图文并茂剖析电动汽车的电气结构与工作原理

善斌影视

一、电动汽车概述

　大家比较熟悉的燃油汽车是由内燃机燃烧汽油（或柴油）燃料将热能转化为机械能驱动车辆的；而电动汽车是由车载高压动力电池包储存电能，由电机将电能转化为机械驱动车辆运动的。

电动汽车具有结构紧凑、加速响应快，控制精度和智能化程度高以及日常维护使用成本较低、噪音小等特点。
电动汽车控制的基本原理是：整车控制器依据驾驶人的操作，向电机控制器发出指令，由电机控制器对电机进行转速和扭矩控制，满足车辆道路行驶需求。当汽车制动或滑行时，能实现车辆的动能回收，将动能转换为电能为动力电池充电以提升车辆的续航里程。
电动汽车主要由车载高压电池、电机控制器和驱动电动机三大部分组成。

电动汽车的整车电力电气设备由直流高压电源及大功率用电设备的驱动系统，和直流低压整车低压用电设备两大部分组成。

二、电动汽车的动力蓄电池与电池管理器

电动汽车的动力蓄电池相当于燃油车辆的燃油箱，为电动汽车的动力电源，是以化学能方式储蓄直流电能的。动力蓄电池电容量（kwh）涉及到车辆的续航里程，容量越大续航里程越长；电池电压涉及到整车用电总功率，用电功率越大电池电压就越高。动力蓄电池是由诸多低电压的单体锂电池电芯经过串联或并联的方式构成高电压高容量的动力蓄电池组合。动力蓄电池主流平台电压为400V，在同样电流情况下，电压越高，功率越大。豪华硬派电动汽车为800V-1000V的更高电压平台，以适应车辆的功率需求。

1、动力蓄电池类型

电动汽车动力蓄电池为磷酸铁锂电池和三元锂电池两大类。

磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，磷酸铁锂电池芯单体标定电压为3.2V。电池能量密度一般为150-200 Wh/kg，具有安全性高、循环寿命长。成本低，但电池质量密度较低、低温性能差等特点。比亚迪开发的磷酸铁锂刀片电池结构，单位体积密度比传统锂电池高1/3以上，体积能量密度提升50%以上 。

三元锂电池

三元锂电池，是以镍盐、钴盐、锰盐原料为电池正极材料（镍、钴、锰比例可调）合成的镍钴锰锂离子电池，化学式为Li(NiCoMn)O₂。电池型号有18650圆柱形电池和宁德方盒形等，三元锂电池标称电压为标3.7v，能量密度为200-300 Wh/kg。具有能量密度高、低温性能好，但热稳定性稍差，循环寿命低和成本高等特点。

磷酸铁锂和三元锂两类电池特点

磷酸铁锂和三元锂两类电池质量密度对比：通常电动汽车的平均电耗约为14kwh/100km（不同的车型会有差异） ，若车辆续航里程500km，电池包总能量约为 70kwh。按能力密度换算，三元锂的电池包重量约为389kg， 磷酸铁锂的电池包重量约为467kg，三元锂电池包比磷酸铁锂电池包的重量减少约80~100kg 。在同等电池质量重情况下，三元锂较磷酸铁锂电池，在环境温度低的情况下电池活性强、续航里程长，但比磷酸铁锂电池的安全性、热稳定性稍差，循环寿命低。成本较高。

2.主流车型动力蓄电池容量

动力电池包的电容量（kwh），取决于汽车对续航里程的需求。目前，各类级别/类型电动汽车的主流车型的电池包规格参数及续航里程性能如下（参考）：
微型/小型车：主要用途为城市短途代步，一般电压范围在100v-300v；容量范围10kwh-30kwh，续航里程通常为120km-300km。
紧凑型/主流家用车：一般电压范围在350v-450v；容量范围40kwh-60kwh，续航里程通常为500km-700km。
中型大型/SUV车：一般电压范围在350v-800v；容量范围60kwh-100kwh，续航里程通常为400km-500km。
豪华高性能大型SUU车：由于电驱动功率大，电压平台高为800v；容量范围90kwh-120kwh或以上，续航里程可达600km以上。

动力蓄电池包结构

动力蓄电池包由下底座、电池模组、电池冷却管道、上盖等部件构成，为密封整体结构形式，通称动力蓄电池包。

动力蓄电池包的温度控制

锂电池最佳的工作温度为15°C~35°C范围，若不在这个温度范围，电池的各性能都会急剧恶化。 温度过低（<0°C），性能下降、充电困难；温度过高（>40°C），寿命衰减、过热会导致起火爆炸等发生安全事故。为此，需对动力蓄电池包工作温度进行温度控制，电动汽车工况对电池温度控制：当低温停车/启动时，对电池加热；正常行驶时，保持适宜温度；大功率驱动/爬坡时，强力散热；直流快充时，低温预热。充电中散热。
动力蓄电池包的温度管理由冷却液温度传感器与整车控制器VCU、电池管理器BMS等进行温度控制。

