電動汽車的關鍵技術，電池和電機以及電控

（文章來源：汽車人參考）

電動汽車技術的核心在于“三電”系統，即電驅系統，電池系統和電控系統，這三個系統構成了電動汽車的關鍵技術。電驅系統，也叫電驅動系統，一般由電機，傳動機構和變換器組成。電機（Electrical Machine），有兩種類型，一種是把電能轉換為機械能的裝置，稱為電動機（Motor），另一種類型是把機械能轉換為電能的裝置，稱為發電機（Generator）。

無論是電動機還是發電機，兩者都在汽車上有廣泛應用，在電驅動系統中，電機一般都是的是指電動機，也叫驅動電機，主要作用是把儲存到動力電池的電能轉換為機械能，為電動汽車提供前進的動力。電機主要由定子和轉子兩部分組成，分為直流電機和交流電機兩種大的類型。

對電動汽車來說，驅動電機需要滿足寬調速范圍、快速響應、輕量化、高效率、能量回收、高可靠性、安全性、成本可持續降低等要求，目前電動汽車常用的電機都是交流電機，其中三相感應異步電機和永磁同步電機是用得最多的兩種。傳動機構指的是將電機輸出的扭矩和轉速傳遞到汽車的主軸上，從而驅動汽車行駛的機構，主要包含減速器和差速器的兩個部件。

差速器的主要作用是汽車轉彎時使得兩側車輪轉速不同，無論是電動汽車，還是燃油汽車部件是一樣的，這里不再多提。而對于減速器，一般由高速軸承和不同齒數的齒輪組成，通過輸入軸上齒數少的小齒輪，嚙合到輸出軸上的齒數多的大齒輪，達到減速和增大轉矩的目的。大小齒輪的齒數之比，就是傳動比。實際上，作為動力傳遞機構，減速器早已廣泛應用在各種機械的傳統系統中。

電動汽車的減速器可以看成燃油汽車的變速箱，由于電機本身具有足夠寬度的調速性能，因而減速器一般都是固定傳動比的單級減速器，也就是只有一個檔位的變速箱。下圖為某電動汽車減速器的內部構造，可以看到是一個相對簡單的機構。變換器（Convertor/Converter），指的是使電氣系統的一個或多個特性（電壓、電流、波形、相數、頻率）發生變化的裝置。對電動汽車來說，主要包含逆變器（Inverter）和DC/DC變換器兩個器件。

其中，逆變器主要作用是將直流電轉換為交流電，將電池的直流電轉變為交流輸出以驅動電機，將電能轉變成機械能驅動電動汽車行駛，逆變器直接關系到驅動電機可靠和高效的運行。IGBT模塊是逆變器的核心器件，我們將會在之后章節介紹。DC/DC變換器，將直流電源電壓轉換成任意直流電壓，主要用于直流高低壓轉換，例如把動力電池的高壓電（大于400V）轉換位低電壓，為多媒體系統、空調等設備（12V）供電。

為了區分12V低壓鉛酸蓄電池，一般把高壓電池稱為動力電池。動力電池是“三電”的核心，也是“三電”中成本最高、最復雜的一個系統。相比于傳統12V的鉛酸電池，鋰離子電池能量密度高，能實現快速和深度充放電，壽命長等優點，因此目前動力電池均是鋰離子電池。根據正極材料的不同，電動汽車用鋰離子電池一般采用三元鋰電池和磷酸鐵鋰兩種。

動力電池一般由大大小小的電芯（英文名稱“Cell”）組成，電芯因封裝形式不同有圓柱、軟包、方形三種形式；電芯以串聯或者并聯的方式組成模組（英文名稱“Module”），模組再以串聯的方式，再集成熱管理系統，電池管理系統等部件，最終集成為電池包（英文名稱“Pack”）。電控系統是電動汽車的總控制臺，如同“電動汽車的大腦”，它的發揮決定了電動汽車的能耗、排放、動力性、操控性、舒適性等主要性能指標。

一般來說，電動汽車的電控系統主要包含三個共性子系統，整車控制器（Vehicle Control Unit，VCU），電機控制器（Motor Control Unit，MCU）和電池管理系統（Battery Management System，BMS），這些控制器之間都是通過CAN網絡等實現相互通信。

整車控制器（Vehicle Control Unit，VCU），是電動汽車各個電控子系統的調控中樞，它協調和管理整個電動汽車的運行狀態。它是與駕駛員互動主要接口，它接收來自駕駛員的各項操作指令，診斷和分析整車及部件狀態，控制子系統控制器的動作，最終實現整車安全、高效行駛。電機控制器，是電動汽車特有的核心功率電子單元，通過接收整車控制器的行駛控制指令，控制電機輸出指定的扭矩和轉速，驅動車輛行駛。

電池管理系統（Battery Management System ，BMS），是動力電池系統的“大腦”，主要對電池系統的電壓，電流，溫度等數據進行采集并監測，實現電池狀態監測和分析，電池安全保護，能量控制管理和信息管理功能。
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