电动汽车交流电传动系统设计
纯电动矿用卡车电气系统设计
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计纯电动矿用卡车电气系统设计贺志超诺浩科技沈阳有限公司 辽宁省沈阳市 110020摘 要： 本文主要介绍了纯电动矿用卡车电气系统的设计，车辆电气系统主要包括动力电池系统及管理系统、高压配电系统、仪表显示系统、主驱动和辅助驱动系统的设计及整车控制系统的设计，各控制系统之间通过CAN总线进行通讯，整车控制器VCU实时采集车辆各种数据信息，协调各系统控制，实现车辆高压上下电，驾驶员意图判断、动力输出控制、下坡定速巡航功能、辅助驱动系统控制、车辆热管理系统控制、车辆故障分级判断及处理等功能，保证车辆起步平稳、换挡平顺并兼顾车辆动力性能。
关键词：纯电动 矿用卡车 电气系统 控制策略 设计1 引言90吨矿用卡车是一种非公路型、短距离物料运输自卸车，适用露天矿山开采以及石料、冶金、水利、水泥、建筑等行业掘点和卸矿点间的物料运输。
其运行场景具有坡度大、运程短、载荷变化大、线路相对固定、工况复杂的典型特点。
针对这种特殊的工况，传统燃油车具有油耗高、维护成本高、寿命较短等缺陷[1]。
纯电动宽体自卸车使用动力电池、驱动电机代替了原有的柴油发动机和手动变速箱方案，车辆平路和下坡时，电机工作在回馈制动状态将制动能量转换为电能为动力电池充电，既能够减少机械刹车的使用，延长刹车系统的寿命提升车辆安全性，又能增加车辆的续航里程。
纯电动宽体自卸车主要部件基本免维护、防护等级高，特别适用于矿山工况恶劣的场合[2]。
2 电动矿用卡车高压系统结构电动矿卡主要使用电动部件代替了原有的发动机传动方案，电动矿卡高压部件主要包括动力电池、高压配电单元PDU、直流快充接口、多合一控制器、冷暖空调（电动压缩机和PTC加热器）、转向助力泵、气泵、电池加热和冷却装置，车辆高压系统结构如图１所示：图１ 高压系统架构动力电池1动力电池2直流快充接口高压配电单元转向控制打气泵多合一控制器电池加热冷暖空调整车低压电路驱动电机24V电池电池冷却V● 动力电池动力电池是电动矿卡中能源供给装置，需要给整车所有系统提供电能。
电动汽车交流充电终端的研究与设计
靠连接后 ， 控制导 引电路 闭环 ， 检测点 的电压减半为 ６ 。若 回 Ｖ
路 中出现任意 断点 ， 检测 点的电压将改变 为 １Ｖ， 电终端及 ２ 充 时断开负荷开关 ， 中断充电过程。检测点的电压信 号的采集是
由 ＡＤ采样电路实现的 ，充电终端提供的 １Ｖ的 占空 比信 号 ／ ２
是利用 主控芯片 Ａ ８Ｓ １ Ｔ ９ ５ 控制 光耦器件 以控制 三极管导 通 、 关闭来实现的 。
而实 现电动汽 车充 电的开始 或结束 。
３２２控 制 引导 电路 ．．
控制 引导 电路 是防止充 电接 口被误插拔 的保护装置 。充 电终端与 电动汽车的充 电连接状态判 断是 由 ２个控制确认触
点 Ｃ 、Ｐ组 成 的控 制 引导 电路 来 完 成 的１ 如 图 ４所 示 。 ＰＰ ４ ） ，
图 ３从控平 台的结构 图
３２１充 电监 控 硬 件 设 计 ＿＿
充 电 回路 保护 装 置 的状 态 受 从 控 平 台核 心 控 制 单 元 Ａ ８ Ｓ １的检测与控 制。浪涌保护器 、 Ｔ ９５ 断路器 、 交流接 触器等 保 护装 置通 过 自身带有 的指 示部 件将 通 断状态 传给 控制 单 元 ，使 得 Ａ ８ Ｓ １ Ｔ ９ ５ 能够对这些 装置 的状态进行 检测 。同时 ， Ａ ８ Ｓ １ 以通 过对继 电器进行 操作来 控制交 流接 触器 ， Ｔ９５ 可 从
Ｒ 一 ５ 口 ， 寸 的四线 电阻触摸屏接 口 ， ｊ４ 接 ７ 如图 ２所示 。 核心板
可 连 接 电 能 表 、 卡 单 元 、 摸 屏 、 印 机 、 台监 控 Ｐ 刷 触 打 后 Ｃ机 以 及从控平台 。
Ｒ１ Ｒ 和 ２的阻值相 同 ， 当车辆没有连接 或连接不好时 ， 检 测点 为 １Ｖ，当电动汽车充 电插 头与充 电桩供 电插座完成 可 ２
电动汽车结构与原理第章_电动汽车电气系统
北汽E电动版：从使用制热会影响续航里程上分析， 应该是电阻制热。
北京出租车司机反映：冬天开暖风会缩短续航里程
比亚迪秦：不清楚 沃蓝达：电阻制热，会影响续航里程 特斯拉 ModelS：电阻制热，使用的是PTC制热 趋势：在电动车上，使用热泵来实现制冷和制
