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前言：汽车电路是汽车的重要组成部分，是电力和电信号传输的通道，由导线、连接件、固定件和保护件等组成。汽车全车电路是由各种电路叠加而成的，每种电路都可以独立分列出来，从总体上看汽车电路实行单线制的并联电路，在局部电路仍然有串联、并联与混联电路。按照基本用途，全车电路可以划分为充电、启动、灯光、信号、仪表、辅助等电路。 电动车电气系统是电动汽车的神经，承担着能量与信息的传递功能，对电动汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性有很大的影响，是电动汽车重要的组成部分。 一、电动汽车电气系统的组成 电动汽车的电气组成系统主要包括低压电气系统、高压电气系统和整车网络化控制系统。高压电气系统主要有动力电池/燃料电池、驱动电机和功率变换器等大功率高电压电气设备组成，根据汽车形式的功率需求完成从动力电池到驱动电机的能量转换与传输过程。 低压电气系统采用直流12V或24V电源，一方面为灯光、刮水器等车辆的常规低压电器供电，另一方面为整车控制器、高压电气的控制电路和辅助部件供电，电动汽车各电器设备的工作统一由整车控制系统协调控制。如图1-1 1-1电动汽车电气结构系统原理图 低压电气系统主要由DC/DC功率转换器、辅助蓄电池和若干低压电器设备组成。电动汽车的低压电器设备主要包括灯光系统、仪表系统、娱乐系统、电动车窗、刮水器、除霜器和各种控制器等。燃油汽车与电动汽车低压电气系统二者主要区别在于，燃油汽车的辅助蓄电池由与发动机相连的发电机来充电，而电动汽车的辅助蓄电池则由动力电池通过DC/DC变换器来充电。 在传统的燃油汽车中，电动助理转向系统、制动系统等主要有低压电气系统供电，而在电动汽车中，为节约能源，对于功率较大的子系统如制动气泵电动机、电动助力转向系统和电动空调等一般采用高压供电。 如图1-2，是一个典型的电动汽车高低压电路原理图，其中12V的低压电气系统有高压动力电池通过DC/DC转换气为其充电，而高压动力电池系统通过车载充电器进行充电。
如图1-3为整车高压电气系统原理图，高压电源从电的正极D+出发，首先通过位于驾驶员控制台的高压开关DK1，该开关受低压控制，作为整车高压电源的总开关以及充电开关。经线路2可以进行充电操作，经线路3与主电动机控制器（通过驱动电动机驱动车辆行走）、直流电源变换器（给低压24V电源充电）、转向系统控制器（控制转向助力机构）、制动系统控制器（控制和驱动气泵打气提供制动能量）及冷暖一体化空调相连，最后经过分流器FL流回负极，分流器FL的作用是检测高压线路中的电流值。此外，在电池内部之间装有500A的熔断器F，防止高压回路中电流过大。 1-3整车高压电气系统图 电动汽车是一个集成的电气化系统，包括驱动电机控制系统，电池管理系统、车载充电系统电动辅助系统、低压电气系统等哥哥子系统，必须通过一个整车控制系统来进行各子系统的协调控制，从而时限整车的最佳性能。整车控制系统主要包括整车控制器、电机控制器、电池管理系统、车身控制管理系统、信息显示系统和通信系统等。整车控制器是整车控制的核心，承担着数据交换管理、故障诊断、安全监控等功能。各系统间的信息传递通过网络通信系统来实现。目前常用的通信协议是CAN协议。 为解决汽车上众多电控单元之间的交换数据的问题，采用基于串行总线传输的网络结构，时限多路传输，组成汽车电子网络是一种必然。 电动汽车是由多个子系统构成的复杂系统，控制系统的数量夜比同类型的燃油汽车多，因此电动汽车更需要采用车载网络系统进行整车信息通信和数据共享。车载网络系统是基于数据总线技术实现的。数据总线是控制模块间运行数据的通道，即所谓的信息高速公路。数据总线可以时限在一条数据线上传递的信号能被多个系统共享，从而最大限度地提高系统整体效率。通信协议是指双方控制信息交换规则的标准，约定集合，即数据在总线上的传输规则。目前各大汽车制造商采用的车载网络通信协议主有CAN、LIN、VAN、MOST、ABUS和TTP/C等 电力驱动子系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。一般地，驱动系统由电子控制器、功率变换器、驱动电动机、机械传动装置和车轮等部分构成。驱动系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能进而推进汽车行驶，并能够在汽车减速制动或者下坡时，实现再生制动。驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置驱动或直接驱动车轮。早期电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电动机具有“软”的机械特性，与汽车的行驶特性非常适应。但直流电动机由于存在换向火花、比功率较小、效率较低和维护保养工作量大等缺点，随着电动机技术和电动机控制技术的发展，正在逐渐被直流无刷电动机、开关磁阻电动机和交流异步电动机所取代。 图1-4电机驱动系统图 图1-5主要驱动电机分类 降压功率变换器功率转换器可分为直流/直流（DC/DC）变换和直流/交流（DC/AC）变换两类。电动汽车电气系统里的功率变换器主要是DC/DC变换器，有降压、升压、双向三种形式，是实现电气系统能量变换和传输的重要设备。其主要功能为：匹配特性电压等级不同的电源，驱动辅助系统中的直流电机，给低压辅助电池充电。 图为斩波降压变换器基本电路图，Uin是输入电压；L、C分别为电感和电容，对输出电压和电流进行滤波，Q为功率开关；VD为续流二极管，当Q导通时，输出电压U0等于输入电压Uin；当Q关断时，输出电压等于0，通过去Q的交替导通与关断获得给定可调的的输出电压，达到降压的目的，其输入电压与输出电压的关系为： U0=UinD 其中为开关的占空比，0≤D≤1,因此，U0≤Uin. 图2-1 Buck式降压变换器的电路原理图 单端正激式降压变换器是由Buck电路衍生而来，在变压器的原边，通过开关Q交替的导通和关断，在绕组N1上产生占空比可调的电压脉冲，通过变压器的电磁耦合作用，变压器二次绕组N2的输出经过整流和滤波后输出直流电压U0,输入电压与输出电压的关系为：
式中，D为开关占空比，0≤D≤1，与Buck电路相比，该公式多了一项变压器匝数比，通过选择变压器的匝数比，可以得到输出平稳的电压。同时由于变压器的隔离性质，单端正激式功率变换器广泛应用车载24V辅助电池充电电源。
Boost电路由开关管V1、二极管VD1、电感L1和输出滤波电容C1组成，当V1导通时，能量从输入端流入电感，由于V1导通期间正向饱和管压降很小，二极管VD1反偏，变换器输出由滤波电容C1提供能量。当V1截止时，电感L1中电流不能突变，二极管VD1导通，电杆中的能量通过VD1流入C1，并供给输出端BO，如果V1周期性的开通和关断，开通周期为T，其中导通时间为ton，那么，输入与输出的关系：
图2-3 Boost型升压变换器电路原理图
