この記事の頭字語は、
SSTS: Sub System Technical Specification、サブシステム機能仕様
CTS: Component Technical Specification、コンポーネント機能仕様
DCDC: Direct Current Direct Current Converter、DC - DC コンバーター
BMS: Battery Management System、バッテリー管理システム
VCU: Vehicleコントロール ユニット、車両コントローラ
OBC: オンボード充電器、オンボード充電器
PTC: 正の温度係数、正の温度係数コンポーネント
ESC: 電子安定性制御システム、電子安定性システム
CAN: コントローラ エリア ネットワーク、コントローラ エリア ネットワーク
MCU: モーター コントロール ユニット、モーターコントローラー
近年、従来の燃料車とは異なるコア技術として、新エネルギー車の 3 電気技術は急速かつ継続的な発展を遂げています。
電気自動車を深く理解したいなら、三電システムを迂回してはいけません。三電システムとは、電気自動車の電気駆動システム、バッテリーシステム、電子制御システムを指し、これら3つのシステムは電気自動車のコア技術でもあり、製品の最終的な性能に直接影響します。今日は、電気自動車の 3 電気システムと、その電子および電気アーキテクチャ設計について見ていきます。
目次
三電システムとは
下の図は三電システムの内容を示したもので、三電システムは電気自動車のコストの半分以上を占め、バッテリーシステムは三電システム全体の中で最も高い割合を占めています。
1. 電気駆動システム
電気駆動システムは電気自動車の基幹システムであり、電気自動車の運転性能は主に電気駆動システムの種類と性能に依存し、電気駆動システムは主に駆動モーター、伝達機構（減速機）、コンバーターを含む(インバーターとDCDC変換装置)。
モーター：
駆動モーターとは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置で、電磁誘導の原理を利用して車両に駆動力を与える装置です。モーターは、直流駆動、永久磁石同期、交流誘導の3種類に分けられ、種類によって特徴が異なります。
伝達機構（減速機）：
電気自動車は、登山などの低速・高トルクを必要とする場面でのニーズや、低速・高トルクの特性を満たす必要があり、経済性、車両品質の低下、開発の難しさなどの観点から、現状ではほとんどの電気自動車が減速機を装備。減速機は駆動モーターと駆動ハーフシャフトの間に介在し、駆動モーターの動力出力軸はスプラインを介して減速機入力軸ギアに直接接続されます。一方では、減速機は駆動モーターの動力を駆動ハーフシャフトに伝達し、減速してトルクを増加させ始めます. 一方、車が曲がりくねった道を曲がったり、でこぼこの道を走行しているときは、左車両の安定性を確保するために、左右の車輪が異なる速度で回転します。スムーズに走行します。
インバーター:
インバーターの機能は、次の側面に反映されます: バッテリーの DC 電力を AC 出力に変換してモーターを駆動する; AC 電力を DC 電力に変換し、制動エネルギー回生時にバッテリーに蓄える; の DC 電力を変換する電源バッテリーをAC電源に変換してモーターを駆動 エアコン; 充電時は、AC電源をDC電源に変換して電源バッテリーを充電します。場合によっては、インバーター、減速機、駆動モーターを1つのコントローラーに統合し、統合後にスリーインワンコントローラーにすることもできます。
DCDC コンバーター:
パワーバッテリーの高圧電源を低圧電源（12V）に変換し、バッテリーや車載電子機器に電源を供給します。
2. バッテリーシステム
バッテリ システムには、バッテリ、モジュール、バッテリ パックの 3 つのレベルの概念がありますが、パワー バッテリ パックでは、何百もの単一バッテリを安全かつ効果的に管理するために、バッテリが電源にランダムに配置されていません。モジュールやパッケージごとに整然と配置されています。最小単位はセルであり、セルのグループがモジュールを形成でき、複数のモジュールがパッケージを形成できます。