热，一定是必然趋势，否则电阻制热的方式，对
能源的消耗太大，会影响续航里程，也不符合电 动车环保的初衷。
(2)暖风系统 ① 热泵 由传动带驱动的直流无刷电动机的电动汽车热泵式空
调系统工作原理如图5-7所示。
空调系统的制冷／制热模式由四通换向阀转换，实线 箭头表示制冷工况，虚线箭头表示制热工况。
图5-7 电动汽车热泵式空调系统原理
空调的制热和制冷的道理是相同的，不过并不是重 新把空调反装一次，也不是让压缩机倒转，而是通过 一个巧妙的四通阀实现了制冷和制热的切换。 四通阀这个东西很巧妙，让压缩机的运行方向没有 改变的情况下，替换了蒸发器和冷凝器的位置，从而改
⑤ 具有能量回馈功能。电动汽车的功率变换器一般为
双向设计。
(1)直流斩波(Buck)式降压功率变换器
(2)单端正激式降压功率变换器
5.3.1 降压功率变换器 (1)直流斩波(Buck)式降压功率变换器 Buck电路是非隔离式的，一般用在输入、输出电 压相差不大的场合，例如用于车载小功率高压直流电 机的调速。
图5-16 双向功率变换器的电路原理
图5-17 双向功率变换器实物及示意
(1)直流不停电电源系统(DC-UPS) 图5-18是一种DC-UPS的结构框图，由AC/DC 变换器、电池包BA和双向DC/DC变换器构成。
图5-18 DC-UPS电源系统
(2)电动汽车燃料电池电源系统 图5-19为电动汽车燃料电池电源系统结构框图， 双向DC/DC变换器是此电源管理系统中的重要组成部 分之一。
纯电动汽车驱动系统的工作原理
纯电动汽车驱动系统的工作原理纯电动汽车驱动系统的工作原理基本上与传统汽车的驱动方式不同。
传统汽车的驱动系统是由内燃机、变速器和传动轴构成，而纯电动汽车则是由电池、电机和电控系统构成。
下面将详细介绍纯电动汽车驱动系统的工作原理。
电池是纯电动汽车的能量来源，它们通常是锂离子电池，也有一些使用铅酸电池的汽车。
电池产生的电能被存储在电池组中，以供电动机使用。
电动机是把电能转化为动力的设备，它直接驱动汽车的轮胎。
电动机通常采用交流异步电动机或直流永磁电机。
电控系统是用来控制电动机的速度和扭矩的设备，它通常由控制器、传感器和电缆构成。
控制器主要的功能是调节电动机的速度和功率，以满足驾驶员的需求。
整个驱动系统的工作流程如下：当驾驶员踩下油门时，控制器接收到信号后，将电池产生的直流电转换成交流电，供给给电动机驱动车轮转动。
同时，传感器检测车速和加速度，控制器据此调节电动机的转速和扭矩，以保证平稳的加速和行驶过程。
当电池的能量耗尽时，电动机将失去驱动力，车速降至零。
此时，需要将车辆连接到电源插头，将电池组接通电源充电，以继续行驶。
纯电动汽车驱动系统相较于传统汽车的优势在于：1、使用电动机驱动，在能量转化上比较高效，可显著降低能量损耗；2、不排放废气和污染物，严格来说是一种零排放的动力系统，从而减少对生态环境的破坏；3、汽车内部的噪声和振动也会大大降低；4、电池充电所需时间相较于化肥油相对减少，给予驾驶者更方便的充电方式； 5、此外，由于内燃机、变速器、传动轴等传统元件的缺少，使得车辆的维修成本和使用寿命可大大增加。
当然，纯电动汽车驱动系统也有其局限性和不足。
首先是电池能量密度比燃油低，车辆的续航里程有限，需要补充充电电能; 其次是电动机的功率输出与车速成正比，转速低于某一范围，轮胎与地面之间的摩擦无法抵消阻力，容易在起步和爬坡时失去动力，影响行车的平顺性。
综上所述，纯电动汽车驱动系统的工作原理是由电池、电机和电控系统组成的，整个系统能够将电池产生的电能转化为动力，以驱动汽车行驶。
混合动力汽车的电机驱动系统PPT课件
在电动汽车中，系统集成化是降低成本的需要。电机驱动系统 的集成化包括两个方面：
（1）机电集成：电动机与发动机集成、电动机与变速器 （2）控制元件集成：电机驱动系统所有控制元件集成
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活动二 直流电机及其控制系统
直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动 机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋 转电机。
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3、电刷和电刷架
