壓樁”）時(shí)，通過(guò)充電槍直接與電池內(nèi)的電池管理系統(tǒng)（BMS）相連，實(shí)現(xiàn)800V充電，最大瞬時(shí)充電功率超過(guò)300kW。充電樁輸出為400V直流時(shí)，充電槍連接到Boost模塊接口；該模塊通過(guò)Boost電路，將400V直流升壓到800V直流后，給電池充電。
以保時(shí)捷為例，保時(shí)捷Taycan較早的采用了800V高壓系統(tǒng)，為了同時(shí)兼容400V充電樁，Taycan除了標(biāo)配800V直流充電系統(tǒng)，還增加了400V到800V的Boost(升壓)充電模塊。作為一項(xiàng)可選配置，該方案既擠占了車(chē)身空間，又增加了高壓系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本和硬件成本。
3電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升壓拓?fù)?
本文提出一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化拓?fù)?，將Boost電路與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)湎嘟Y(jié)合：通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)上已有的功率器件，實(shí)現(xiàn)Boost電路中的整流電路；利用電機(jī)定子電感進(jìn)行濾波。該拓?fù)渲辉黾由倭侩娮悠骷纯稍陔婒?qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加直流升壓充電功能，達(dá)到簡(jiǎn)化高壓系統(tǒng)拓?fù)浜徒档统杀镜哪康摹?
3.1Boost電路拓?fù)浼肮ぷ髟?
BOOST升壓電路又稱直流斬波電路，其工作原理是基于電感的電流不能突變這一特性，利用開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持直流的穩(wěn)定輸出。Boost電路拓?fù)湟延休^多文獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究，本文不再贅述。
3.2電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浼肮ぷ髟?
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)控制器、電機(jī)和減速箱組成。電機(jī)控制器的作用是將電池提供的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電輸入到電機(jī)側(cè)，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)、啟停并對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。電機(jī)控制器主要由直流母線電容、三相橋式逆變電路、控制電路等部分組成。其中三相橋式逆變電路由6組IGBT組成，通過(guò)接收控制電路發(fā)出的PWM控制信號(hào)并執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)逆變過(guò)程。電動(dòng)汽車(chē)多數(shù)使用永磁同步電機(jī)或交流異步電機(jī)，定子繞組的接線方式通常使用星形連接，為研究方便，將電機(jī)每相繞組模型等效為電感和電阻串聯(lián)。由于電機(jī)控制原理已有較多文獻(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究，本文不再贅述。
3.3“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化拓?fù)浼肮ぷ髟?
通過(guò)對(duì)比Boost升壓電路拓?fù)鋱D和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)淇梢钥闯?，Boost升壓電路拓?fù)渲兴璧碾姼?、功率開(kāi)關(guān)、二極管、電容元件，都包含在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)渲小Ｖ恍枰黾觾蓚€(gè)開(kāi)關(guān)和少量無(wú)源器件，調(diào)整功率器件的開(kāi)關(guān)策略，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)充電功能。改造后的拓?fù)淙鐖D2所示：
在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加一個(gè)保險(xiǎn)絲和兩個(gè)開(kāi)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)Boost升壓功能。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高壓引出線P接電池正極，引出線N接電池負(fù)極；引出線Pile+接低壓樁正極，Pile-接低壓樁負(fù)極。工作過(guò)程如下：第一步，關(guān)閉K2，K1開(kāi)關(guān)。第二步，給電感充電；該拓?fù)淇墒褂萌喽ㄗ与姼兄械囊幌鄬?dǎo)通或多相同時(shí)導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)Boost電路。以L1一相電感為例，控制V4的IGBT導(dǎo)通，其他橋臂斷開(kāi)，低壓樁與電感形成回路，給L1電感充電;此時(shí)上三管的續(xù)流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，直流鏈支撐電容給電池充電。第三步，控制V4斷開(kāi)，原回路中的電流通過(guò)V1的反并聯(lián)二極管進(jìn)行續(xù)流，充電樁、L1、V1反并聯(lián)二極管、電池形成新的回路，由于電路中電流減小，電感兩端電壓反向，此時(shí)電池兩端電壓等于電感電壓加低壓樁電壓。重復(fù)步驟二和三，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池進(jìn)行升壓充電，直到電池電量充滿。
3.4電路參數(shù)匹配
假設(shè)一套150kW電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其輸入?yún)?shù)如表1，計(jì)算該系統(tǒng)的充電功率。
根據(jù)Boost變換器輸入輸出電壓之間的關(guān)系求出占空比D的變化范圍。
帶入表1參數(shù)，計(jì)算得D=0.5；其中Vin為樁輸入電壓，V0為輸出到電池兩端電壓。
為了保持電路工作的穩(wěn)定性與可靠性，流過(guò)電感的峰值電流通常不大于功率器件額定電流的1/2，同時(shí)避免因?yàn)殡娏鬟^(guò)大造成電感飽和。
電感輸出電流可以通過(guò)公式（2）確定
計(jì)算得I0=83A；對(duì)于一套峰值功率為150kW的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其直流側(cè)額定電流超過(guò)100A，交流側(cè)的額定電流設(shè)計(jì)超過(guò)110A，因此I0未超過(guò)功率器件的通流能力，可以承受超過(guò)60分鐘的充電時(shí)間。
輸出功率計(jì)算依據(jù)公式（3）
計(jì)算得Pout=66.3kW，使用400V充電樁，利用“驅(qū)動(dòng)-充電”一體化系統(tǒng)進(jìn)行直流充電，充電功率可以達(dá)到66.4kW，相比主流的11kW家用交流樁充電時(shí)間縮短到1/6，滿足用戶日常充電需求。
4結(jié)論
在800V充電樁投放滯后的過(guò)渡階段，該拓?fù)渫ㄟ^(guò)在現(xiàn)有電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加少量元器件，使800V電驅(qū)系統(tǒng)具備升壓充電功能，兼容400V直流充電樁，充電速率遠(yuǎn)高于常見(jiàn)的11kW家用充電樁。該拓?fù)湟暂^低的成本解決了800V高壓系統(tǒng)對(duì)低壓充電樁的兼容性，也可以取代功率較低的車(chē)載充電機(jī)，配合400V直流充電樁，進(jìn)一步節(jié)省整車(chē)空間和成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
- 下一篇：行星輪系的杠桿分析法介紹
- 上一篇：基于液冷式電池組的導(dǎo)熱膠散熱分析
點(diǎn)贊 0 反對(duì) 0 舉報(bào) 0
收藏 0
評(píng)論 0 分享 65
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
聯(lián)合國(guó)法規(guī)R60對(duì)兩輪車(chē)操縱件與指示裝置的
2026-03-04 12:08
-
標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)|《汽車(chē)異種材料鉚接接頭拉伸性能
2026-03-04 11:40
-
“汽車(chē)大角度座椅 第1部分：通用要求”將有
2026-03-04 11:39
-
“汽車(chē)大角度座椅 第2部分：可靠性要求”將
2026-03-04 11:39
-
電池耐久評(píng)價(jià)開(kāi)始從“電池單體性能指標(biāo)”轉(zhuǎn)
2026-03-04 11:38