電池:
バッテリーセルはパワーバッテリーの最小単位であり、電気エネルギー貯蔵ユニットでもあり、電気自動車の航続距離を延ばすためには、できるだけ多くの電気エネルギーを蓄えるために高いエネルギー密度が必要です。さらに、バッテリーセルの寿命も最も重要な要素であり、バッテリーセルの損傷はバッテリーパック全体の損傷につながります。
改造:
複数のバッテリーが同じシェルフレームでパッケージ化され、統一された境界を介して外部と通信する場合、これがモジュールを形成します。
バッテリーパック:
複数のモジュールが BMS と熱管理システムによって共同で制御または管理される場合、この統合された全体はバッテリー パックと呼ばれます。
電池の種類:
現在、市場に出回っている電気自動車用バッテリーの主流は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、コバルト酸リチウム電池、マンガン酸リチウム電池、リン酸鉄リチウム電池、三元系リチウムイオン電池（リチウム電池）に大別されます。ニッケル・コバルト・マンガン酸電池）など、電池の種類によって主要な原材料、電解質、隔膜などに違いがあります。リン酸鉄電池。
3. 電気制御システム
電子制御システムとは、主に車両制御システム、モーター制御システム、バッテリー管理システム、熱管理システム、駆動制御システムなど多くのシステムを含む総称です。紹介します。
車両開発フェーズの紹介
3 電気システムの電子および電気アーキテクチャ設計は、車両開発プロセスに依存し、含まれています. この部分では、最初に車両開発段階を簡単に紹介します: 車両開発段階は大まかに 4 つの段階に分けられます, 初期段階 , コンセプトフェーズ、開発フェーズ、最適化フェーズ。
1.初期段階
主にプログラムの計画を実行し、主に市場細分化、製品ポジショニング、開発コスト、生産コストなどの関連要因を考慮します。プロジェクトの実現可能性分析が完了したら、新しいモデルの設計目標フレームワークを決定します。
2.構想段階
主な作業は実現可能性と経済性の分析と策定であり、この段階では、車両コンセプトの計画、初期設計要件、サプライヤーの供給能力、工場の出力分析、市場活動のコンセプト、アフターセールスのコンセプト、革新的なデザインの評価、および車両のパフォーマンスの評価が行われます。その他、設計力の高い OEM は、この段階で仮想車両開発技術を導入し、初期のモデリングとシミュレーションを実施し、設計指標の明確化を支援します。
3.開発段階
設計要件を満たすために、エンジニアリング設計、完全なコンポーネント設計、車両統合、プロトタイプ製造、テスト検証、生産前準備などを実行します。
4. 最適化フェーズ
実際の製品が機能的および物理的な開発要件を満たしているかどうかを確認し、出力と品質が目標を満たしていることを確認し、コストと利益が経済目標を満たしていることを確認する必要があります。販売した車両については、整備や品質保証などの活動を行っています。
3 電気システムの電子および電気アーキテクチャの設計の概要
3 電気システムの電子および電気アーキテクチャ設計作業は、3 電気システムの電子および電気機能に向けられています。つまり、電子制御システムの設計に関連しています。そのワークフローには、主に機能リストの決定、サブシステム機能仕様 (SSTS) およびコンポーネント機能仕様 (CTS) の準備と策定が含まれます。
1. 関数一覧の決定
車両開発段階の最初の 2 つの段階、つまり初期段階と概念段階が完了した後、3 電気システムの具体的な機能が明確になり、機能の入力、つまり、機能、形成されています。
機能リストには、多くの場合、ドメイン名、第 1 レベルの機能、第 2 レベルの機能、第 3 レベルの機能、機能の説明、機能番号、車両構成、およびその他の情報が含まれます。
2. サブシステム機能仕様 (SSTS)
