电动汽车的关键技术，电池和电机以及电控

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。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。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。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。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。

为了区分12V低压铅酸蓄电池，一般把高压电池称为动力电池。动力电池是“三电”的核心，也是“三电”中成本最高、最复杂的一个系统。相比于传统12V的铅酸电池，锂离子电池能量密度高，能实现快速和深度充放电，寿命长等优点，因此目前动力电池均是锂离子电池。根据正极材料的不同，电动汽车用锂离子电池一般采用三元锂电池和磷酸铁锂两种。

动力电池一般由大大小小的电芯（英文名称“Cell”）组成，电芯因封装形式不同有圆柱、软包、方形三种形式；电芯以串联或者并联的方式组成模组（英文名称“Module”），模组再以串联的方式，再集成热管理系统，电池管理系统等部件，最终集成为电池包（英文名称“Pack”）。电控系统是电动汽车的总控制台，如同“电动汽车的大脑”，它的发挥决定了电动汽车的能耗、排放、动力性、操控性、舒适性等主要性能指标。

一般来说，电动汽车的电控系统主要包含三个共性子系统，整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU），电机控制器（Motor Control Unit，MCU）和电池管理系统（Battery Management System，BMS），这些控制器之间都是通过CAN网络等实现相互通信。

整车控制器（Vehicle Control Unit，VCU），是电动汽车各个电控子系统的调控中枢，它协调和管理整个电动汽车的运行状态。它是与驾驶员互动主要接口，它接收来自驾驶员的各项操作指令，诊断和分析整车及部件状态，控制子系统控制器的动作，最终实现整车安全、高效行驶。电机控制器，是电动汽车特有的核心功率电子单元，通过接收整车控制器的行驶控制指令，控制电机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。

电池管理系统（Battery Management System ，BMS），是动力电池系统的“大脑”，主要对电池系统的电压，电流，温度等数据进行采集并监测，实现电池状态监测和分析，电池安全保护，能量控制管理和信息管理功能。