与换向器保持滑动接触，是将电流引入电枢使之 产生定向转矩
电刷一般是四个，相对安装是同极，分别为绝缘 电刷和搭铁电刷。
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4、前后端盖与轴承
前端盖用钢板压制，内装电刷架。
后端盖用灰铸铁或用铝合金铸造，内装电机传 动机构，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉。
5、机壳
机壳为基础件，并起导磁作用，用钢管制成，其 一端开有窗口，作为观察电刷与换向器之用，壳 上只有一个与外壳绝缘的电源接线柱，并在机壳 内部与磁场绕组的一端相接。
６、性价比高
电机驱动系统作为整车的一个元件，在保证性能的前提下，造价 不能太高，尤其是当前世界汽车行业竞争激烈的环境下，提高驱 动电机的性价比才能为电动车的产品化铺平道路。
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三、电机驱动系统的电机及其控制器
电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于 实现电能与机械能的转换。
电动机一般按要求具有电动和发电两项功能，按类型 可选用直流电动机、感应电动机、永磁同步电动机、 开关磁阻电动机四大类
永磁式直流电动机磁极磁通工作时保持不变，其转速随 转矩的增加而近似地按线性规律下降，但下降很小。
电磁式直流电动机按励磁绕组与电枢绕组的连接关系又 可分并励式、串励式和复励式三种
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汽车传动系统
汽车传动系统汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。
它应保证汽车具有在各种行驶条件下所必需的牵引力、车速,以及保证牵引力与车速之间协调变化等功能,使汽车具有良好的动力性和燃油经济性；还应保证汽车能倒车,以及左、右驱动轮能适应差速要求,并使动力传递能根据需要而平稳地结合或彻底、迅速地分离。
传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等部分。
汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系.1简介牵引力、车速，以及保证牵引力汽车传动系统图示与车速汽车传动系的组成和布置形式是随发动机的类型、安装位置，以及汽车用途的不同而变化的。
例如，越野车多采用四轮驱动,则在它的传动系中就增加了分动器等总成.而对于前置前驱的车辆，它的传动系中就没有传动轴等装置。
传动系的布置型式机械式传动系常见布置型式主要与发动机的位置及汽车的驱动型式有关。
有六种可分为：1。
前置后驱—FR：即发动机前置、后轮驱动这是一种传统的布置型式.国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种型式。
FR的优点是附着力大易获得足够的驱动力，整车的前后重量比较均衡，操控稳定性较好。
缺点是传动部件多、传动部件多、传动系统质量大，贯穿乘坐舱的传动轴占据了舱内的地台空间。
2.后置后驱-RR：即发动机后置、后轮驱动在大型客车上多采用这种布置型式，少量微型、轻型轿车也采用这种型式。
发动机后置，使前轴不易过载,并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。
缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。
远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。
但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多.3。
前置前驱—FF：发动机前置、前轮驱动这种型式操纵机构简单、发动机散热条件好.但上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小,驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。
新能源燃料电池电动汽车基本结构及其传动系统讲义
联合驱动的FCEV