サブシステム機能仕様 (SSTS) は、過去と未来をつなぐ機能を実現し、前の機能リストの要件を満たし、コンポーネント機能仕様 (CTS) の次の層の要件を確立します。SSTS は、複雑な機能を構造的に分解して分析し、複数のコンポーネントの結合された動作、および各サブシステムの相互作用情報とメソッドを定義します。
SSTS は関数リストよりも具体的で、信号の相互作用、関数ロジック、シーン分析などを記述します。CTS と比較すると、SSTS はより抽象的であり、通常、パッケージ化、実装スキーム、詳細な原則、および環境テストは含まれません。また、抽象化されているため、SSTS には汎用性の特徴があります。SSTSは実装計画から独立している可能性がありますが、実装計画の設計フレームワークを提供するため、サプライヤーはこのフレームワーク内でさまざまな革新を実行したり、コスト設計を削減したりできますが、元の設計要件から逸脱することはありません. したがって、サプライヤー ソリューションを選択する際、自動車メーカーは SSTS に基づいて最高の品質とコストを備えたソリューションを選択できます。
モデルの機能位置付け (機能リスト) によって、3 つの電子システムの数と機能が異なります. 以下に、いくつかの基本的なサブシステムの機能を紹介します。
高電圧電源オン/オフ管理サブシステム
高圧電源投入・遮断管理システムには、車両の始動時や充電時の高圧電源投入、高圧電源遮断、緊急時の高圧電源遮断などがあります。車両コントローラ VCU は、高電圧電源オンおよび電源オフ コマンドをバッテリー管理システム BMS に送信し、リレーの開閉は BMS によって制御され、高電圧電源の管理と制御を実現します。車両全体のオンとオフ。
充電制御サブシステム
充電ガンが挿入された後、車両全体を充電する必要があります.充電管理では、VCUは車両全体の状態に応じてBMSに充電を許可するかどうかを制御します.充電中、BMSは充電要求パラメータを送信します.バッテリーの動作状況に応じてリアルタイムで充電プロセス全体を監視し、充電が異常な場合は充電を制限または終了し、充電の安全性を確保します。
電気自動車のバッテリー パックの充電システムには、 DC 充電と AC 充電の 2 つの充電経路があります。DC充電ポートは外部でDC充電パイルに接続され、入力DC電力は高電圧電気ボックスを介して充電するためにバッテリーパックに分配されます.DC充電方法はより大きな電流とより速い充電速度を持っています.通常、急速充電と呼ばれます。AC 充電ポートは家庭用 AC 電源または AC 充電パイルに外部接続され、AC 電源は車載充電器 OBC を介して DC 電源に変換され、高電圧電気ボックスを介して充電用のバッテリー パックに分配されます。 AC充電方式は充電電流が比較的小さく、充電速度が遅いため、スロー充電とも呼ばれます。
熱管理サブシステム
熱管理システムの機能は、モーターを冷却すること、温度が高すぎる場合にバッテリーを冷却すること、または低温充電の前にバッテリーパックを加熱することです。主に3つの水路制御システムが含まれます：モーター水路制御システム、バッテリーパック加熱および冷却水路制御システム、ウォーム コアおよび PTC 加熱水システム制御。
バッテリー管理サブシステム
パワー バッテリ パック内の各バッテリの状態を検出してバッテリ システム全体の状態を判断し、その状態に応じてパワー バッテリ システムの対応する制御調整と戦略の実装を実行し、電力の充電と放電を実現します。バッテリーシステムと各単セル管理により、パワーバッテリーシステムの安全で安定した動作を保証します。
エネルギー管理サブシステム
電気自動車のエネルギー管理は、車両の駆動形態と制動形態に応じて、配電管理と制動エネルギー回収制御の 2 つの部分に分けることができます.配電管理は、バッテリー、モーター、および付属品に基づいて、電気自動車の配電を完了します。車両の高電圧電力消費. 制動エネルギー回収制御は、車速、さまざまな制動強度、モーター出力電力、およびバッテリー充電電力を組み合わせて、車両のさまざまなレベルの制動エネルギー回収制御を完了します.