1.动力蓄电池冷却

动力蓄电池包冷却方式有风冷和液冷两种方式。

强制风冷方式
采用强制风流对动力蓄电池包进行冷却散热，比较典型的就是丰田油电混合动力汽车，采取对HV动力电池强制通风散热冷却形式。
动力蓄电池强制风冷系统，由进风口、风流通道、高压电动风冷电风扇、动力电池内通风散热管道和出风口等构成。风冷进风口位于车内后排座的右侧，管道中电动风冷电扇叶片将强大风流吹入动力蓄电池散热风冷通道，进行冷却降温，然后由后背行李箱的出风口流出。风冷系统的电动风扇工况，由电池温度传感器与电池管理器进行控制。

动力电池包强制风冷系统

丰田油电混合动力汽车的HV动力电池，是采用强制风冷的散热结构方式，电池包强制风冷系统由进风口、风流通道、高压电动风冷电风扇、动力电池内通风散热管道和出风口等组成。进风口位于车内后排座的右侧，电动风冷电扇将空气从进风口强制吸入，吹入动力电池的风冷通道进气端，冷却风流经动力电池包散热通道将其进行冷却降温，然后由后背行李箱的出风口流出。风冷系统的电动风扇工作状态，由电池温度传感器与电池管理器进行控制。

液冷冷却方式

动力蓄电池包内设有铝制液冷板与电芯接触的冷却液管道，将水道中的乙二醇水溶液与外界散热器进行热交换循环对动力电池散热。
液冷主要由散热器、电动液冷泵、液冷管路控制阀、冷却管路等部件组成。
当动力电池温度过高时，温度控制系统控制液冷电磁阀接通动力蓄电池与冷却器间的循环冷却管道，电动液泵进行冷却液循环散热降温。某些车型同时采用车内空调系统对动力电池包进行温度管理控制。

动力蓄电池加热
若电池温度过低时，则采用电加热元件器对冷却液进行循环加热，以提高电池包的温度。
当动力电池温度过低时，温度控制系统控制液冷电磁阀关闭动力蓄电池与冷却器间的循环冷却管道，同时冷却液加热器通电加热升温，电动液泵对冷却液热态的循环加热。
冷却液加热的方式，通常采用电加热管加热方式，电加热管内有电阻丝氧化镁粉外加金属护套管组成，电热管浸泡在冷却液中，功率一般为1.5-2.kw。

动力蓄电池管理器

动力电池管理系统简称BMS，是对动力电池进行“监测”“估算”“管理”“保护”“通信”等方面的电子控制系统。
电池性能参数监测：实时采集监测每一节电池芯的电压、电流、温度技术参数，上传电池控制系统对其安全控制。
电量估算：估算动力电池瞬间可用功率；估算电池剩余电量及续航里程；估算电池的衰老程度及健康状况。
电池芯均衡管理：电池包内的逐个电池芯的电压、电流、内阻值均衡管理，以免在充放电过程中因其电芯的电容量不均衡，而造成电池能力衰减。
电池包温度控制管理：根据电池的温度传感器参数，若电池包动力蓄电池管理器简称BMS，对动力蓄电池状态进行“监测”“估算”“管理”“保护”“通信”等方面的管理控制。
1.电池性能参数监测：实时采集监测每一节电池芯的电压、电流、温度技术参数，上传电池控制系统对其安全控制。
2.电量估算：估算动力电池瞬间可用功率；估算电池剩余电量及续航里程；估算电池的衰老程度及健康状况。
3.电池芯均衡管理：电池包内的逐个电池芯的电压、电流、内阻值均衡管理，以免在充放电过程中因其电芯的电容量不均衡，而造成电池能力衰减。
4.电池包温度控制管理：根据电池的温度传感器参数，若电池包过热或过冷，适时启动或关闭温度控制部件的水泵、风扇、加热器。电磁阀等，对电池包进行冷却或加热，以控制电池包的温度在其最佳工作温度范围内（通常为15℃-35℃）。
5.故障诊断与安全保护：自诊断电池包的电压/电流/温度传感器故障、通信故障、继电器是否粘连、绝缘故障等，当出现故障后进行报警限制功率，或切断高压继电器。断开电路。
6.各电子控制器的数据交换通信：通过CAN总线与整车控制器（VCU）、电动机控制器（MCU）、车载充电机（OBC）、仪表盘进行数据信息交换，在车辆仪表显示使用实时消耗功率、剩余电动续航里程、并上传云端平台用于远程监控、故障预警和大数据分析等。