3-1电动汽车整车电路结构模块 车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。 蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压一般为12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，可以用多个12V或24V的蓄电池串联成96～384V高压直流电池组，再通过DC/DC转换器供给所需的不同电压。 能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与中央控制单元配合在一起控制发电回馈，使在纯电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收，从而有效地利用能源。能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。为提高蓄电池性能的稳定性和延长使用寿命，需要实时监控电源的使用情况，对蓄电池的温度、电解液浓度、蓄电池内阻、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等蓄电池状态参数进行检测，并按蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，通过限流控制避免蓄电池过充、放电，对有关参数进行显示和报警。 充电控制器是把电网供电转换为对蓄电池充电，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。充电器开始时为恒流充电阶段。当电池电压上升到一定值时，充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在相应值，充电器进入恒压充电阶段后，电流逐渐减小。当充电电流减小到一定值时，充电器进如涓流充电阶段。还有的采用脉冲式电流进行快速充电。
电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置组成。为适应驾驶员的传统操纵习惯，纯电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及有关操纵手柄或按钮等。不过在纯电动汽车上是将加速踏板、制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号，输入到中央控制单元来对汽车的行驶实行控制。对于离合器，除了传统的驱动模式采用外其他的驱动结构就都省去了。而对于挡位变速杆，为遵循驾驶员的传统习惯，一般仍需保留，有前进、空挡、倒退三个挡位，并且以开关信号传输到中央控制单元来对汽车进行前进、停车、倒车控制。 中央控制单元不仅是电力驱动主模块的控制中心，也要对整辆纯电动汽车的控制起到协调作用。它根据加速踏板与制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行起动、加速、降速、制动控制。在纯电动汽车降速和下坡滑行时，中央控制器配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈，使蓄电池反向充电。对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流及有关故障诊断等信息还需传输到辅助模块的驾驶室显示操纵台进行相应的数字或模拟显示，也可采用液晶屏幕显示来提高其信息量。 驱动控制器功能是按中央控制单元的指令、电动机的速度和电流反馈信号，对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与电动机必须配套使用，目前对电动机的调速主要采用调压、调频等方式，这主要取决于所选用的驱动电动机类型。由于蓄电池以直流电方式供电，所以对直流电动机主要是通过DC/DC转换器进行调压调速控制的；而对于交流电动机需通过DC/AC转换器进行调频调压矢量控制；对于磁阻电动机是通过控制其脉冲频率来进行调速的。当汽车进行倒车行驶时，需通过驱动控制器使电动机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于降速和下坡滑行时，驱动控制器使电动机运行于发电状态，电动机利用其惯性发电，将电能通过驱动控制器回馈给蓄电池，所以驱动控制器与蓄电池电源的电能流向是双向的。
电动机在纯电动汽车中被要求承担着电动和发电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械旋转能；而在降速和下坡滑行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转换为电能。对电动机的选型一定要根据其负载特性来选，通过对汽车行驶时的特性分析，可知汽车在起步和上坡时要求有较大的起动转矩和相当的短时过载能力，并有较宽的调速范围和理想的调速特性，即在起动低速时为恒转矩输出，在高速时为恒功率输出。电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件，纯电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能，它直接影响着车辆的各项性能指标，如车辆在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性能以及能源转换效率。 辅助模块包括辅助动力源、动力转向单元、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。各个装置的功能与传统汽车上的基本相同，其结构原理依纯电动汽车的特点和需求有所区别。 辅助动力源是供给纯电动汽车其他各种辅助装置所需的动力电源，一般为12V或24V的直流低压电源，它主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。 转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，它由方向盘、转向器、转向机构与转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向器和转向机构和转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。 纯电动汽车的辅助装置主要有照明、各种声光信号装置、车载音响设备、空调、刮水器、风窗除霜清洗器、电动门窗、电控玻璃升降器、电控后视镜调节器、电动座椅调节器、车身安全防护装置控制器等。它们主要是为提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的，有些是必要的，有些是可选用的。与传统汽车一样，大都有成熟的专用配件供应。不过选用时应考虑到纯电动汽车能源不富裕的特点，特别是空调所消耗的能量比较大，应尽可能从节能方面考虑。另外，对于有些装置可用液压或电动两种方式来控制的，一般选用电动控制的较为方便。
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图 2-2-2单端式正激式降压变换器电路原理图