ブレーキエネルギー回生サブシステム
車両が惰行またはブレーキをかけているとき、モーターによって回収された運動エネルギーは電気エネルギーに変換され、パワーバッテリーに蓄えられます。VCU は、車両の走行速度、モーター制限値、バッテリー制限値、ESC の動作状態、ドライバーによって入力されたさまざまな制動回復強度などと組み合わせて、車両の制動状態を判断することにより、駆動モーターの制動トルク制御を完了します。 、車両全体の制動エネルギー回生の制御を実現する。
駆動サブシステム
車両コントローラは、車両の駆動能力と制動能力の計算の一環として、アクセル ペダルの開度、ギア位置、車速、ブレーキ ペダルなどに基づいてドライバーの要求トルクを計算します。VCU が車両システムの出力トルクを計算する場合、主にモーターの出力容量、バッテリーの充放電容量、トランスミッション システムのトランスミッション容量、および車両のエネルギー配分によって制限されます。
高電圧アクセサリ サブシステム
アクセサリ システム制御は、主にウォーター ポンプ リレー、低速ファン リレー、高速ファン リレー、PTC リレー、電動バキューム ポンプ リレー、および VCU によって管理されるウォーター ポンプの PWM 出力の制御用です。
3. コンポーネント機能仕様 (CTS)
サブシステム機能仕様 (SSTS) が決定された後、特定のコントローラーがサブシステム内の機能を引き受ける必要があります。つまり、設計要件を実現するために SSTS の機能ポイントをさまざまなコンポーネントに割り当てる必要があります。パーツの機能仕様が存在するように、複数のパーツに関連する必要があります。
CTS は、制御チップ要件、電気回路図、制御機能ロジック、インタラクティブ信号、スリープ ウェイクアップ、電気的特性、性能テストなどを含む、サプライヤによって提供されるコントローラーの設計原則を詳細に説明します。いくつかの代表的なコンポーネント機能仕様を以下に紹介します。
VCU（ビークルコントローラー）
電子制御システムは、車両コントローラーを電源ドメインの制御コアとして採用し、スリープ/ウェイクアップ、低電圧電源管理、高電圧電源のオンとオフ、車両モード管理、ギア管理、トルク制御、クリープを備えています。制御、エネルギーフィードバック、凝縮ファン制御、バッテリー熱管理、真空ポンプ制御、DCDC制御、車両診断、計器表示、走行距離推定、車両盗難防止、配電制御、高電圧安全監視、その他の機能。車両のコア メイン コントロール ユニットとして、VCU はハード ワイヤまたは CAN を介して他のコントロール ユニットと対話します. 受信した情報を処理することにより、各サブ コントロール ユニットと車両システムのステータスを判断し、合理的で安全な指示を行います. 、各サブコントロールユニットの調整された安全な作業を実現するために。
MCU（モーターコントローラー）
VCUからの車両走行制御指令を受けて、指定されたトルクと速度でモーターを制御して車両を駆動し、パワーバッテリーの直流電力を必要な高電圧交流電力に変換し、モーターを駆動する機械エネルギーを出力するボディ、MCU は、モーター システム保護およびストレージ機能の故障診断を備えています。
BMS (バッテリー管理システム)
主に、電圧、電流、温度、SOC などのパラメータの収集と計算を通じて、バッテリーの充放電プロセスを制御し、パワー バッテリーの安全性と寿命を保護し、バッテリーの総合的な性能を向上させます。 . 主に、充電制御、放電制御、SOC戦略、エネルギーバランス管理機能、熱管理機能、バッテリー安全管理機能などを含みます。
DCDC (DC to DC コンバーター)
パワー バッテリの高電圧直流は、低電圧直流に変換されて、車両の低電圧電気装置に電力を供給します。
OBC (車載充電器)
低速充電プロセス専用のグリッド電圧は、グラウンド AC 充電パイルと AC 充電ポートを介して OBC に接続され、パワー バッテリーを充電します。
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