DC-DC直流电源转换器

DC-DC直流电源转换器，就是将高压直流电转换为低压12V直流电，为低压12V用电设备电源。其输出的12V直流电与车载12V蓄电池并联，为蓄电池充电。相当于燃油汽车由发动机皮带轮驱动的硅整流发电机.。

车载充电器

车载充电器（OBC）是指固定安装在电动汽车上的交流电充电器，充电器将外电网的220V/380V交流电转换为直流电，为动力电池补充电能的车载电气设备。充电器依据电池管理系统（BMS）提供的数据，动态调节充电电流或电压参数，执行相应的动作，完成充电过程，俗称慢充。
车载充电器的功率一般为3.3kw、6.6kw、11kw/、22kw，充电功率越大充电速度越快。
对电动汽车充电时需要通过充电接头与汽车上的充电插座相连接，电池管理系统（BMS）通信握手确认后开始充电，并对充电过程进行实时调控，当电量达到预设值时，充电终止。

动力电动充电

对电动汽车电池的充电方式有交流慢充和直流快充两种方式。
1.交流慢充：就是利用车载充电器进行充电，慢充时需将交流充电枪插入车身上的9孔交流慢充的充电插座进行充电。
2.直流快充：利用社会上提供的公共高压直流充电桩进行快速充电，快充时需将快充直流充电枪插入车身上的7孔直流充电插座，直接与动力电池的直流正负极相连进行充电，而不经过车载充电器。

充电接口

世界各国电动汽车充电接口标准有五类，分别为中国的GB/T 20234-2015标准、美国汽车工程师协会（S A E）制定的S A E J 1772标准、日本主导的C HA de MO标准和特斯拉的NACS标准。对于不同标准的充电接口可采用与其相对应的充电接口转换接头进行充电。

高压维修开关MSD

动力电池包上的 MSD 手动检修开关，为动力电池的一个正极和一个负极的开关部件。具有结构自锁和高压电路互锁保护功能。在车辆维修过程中，能够直接切断高压回路，为操作人员动力电池包上的 MSD 手动检修开关，为动力电池的一个正极和一个负极相连的开关部件。具有结构自锁和高压电路互锁保护功能。在车辆维修过程中，能够直接切断高压回路，为操作人员提供必要的安全保障。 维修开关MSD的位置各厂家品牌汽车不一致，有的在机舱处，有的在动力电池包上，有的在车内中央通道处、有的在后备箱内等等，具体位置请查阅相关车型保养维修手册。

断开高压维修开关MSD的方式

1.直接拔下维修开关
维修开关自身结构有自锁功能：在正常状态下，开关的手柄应处于水平位置。若需拔出开关，应先将手柄旋转至竖直状态，然后向上用力拔出。而插入开关时，则需先沿竖直方向用力向下插入，待插入到位后，再将手柄旋转至水平位置。 2.间接断开高压电路
某些德系大众品牌系列等电动汽车的高压开关位置在动力蓄电池包上，不便于直接手动断开电池包的高压开关，而是采用断开12V低压控制回路的方式，来断开高压电路。保养时断高压电的方法一是拔掉保养插头TW（保养插头TW位于车辆机舱的左前部）保险丝，二是拔掉低压12V电源的主保险丝。 奥迪e-tron的保养插头电路穿接在控制高压部件通断的绿色12V安全环形线上，当拔下TW保养插头，环形安全线中断，那么诊断接口J533就会从相关的控制单元处获得信息，并通过组合仪表CAN总线让组合仪表控制单元J285把信息显示给驾驶人，同时断开高压驱动部件的工作电路。
该维修开关具有互锁功能，能够实时监测电池系统各部件之间的连接状态，一旦发现任何连接异常或断开，便会立即启动安全保护措施，切断电源，从而确保操作人员和电池系统的安全。 对于电动车辆高压部件的检修，只能在不带电的状况下进行。检修前必须先给高压系统停电，随后要验电（就是确认系统不带电）。停电的操作方式遵守车辆维修保养作业指导书要求，电动汽车的保养维修要具有相应资质的人员对高压部件进行保养维修作业。

三、电动汽车电机与电机管理器

电机是电动汽车最主要的用电设备，电机将电能转换为机械能驱动车辆行驶，当车辆滑行或制动过程时又是发电机，将车辆动能转换为电能为动力蓄电池充电以提升续航里程，电机运行工况由电机管理器控制。