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这种结构的优点相比燃料电池+蓄电池的结构形式的优点更加明 显，尤其是在部件效率，动态特性，制动能量回馈等方面。而其 缺点也一样更加明显：
（1）增加了超级电容，系统质量将可能增加；
（2）系统更加复杂化，系统控制和整体布置的
难度也随之增大。
1.2 燃料电池电动汽车的特点
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1.燃料电池汽车的优点： （1）效率高：可以达到30%以上； （2）续驶里程长； （3）绿色环保：生成物只有水，属于零排放； （4）过载能力强； （5）低噪音：运行过程中噪音和振动都较小； （6）设计方便灵活。
2.2 辅助动力源
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（1）在FCEV起动时，由辅助动力源提供电能带动燃料电池发动机起动， 或带动车辆起步。
这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只是把蓄电池换成超级电 容。
相对于蓄电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，比蓄电池功率 密度大，在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长，但是超级电 容的能量密度较小。
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
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燃料电池与蓄电池和超级电容联合驱动的电动汽车的动力系统结构也 为串联式混合动力结构。
（3）各种结构件有足够的强度和可靠性, 可以在负荷变化情况下正常运转。 并能够耐受FCEV行驶时的振动和冲击。
1.3 燃料电池电动汽车对燃料电池的基 18
本要求
（4）FCEV除排放达到零污染的要求外, 动力性能要求基本达到或接近内燃 机汽车的动力性能的水平, 性能稳定可靠。
（5）各种辅助技术装备的外形尺寸和辅助技术装备的质量应尽可能地减小, 以符合FCEV的装车要求。
１驱动轮 ２驱动系统 ３驱动电动机 ４ＤＣ／ＡＣ逆变器 ５辅助电源装置 ６燃料电池发动机 ７空气压缩机 8 重整器 9 甲醇罐 ９氢气供应系统辅助装置 １０中央控制器 11 ＤＣ／ＤＣ变换器
电动汽车慢充(交流充电)系统
充电连接 • CP信号：检测点1（充电桩）：检测点2（车辆） 确认（充 • 9V变9V（PWM信号） 电桩、车
辆） • 车辆自检完成，请求充电。
车辆准备 • 车辆内部S2开关闭合。 就绪确认
（车辆）
充电桩准 • CP信号：检测点１电压值判断９伏变6伏PWM信号，传输充电桩供电能力 备就绪确 • 充电桩内部闭合K1和K2；（交流L、N上电） 认（充电
一、慢充系统的组成
1、供电设备 慢充桩+充电线，家用交流慢充电线（充电宝）、直接供电（一般不用，220V直接进车）
16A、 32A
2021/2/1
家用电源插座16A （空调用）
汽车工程教学部
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§5-2 慢充系统结构原理与检修
一、慢充系统的组成
2、慢充口
CP:控制导引 CC:慢充连接确认线
充电线功率识别 N :交流电源 L :交流电源 PE:车身搭铁
检测点3（CC信号）作用： 车辆控制装置通过检测3与PE之间的电阻值来判断车辆插座是否完全连接，车辆控制装置通过测量检测 点3与PE之间的电阻值来确认当前 车接装置（电缆）的额定容量； 检测点2作用： 车辆控制装置通过测量检测点2的PWM信号占空比确认当前供电设备的电大供电电流。 检测点1作用：用于判断充电枪连接情况，+12V：未连接，9V：充电枪连接，但S2没闭合，检测R3电阻；
充电连接确认（充电桩、车辆） 9V变9V（PWM信号）
车辆自检完成，请求充电。
车辆准备就绪确认（车辆） 车辆内部S2开关闭合。
充电桩准备就绪确认（充电桩） CP信号：检测点１电压值判断９伏变6伏PWM信号，传输充电桩供电能力 充电桩内辆通过检测点2上的PWM信号的占空比确认供 电设备最大供电能力。