电动汽车动力系统工作原理及解决方案

运高效、节能的运转，发电机和电池供给驱动电动机电能以驱动电动汽车行驶。

下面介绍几种电动汽车动力系统解决方案：

电动汽车以锂电池作为主要动力驱动，以其高能量密度优势、动力性能稳定为首要条件。电池管理系统BMS的重要同样不言而喻。BMS是动力电池组的核心技术，也是电动车整车的关键环节。

目前电池管理系统有两种管理模式，分别为主动式均衡和被动式均衡两种管理模式。

两种管理模式各有优缺点，所采用的方式普遍为采集单体电池电压，串联电流，以及温度以及电池组的电压，然后将这些信号传给运算模块进行处理发出指令，最后将整个处理的信息指令通过CAN通讯系统传送给汽车中央控制单元或整车VMS系统。

（一） ADI全隔离式锂离子电池监控和保护系统

1.方案特点

锂离子电池组包含大量的电池单元，必须正确监控才能提高电池效率，延长电池寿命确保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充当主监控器，向系统演示平台评估板提供精确的电压测量数据，而 6 通道 AD8280 器件充当副监控器和保护系统。

AD8280 是一款用于锂离子电池组的纯硬连线安全监控器，配合 AD7280A 使用时，可提供具有可调阈值检测和共用或单独报警输出的低成本、冗余、备用电池监控器。它具有自测功能，因此适合混合动力电动汽车等高可靠性应用或者不间断电源等高压工业应用。AD7280A 和 AD8280 均从监控的电池单元获得电源。

ADuM5404集成一个DC-DC转换器，用于向ADuM1201和ADuM1401隔离器的高压端供电，以及向AD7280ASPI接口提供VDRIVE电源。这些4通道、磁性隔离电路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解决方案。

2. 方案框图

3. 芯片参数

3.1 ADI AD7280A 参数

单颗处理 4-6 s 前端

12 Bit ADC 采样，平均每通道采样时间1 us

能够对6个通道的电压和温度进行监测，典型

精度达±1.6 mV （典型值）

多个 AD7280A 可采用菊花链连接，单个电路

板最多可监控 48 个电池单元，转换只需7 μs

提供被动式电池单元平衡控制功能

转换模式下功耗小于6 mA

断电模式下功耗小于1.8 uA

SPI 通信提供CRC 校验保证数据的可靠性

3.2 ADI AD8280 参数

电压范围：6.0 V–30 V

多路输入可监控 3-6 路电池电压和 2 个温度

可调监控阀值：过压、欠压、过温

报警选项：单独或者共用报警

可通过菊花链方式连接

（二） 英飞凌AUDO MAX产品系列

目前，基于高性能微控制器的高效FOC系统，为电动汽车和混合动力汽车驱动提供安全高效的解决方案创造了条件。

图1：运行于FOC模式的32位TriCore微控制器

英飞凌AUDO MAX系列非常适用于电机的控制。TriCore架构和MC-ISAR eMotor驱动程序可采用高级控制策略控制多台三相电机，包括无刷直流电机（BLDC）块交换（block commutaTIon，BC）及永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制（FOC）。单一微控制器甚至还能同时支持BLDC和PMSM电机控制。相比于其他类型的电机而言，采用FOC控制的PMSM电机能效更高、磨损更小，并且可以实现精确控制和定位。特别是，这种电机支持线性转矩控制，为将其用于混合电动汽车动力总成系统奠定了基础。

图2：电机控制中的电流控制环

图2显示了MC-ISAR eMotor驱动程序的电流控制环路，右侧为复杂设备驱动（CDD）。这个时间关键型电流控制环路在中断上下文中进行处理，处理时间不超过50微秒。左侧是附加的用于位置和转速控制的软件成分（SWC），由应用程序提供。

英飞凌AUDO MAX系列和MC-ISAR eMotor驱动，可并行控制多达4台PMSM或BLDC电机，同时还能满足应用任务控制所需的性能。MC-ISAR eMotor和标准AUTOSAR MCAL驱动由同一配置工具整合，因此，用户可在同一界面中为AUTOSAR MCAL和MC-ISAR eMotor驱动配置微控制器资源，为无缝配置不同软件模块创造了条件。汽车ECU开发人员可专注于电机的应用相关控制，而无需改编电机的控制算法。为降低系统成本，AUDO MAX系列还支持直接旋转变压器模式，免除了加装旋转变压器IC的需要。AUDO MAX系列和MC-ISAR eMotor驱动被设计用于支持安全应用。

（三） TI推出电池主动式均衡负载技术

1.方案特点

TI推荐电动车所采用的主动均衡方式：每个电池芯藉由矩阵开关控制变压器与充电线路的组合，形成一个有调整功能的电压/电流蓄水池的功能，当电池芯由于多次充放电后产生不一致性而导致整组电池充放电容量下降，可藉由后端连接蓄水池的线路做调整，充电时不会因为监控到某个电池芯内压过高而停止充电，放电时也可以完全的100%的释