电机类型

电动汽车用的驱动电机有三相交流永磁同步电动机和三相交流异步感应电机两种类型。
两种类型电机的结构基本相同，都是由定子、转子、壳体、端盖等部件组成。两种电机的定子结构相同，只是转子结构不同。
永磁同步电机的转子是由高性能的钕铁硼制成的永磁体，异步感应电机的转子结构是由硅钢片与短路的鼠笼式电子导条构成。 电动汽车的电机有两个功能：既是电动机也是发电机。一是将电能转换为机械能的电动机，当给电机的定子线圈通电，定子产生磁场，定子的磁场与转子的磁场相互作用，产生旋转力矩使电机的转子转动，驱动车辆车轮转动。二是当驾驶人松开加速踏板时，车辆滑行车轮拖拽使电机的转子转动，与定子产生电磁感应而产生电流，由电动机转换为发电机，将发的交流电经电机控制器转换为直流电为动力蓄电池充电，实施车辆动能回收，能量回收状态将产生电磁制动力矩，使车辆减速，起到辅助制动的效果。 1.永磁同步电机
永磁同步电动机的工作原理：基于定子通电产生的旋转磁场与钕铁硼转子永磁体产生的磁场的相互作用，产生电磁力矩而转动，将电能转换为机械能。永磁同步电机的转子转速与定子的励磁频率一致，故称永磁同步电机。永磁同步电机工作需要转子位置传感器与电动机控制器来控制电机的运行。
永磁同步电机发电的原理：永磁同步电机的结构为典型的交流发电机结构，当驾驶人松开加速踏板时车辆滑行，车轮拖拽电机的永磁体转子转动，定子线圈切割转子磁力线，感应产生电流发电。
永磁同步电机的电动机或发电机的工作模式由电机控制器控制实现。
永磁同步电机具有结构紧凑，转速响应快，调速性能好，低中速性能好。功率密度高优点，但转子钕铁硼永磁体因过电流或高温而导致磁性衰减致其电机的性能降低，成本也较高。
永磁电机适用于对续航里程要求较高的车辆，为电动汽车的主流驱动电机。 2.交流感应异步电机
交流感应异步电动机的工作原理，当给定子绕组加对称电压后，产生一个旋转气隙磁场，转子绕组导体切割该磁场磁力线产生感应电流磁场，与定子之间气隙磁场相互作用而产生电磁转矩，驱动转子旋转。因电动机的转子磁场滞后于定子磁场，故称交流感应异步电机。
交流异步电机的发电原理：当驾驶人松开加速踏板是时车辆滑行，车轮拖拽驱动电机鼠笼转子转动，当转子转速超过了定子同步磁场后，转子短路的鼠笼切割定子的磁场磁力线，而感应产生电流发电。
交流异步感应电机的电动机或发电机的工作模式由电机控制器控制实现。
交流感应异步电动机具有高速性能好、耐高温、过载能力强，调速控制简单，成本较低，不需要专门控制电路通电即可转动，但功率密度低、低速效率相对较低等特点。 电动汽车电机性能参数 主流车型电动汽车电机性能参数（以厂家为准）
微型/小型车：五菱宏光 MINI EV 后置单电机永磁同步 功率约20kw，扭矩约85N·m（属于偏低端车型）。比亚迪海豚 前置单电机永磁同步功率约70kw，扭矩约180N·m。
主流紧凑型/中型车：特斯拉 Model 3 后驱版 后置永磁同步电机 功率约194kw，扭矩约340N·m。比亚迪汉 EV 单电机版 前置永磁同步电机 功率约163kw，扭矩约330N·m。大众 ID.4 后置永磁同步电机 功率约150kw，扭矩约310N·m。
性能轿跑/SUV：特斯拉 Model 3 Performance （双电机） 总功率约377kw，总扭矩约659N·m。蔚来ET7 （前永磁电机+后感应电机） 总功率约480kw，总扭矩约850N·m。保时捷Taycan S （双电机） 总功率约460kw（超增加560kw），总扭矩约1050N·m。
豪华/硬派越野：美国Rivian R1T 纯电动皮卡（四电机）每台电机功率约150kw 总功率约600kw，总扭矩超过1200N·m。美国GMC HUMMER EV 皮卡纯电动（三电机） 总功率约746kw，总扭矩超过1500N·m。中国比亚迪仰望U8 插混（四电机） 每台电机功率约220-240kw 总功率约880kw，单台电机扭矩超过400N·m 系统总扭矩达1280N·m。 二、电机冷却
电机工作会发热而温度升高，过高的温度会影响电机的性能和安全，为保障电机安全运行不过热需要对电机进行冷却散热措施，
小功率电机一般采用强制风冷散热，中功率电机一般采用油冷散热，大功率电机同时采用油冷和液冷两种方式散热，液循环散热通常由液泵将冷却液与散热器之间流动进行热交换循环散热。
电机的冷却部件工况由电机控制器进行控制。

电机控制器

电动汽车电机控制器MCU主要是控制电机的运行工况和工作模式。其功能有：
1.将动力蓄电池输出的直流电，转换为驱动电机所需的三相交流电，并根据驾驶者的加速踏板的指令，整车控制器VCU向电机控制器发出控制信号，电机控制器精确的控制驱动电机的转速、扭矩和转动方向，从而实现对车辆的行驶速度和加减速状态的控制。
2.在车辆制动或滑行时，将电机的电动机模式转换为发电机模式。把车辆的动能转换为电能，将三相交流电进行整流转换为直流电，回充给动力蓄电池以提升续航里程。
3.系统保护与通信：实时监控电机、其控制器自身的温度、电压、电流等参数，当出现过热、过压、过流等故障现象时，进行报警或切断动力电源来保护系统的安全。
4.通过CAN总线与整车控制器VCU、动力电池控制系统BMS等核心节点进行实时数据交换。 1.电机控制器结构
电机控制器由集成电路板、IGBT模块、电容模组、冷却液循环管道和控制器保护外壳等组成。 2.电机控制器工作原理
电机控制器的电路分为低压、高压两部分，低压部分有输入／输出接口电路、控制主板、运算器、存储器、传感器等；高压部分由IGBT逆变功率模块、驱动主板、超级电容、放电电阻、直流高压插接器、UVW三相交流电插接器等组成。
电机驱动工作模式：电机控制器的核心部件IGBT功率模块为绝巘栅双极性晶体管，通常由6个IGBT组成一个桥式电路，将直流电转换为三相交流电也就是直流变交流的逆变电路。主控芯片和驱动电路以矢量控制方式，控制IGBT功率模块输出的三相交流电的电压、电流和频率，实现电机驱动车辆行驶的目标控制转速与扭矩 电机发电工作模式：当驾驶人松开加速踏板时，电机控制器执行能力回收发电功能，其主控芯片和驱动电路将IGBT功率模块由三相全桥逆变电路转换为三相全桥整理电路，将交流电转换为直流电，给动力蓄电池充电。

电机与电机控制器组合形式
电动汽车的电机通常与减速机构及差速器机构结合为整体，直接安装在车桥上，中间没有传动轴。电机与电机控制器二合一是最常见的组合形式。

四、电动汽车电动空调压缩机与PTC电加热器

一、电动空调压缩机
车内空调系统的压缩机是制冷热交换循环的的主要部件，在燃油汽车的空调压缩机是由发动机皮带轮驱动的，而在电动汽车上是动力蓄电池供电的电动空调压缩机。
电动空调压缩机的电机功率通常在1-6kw。如特斯拉 Model 3 压缩机电机功率峰值可达3-4kw；大众ID.系列，热泵空调压缩机电机功率峰值可达4-5kw。通常在舒适性制冷工作状态下，其平均功耗约为1-3kw范围。
1.电动空调压缩机端口
电动压缩机有高压端口和低压端口，高压供电接口端为高压电源端；低压端接口为12V控制板供电接口和CAN控制数据总线接口。橙色接口为压缩机的高压电源线束进线端口。黑色接口为低压12V电机控制线束的进线端口，V5/PWM的进/出为压缩机工作的控制信号端。CAN/2.7V的HL为数据总线通信段。 2.电动空调压缩机工作控制原理
车内空调系统的空调中央控制器VCU/ECU，给空调压缩机的PWM端发出工作信号后，空调电机控制板芯片控制压缩机的驱动电机工作，实时对电动压缩机工况进行无级变频调速，动态控制其制冷量，同时由CAN总线反馈到空调中央控制器VCU/ECU进行闭环监控。 3.涡旋式电动空调压缩机结构
涡旋式电动空调压缩机为电机、压缩机与电机控制器三部分整体式结构形式。电机为永磁同步电机，由定子和永磁转子组成。涡旋式压缩机由动涡旋盘、静涡旋盘等部件组成。
涡旋式电动空调压缩机的转子轴上的动涡旋盘与壳体静涡盘旋盘，组成三对弯月型压缩腔、排气腔和吸气腔。涡旋压缩机转子每一周就有一对吸气口、一对吸气腔、一对压缩腔、一个排气口和一个排气腔。电动压缩机工作时被压缩的低压制冷剂气体从进气腔端口吸入，被压缩成高压气体从出气腔端口排出，实现制冷剂低压吸入高压排出的不间断制冷循环。 二、PTC电加热器
PTC电加热器是车内空调的制热元件，安装在暖风通道内，为空调系统的热源，空调鼓风机吹经PTC加热器出的即是热风。PTC电加热具有热的快，能耗高的特点。
PTC加热器由高电阻耐高温的陶瓷元件和散热翅片组成，PTC为电能转换热能元件，其电热转换效率接近100%。车用PTC电功率通常在2-7kw。
PTC加热器线束由橙色高压电源线束、低压控制电路线束等组成。橙色高压线束为高压电源端，PTC加热器由空调控制面板的中央控制器VCU/ECU控制，根据车内外温度传感器控制其加热工况。

五、电动汽车高压配电箱与整车管理器

一、高压配电箱

电动汽车的高压配电箱是连接动力蓄电池与大功率用电设备以及连接给动力蓄电池充电的高压电源部件。
高压配电箱功能
主要有以下功能：一是接入动力蓄电池电源，配电输送给电机控制器、电动空调压缩机、PTC电加热器、DC-DC直流电转换器等大功率用电设备。二是接入交流车载充电器及直流快充设备与动力蓄电池连接进行充电。三是采样高压电路正极母线电流及漏电信号，反馈给电池管理系统，及时切断高压电源，以保障高压电气部件设备安全。
高压配电箱结构自身具有自锁功能，与电机控制器、电动空调压缩机和车载充电器等高压部件有互锁功能，以确保高压部件连接安全可靠。 高压配电箱结构及工作原理
高压配电箱结构主要由主正电高压继电器、主负电高压继电器、主电源熔断器、预充电阻与预充继电器、主电流感应器、保护箱壳和进出线端口接插件和高压继电器控制主板等部件组成。
整车控制器VCU与电池管理器BMS通过高压配电箱控制主板，控制高压继电器动作而通断高压电源的上电和下电。上电前，预充继电器先闭合，接通预检电路，待达到母线电压的90%时，正电高压继电器和负电高压继电器同时吸合，完成母线高压上电。预充电阻的作用是减小高压的脉冲电流。高压继电器动作受高压配电箱的12V低压主控制电路板控制，当高压继电器低压线圈通电，继电器触点吸合，高压电源接通；高压继电器线圈低压断电，继电器触点断开，高压电源断电。 下图为比亚迪秦混动高压配电箱的内部结构与进出线端口：
高压配电箱的电源进线分别与动力蓄电池正极与负极电缆出线端相连，高压配电箱电源出线的正极及负极橙色端口分别与电机控制器的进线电缆相连。依次对应车载充电器的进线端口、电动空调压缩机电源出线端口、箱体侧面有电动压缩机和车载充电器的保险丝；高压配电箱的另一侧为12V低压及控制线进线端口和漏电保护信号线。 高压部件机舱布置形式
电动汽车的高压部件车载充电器、电机管理器、DC-DC转换器和高压配电箱等都是高压部件，都有三角形带有“高压电”黄色警告标志，车辆高压部件连接电缆均为橙色高压线束相连，在未佩带防护用具的情况下请勿触碰高压部件。各高压部件在前机舱的布置形式因高压部件组合形式不同，分为分体式和多合一的形式。 如北辰EV电动汽车的高压部件在前机舱布置形式为分布式布置形式。
将各自独立的车载充电器、DC-DC转换器、电机管理器和高压配电箱高压部件依次分体布置。分体式布置结构清晰，但高压部件独立分散且占用空间大，适用于A0/A级别的低端车辆。 目前多采用将电机控制器、高压配电箱、车载充电器等有的是三合一、五合一等多合一的结构形式，结构紧凑占用空间少，为主流车辆的高压部件组合布置形式。 如比亚迪秦EV和比亚迪E5电动汽车的高压部件就是多合一结构形式。
将电机控制器、车载充电器、DC-DC转换器与高压配电箱多合一组合为整体结构，车载充电器的冷却系统和电机管理器的冷却系统合并为一个冷却管路循环系统，简化了冷却管路

整车管理器

整车管理器VCU，是电动汽车整车中央控制单元。相当于人的大脑功能，它关连刹车踏板信号、加速踏板信号、档位信号，车辆仪表台、显示操控屏、动力蓄电池电池管理器、高压配电箱、电机管理器、电动空调压缩机、PTC电加热等用电设备以及各个类型的传感器信号。
整车管理器接收和处理驾驶人对车辆的操控和各电控系统传感器反馈的信号，运算处理控制电动汽车电机驱动车辆行驶的速度与扭矩，保障整车电气设备的安全运行。
整车管理器接受与控制信息关连的部件见下图所示。 整车管理器功能
整车管理器的功能主要有：上电与下电控制、充电控制、电机输出扭矩控制、驱动电机输出功率控制、动力蓄电池能量控制、运行模式控制（正常驱动模式、超速模式、蠕行模式、制动能量回收模式、滑行能量回收模式）、高压大功率用电设备如电动空调压缩机、PTC电加热器以及各类电动泵等工况控制，具有系统自诊断报警与保护功能。 上电与下电控制
上电控制：驾驶人开启上电开关（点火开关）后，低压系统上电，电控系统自检，当踏下制动踏板，整车控制器接受制动开关电信号，使高压配电箱的高压继电器动作触点吸合，动力蓄电池与高压部件电源导通，车辆进入运行准备状态，仪表盘显示READY，实现上电。
下电控制：驾驶人踩下制动踏板车辆停稳，关闭上电开关（点火开关）后，高压配电箱的高压继电器的低压控制电源断电，高压继电器吸合触点分离，断开动力蓄电池电源，实现下电。
车辆行驶控制
当驾驶人踩下加速踏板或制动踏板，整车控制器控制电机输出一定的驱动功率或再生制动功率。油门踏板踩下的行程越大，驱动电机的转速越高，输出的功率扭矩越大，按照驾驶员意图输出驱动或制动扭矩。
高压用电设备管理
整车管理器，对DC-DC直流转换器、车载充电器、电动空调压缩机、PTC电加热器、电动泵等用电设备的工况进行控制管理。根据整车及部件的温度、电压、电流条件进行其限制运行处理，或适当的降低功率甚至停机，当部件温度过高时请求冷却，计算冷却需求水流量。当车辆开启空调时，启动空调压缩机工作，为整车制冷；当动力蓄电池包需要加热时，控制加热目标温度。

整车能量管理
整车控制器对动力蓄电池进行能量管理，以提高电能量的利用率。在电池的目标能量阈值比较低的时候，整车控制器将对某些电动用电设备发出指令，限制其输出功率，以增加续驶里程。
当车辆制动或滑行时，若动能满足充电条件时，整车控制器向电机控制器发出动能回收控制指令，将动能转化为电能，为动力蓄电池充电。
自诊断与故障处理
整车控制器对车辆的状态进行实时检测，并且将各个子系统的信息发送给车载信息显示系统，其过程是通过各传感器和CAN总线，检测车辆状态及其各子系统状态信息，驱动显示仪表，将状态信息和故障诊断信息经过显示仪表显示出来。显示内容包括：电机的转速、车速，电池的电量，故障信息等。
连续监视整车电控系统运行情况，进行故障自诊断。若某电控系统出现故障时，故障指示灯点亮，指示出故障类别和部分故障代码。根据故障内容，及时进行相应安全保护处理。对于不太严重的故障，能做到低速行驶到附近维修站进行检修。
电控系统之间的数据通信
整车管理器接收驾驶员的控制信息，并将动力系统，电机、动力蓄电池、高压系统部件、电动空调的主要运行数据、故障状态等信息及时传到仪表并显示信息。

车辆操控与运行

电动汽车的启动操作与燃油车自动挡的操作程序相仿，开启上电开关（点火开关）---右脚踩下制动踏板不动，此时仪表盘显示READY（准备），高压上电----操纵档位手柄从N挡（空挡）挂入D档（前进）或R挡（倒车）所需档位，右脚松开制动踏板，然后轻踩油门踏板，车辆行驶。
驾驶人踩下制动踏板待车辆停稳后，拉紧手刹，关闭上电开关（点火开关）后，全车断电。

六、电动汽车低压控制电路与行车制动系统

一、电动汽车的低压电路 电动汽车的低压电路是指12V以下的电路，分为低压电源电路；低压控制高压部件运行电路和汽车灯光喇叭车身用电设备电路三个部分。
1、低压电源
电动汽车低压电路的电源为车载12V蓄电池电源和DC-DC直流转换器输出的12V直流电源的双电源形式。
DC-DC高压转低压直流电转换器相当于燃油汽车由发动机皮带轮驱动的硅整流发电机。
车辆在动力蓄电池未高压上电之前，由蓄电池为全车低压设备供电。
低压上电后，控制高压上电，当动力蓄电池高压上电后，则由DC-DC转换器为全车低压用电设备供电、同时为蓄电池充电。
2、控制高压部件运行电路
控制电动汽车高压部件运行低压电路有电源电路和电信号控制电路两类。
供电电路
供电电路是给车载充电器控制主板、电池管理器控制主板、高压配电箱控制主板、电机管理器控制主板、DC-DC转换器控制主板、电动空调压缩机控制主板、PTC加热器控制主板、整车管理器、仪表盘和液晶显示器等12V电源电路。 控制电路
控制电路是指整车管理器，对车载充电器控制主板、电池管理器控制主板、高压配电箱控制主板、电机管理器控制主板、DC-DC转换器控制主板、电动空调压缩机控制主板、PTC加热器控制主板等高压部件运行的控制电路，以及与各电控系统、仪表盘及操控显示器等ECU芯片间的CAN 数据总线通信电路。
CAN总线协议是一种ISO 国际标准化的串行通信协议，CAN信号为电压形式，通过CAN_H 3.2V与CAN_L 1.5V线上的电位差来表示CAN电数据信号，整车控制器通过CAN总线与全车的各个电控系统的电控板ECU数据信息交换，监控动力电池管理器、车载充电器、高压配电箱、电机管理器、DC-DC转换器。电动空调压缩机、PTC电加热器等启停运行工况。
CAN总线的物理线束为抗干扰能力较强的两股双绞缠绕结构形式。 二、低压电器设备
电动汽车的低压电气设备与燃油车基本相同，分为电源和用电设备两部分，电源为双电源，负极搭铁。燃油汽车的双电源为蓄电池和发电机，而电动汽车为蓄电池和DC-DC转换器输出的12V电源。
采用液压真空助力制动系统的电动车辆，低压用电设备增加了电动真空泵，为液压制动提供真空助力源。

三、电动汽车的行车制动系统

电动汽车的液压行车制动系统有液压真空助力制动系统和液压电动助力制动系统两种类型。
1.液压制动真空助力系统
在传统燃油车中，液压真空助力制动系统的真空源于发动机进气歧管产生的负压。当发动机运转时，活塞进气行程如同抽气机，在进气歧管内形成负压真空，将该真空通过软管引入液压真空助力总泵的真空腔，在制动过程中起到真空助力的作用。
电动汽车则采用电动真空泵充当真空能源。
电动真空泵由12V车载电源供电，通过电机驱动真空泵工作产生真空负压（-0.06--0.09Mpa），由“真空压力传感器”实时监测真空度，当真空度低于阈值时，电机启动抽真空；达到阈值时，电机停止工作。在连接真空管路中装有单向阀，某些车辆装有真空储存罐，以满足制动时对真空源的需求。 真空助力器的工作原理
真空助力器由前真空腔、后空气腔、壳体、中间膜片、回位弹簧、前、后通道AB阀门等组成。
前真空腔经真空单向阀与电动真空泵真空源接口相连，外界空气经过滤清后进入后腔。后空气腔膜片座装有空气阀B和真空阀A，与制动推杆固装在一起，通道 A 用于连通伺服气室前腔和控制阀，通道B用于连通伺服气室后腔和控制阀。真空助力工作时由前后腔的压力差产生的推力，同踏板力共同作用在制动主缸推杆上，增加制动总泵管路的液压制动力。
真空助力器不工作时，空气阀B处于右端极限位置，空气阀B处于关闭状态；真空阀A处于开启状态。此时前后两腔相互连通，并与大气隔绝。
制动时，踩下制动踏板，来自踏板机构的推力推动控制阀推杆移动，在阀门弹簧的作用下，真空阀A 也随之向前移动，关闭真空通道阀门，前腔和后腔隔绝，进而空气阀B开启，空气进入后腔，随着空气的充入，则在中间膜片的前、后两腔出现压力差而产生推力，制动主缸推杆上的作用力为踏板力和真空推力的总和，使制动主缸输出的液压管路内的液压力成倍增长。
解除制动时，在回位弹簧的作用下，控制阀推杆与空气阀B向右移动，关闭空气进道，真空阀A开启。伺服气室的前后两腔相通，压力平衡。且均为真空状态。同时，制动主缸解除制动作用。 2.液压制动电动助力系统
电动液压助力制动系统为电子电控液压制动系统（EHB），行车制动方式为电机发电再生电磁制动和电机助力液压制动联动的制动方式。
电动液压制动助力方式由电机转动产生的扭矩，采用行星齿轮与圆台滚动体结构，推动制动总泵液压活塞以增加液压制动力。
电磁制动是由电控液压制动系统的ECU控制电机发电再生电磁阻力进行制动。
电控液压制动系统为电控与机械双冗余备份的制动系统，电控液压电控系统受整车管理器、电池管理器和ESB/ESC车身电子稳定系统控制，并兼容ABS、ESP等辅助功能。
电子液压制动系统由制动踏板行程传感器、轮速传感器和电子制动控制器ECU、液压制动执行和机械传动三部分构成。 电子液压制动系统工作原理
当驾驶人踩踏制动踏板，制动踏板行程传感器将踩踏深度和速度位移需求信号传输至电子制动系统ECU，电控单元ECU根据轮速传感器的车速信号，动力蓄电池容量是否允许回收，ESP车身稳定系统等信息，智能计算出总制动力需求的减速度，制定电磁制动与机械制动力的分配，优先采取电机发电电磁制动，能量回收。同时，ECU控制电动助力的电机工作，驱动制动总泵推杆移动，精确建立起相应的液压制动压力（制动总需求总制动力-电磁制动力），确保两种制动力平滑叠加。
电子液压制动系统为高级智能辅助驾驶功能的自动紧急制动（AEB）、自适应巡航（ACC）等线控功能的组成部分。
相信，通过一系列对电动汽车的动力蓄电池及电池管理器、高压配电箱、电机管理器及电机、整车管理器、电动空调压缩机、PTC电加热大功率用电设备、低压电源电路与控制电路，电动汽车的制动系统等图文并茂的全面描述，使你能对电动汽车的电气功能结构新知识点有个清晰全面的了解，对电动汽车在选车购车和售后服务等方面有所帮助。