文：王高明

新能源汽车的核心技术
——驱动系统

文：王高明

近几年，在国家相关政策的支持下，新能源汽车产业得到了大力发展，新能源汽车技术也受到了业内外人士的普遍关注。目前国内新能源汽车大多都是基于传统现有车型开发出的，与传统内燃机汽车最明显的区别，就是驱动形式的不同。

目前市场上常见的新能源汽车主要有4类：纯电动汽车、增程式纯电动汽车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车。这4种类型的新能源汽车，其驱动系统所采用的技术也各有特色。为了便于广大维修技术人员对新能源汽车的驱动技术有清晰的了解，笔者在此以北汽新能源EV200、特斯拉Model s、宝马i3、丰田普锐斯、沃尔沃XC90混合动力车型（简称XC90混动）以及比亚迪秦等车型为例，对这些车型的驱动系统一一进行剖析。

1.北汽新能源EV200

北汽新能源EV200是一款纯电动汽车，它的动力核心部件是：蓄电池、电机控制器、三相同步电机，它的驱动原理是电机控制器MCU接收到车辆控制器（VCU）传输过来的加速踏板和制动踏板信号，然后控制三相同步电机进行加速、减速运转，其控制原理如图1所示。

三相同步电机的功率器件绝缘栅双极性晶体管（IGBT）模块的脉宽调制（PWM）波形控制原理都是类似的。通过单片机控制IGBT驱动模块，再进而控制IGBT，实现两相直流和三相交流的转换，其控制原理如图2所示。

IGBT控制端的驱动电压一般为15 V左右，而单片机GPIO管脚的电压一般为3.3 V。所以要对IGBT控制时，必须外加IGBT隔离驱动模块（M57962L），如图3所示。

2.特斯拉Model s

特斯拉Model s和北汽EV200都是纯电动汽车，其动力核心部件是：蓄电池、电机控制器和三相异步电机。由此可以看出，特斯拉与北汽新能源的EV200在动力元件组成上有一个很大区别，那就是三相电机的不同。一个采用同步电机，一个采用异步电机。同步电机有转速容易控制、能量利用高的优点，而异步电机有功率大、转矩大和耐高温的优点。

虽然异步电机有天生的“转速差”，但转速差同样是可控的，只要控制到合理范围，并不影响大局。而且，这在一定程度上跟IGBT的PWM控制程序有很大关系。也就是说，即使EV200也用特斯拉的三相异步电机，但是由于控制程序的不同，是无法获得特斯拉大转矩、稳定性好和转速可控性强的优点的。

另外，特斯拉所采用的三相交流异步电机，每相采用的推挽电路由28个IGBT驱动，共使用84个IGBT。加上其他部位的IGBT，特斯拉的三相交流异步电机共使用96个晶体管，均采用分离型IGBT管，而不是常见的模块型。特斯拉使用的IGBT是IR公司（已被英飞凌收购）的AUIRGPS4067D1型IGBT单管（图4），采用了20世纪80年代初的TO-247封装。

其实无论是特斯拉、还是其他类电动车，他们的电机控制器MCU核心技术就是对双绝缘栅极型晶体管IGBT的控制策略，包括硬件和软件部分。特斯拉MCU内部的IGBT要比EV200的多很多。

3.宝马i3

宝马i3有2种动力配置，一种是纯电动，一种就是增程式纯电动。增程式纯电动相比纯电动多了一个2缸的小排量汽油发动机和增程式电机，其驱动系统所有的核心部件位置如图5所示。

它的驱动方式就是，当高电压蓄电池的电量消耗到一定程度后，增程式电机与发动机曲轴相连接，并充当起动机以起动发动机。当发动机起动后，增程式电机转变为发电机（这个转变过程由增程式电机控制器REME控制）。宝马i3驱动系统的控制原理如图6所示。发动机带动增程式电机发电，发出的电传输给高电压蓄电池。高电压蓄电池将两相直流电传输给驱动电机控制器，驱动电机控制器控制三相驱动电机工作，从而带动车轮运转。

有人会说，这样设置不是多此一举么？其实此言差矣，由于大排量发动机污染环境，而且驱动电机已经完全有能力提供足够的动力（此时大排量的发动机就是累赘）。在这样的情况下，增加小排量发动机的作用就很明显了，既可以减少尾气排放，又可以增加续航里程，还能够降低设计和制造成本。

4.丰田普锐斯

丰田普锐斯属于混合动力车型，其动力部分核心元件有：MG1（充当起动机和发电机）、MG2（驱动电机）和发动机；控制元件有：发动机控制单元、变频器总成（主要用于控制MG1和MG2）以及HVECU混合动力总控制器。其动力部分整体结构如图7所示，控制系统组成如图8所示。

车辆的“驱动力”在变速耦合机构中形成，可以是MG2单独驱动，也可以是发动机单独驱动，还可以是MG2和发动机混合驱动。

由于混合动力车型相对于插电式混合动力而言，其蓄电池较小，电压也就在200 V左右，因此会在变频器总成内设有“升压转换器”，可把电压升至500 V左右，然后经变频器变成三相交流电，如图9所示。

丰田普锐斯的变频器总成内也集成了DC-DC装置，其目的就是把HV蓄电池的高压电转变为辅助蓄电池的12 V低压电，供低压系统使用（图10）。

假设HV蓄电池由于某种原因没电了，将会导致车辆无法起动。此时可以通过诊断仪设置DC-DC从辅助蓄电池向HV蓄电池进行反向充电，由于充电电压较低（低电压充电），所以一般要充很长时间。

5.沃尔沃XC90混动

沃尔沃XC90混动车型的动力核心部件有：MG1（充当起动机和发电机）、MG2（驱动电机）和发动机（2.0T双涡轮增压，型号B4304T27），驱动系统组成如图11所示。

XC90混动在驱动方面和普锐斯最大的不同，在于MG2主要驱动后轮主减速器。所以XC90混动并没有动力耦合机构。它虽然是四驱车型但没有传动桥，电池竖立布置于底盘上。

XC90在车辆起动按钮的后方设置了驾驶模式选择开关DRIVE MODE（图13）。如果选择纯电动行驶，此时发动机关闭，车辆只有后驱行驶。但电池剩余电量SOC下降到一定程度后，就会强制转变为AUTO模式运行。在AUTO模式下，如果深踩加速踏板时发动机起动，此时车辆以四驱模式行驶。

6.比亚迪秦

比亚迪是国内较早研发混合动力的整车企业，但是在研发过程中遭遇丰田汽车的专利门槛。丰田汽车很早就开始发展混合动力汽车，其研发出一套采用行星齿轮动力分配机构的混合动力模式（图14）。这套模式包括2个电机、1个发动机和1套行星齿轮动力分配机构，其核心就是这套行星齿轮动力分配机构。该机构可以巧妙地让发动机和电机根据实际的运行状况，要么形成并联，即发动机和电机一起驱动车辆；或者形成串联，即发动机作功用于发电，1个电机充当发电机，另外1个电机则充当电动机驱动车辆。而这套动力分配机构是有专利的。

比亚迪秦的驱动方式与普锐斯比较相似，其动力核心部件有：MG1（充当起动机和发电机）、MG2（驱动电机）和发动机。与普锐斯的不同在于，比亚迪秦采用了一套耦合机构代替行星齿轮动力分配机构，从而实现发动机与电机共同驱动，或者纯电动驱动，这就是比亚迪对外宣称的“双模”。

另外，比亚迪秦属于插电式混合动力汽车，它能够外接电源充电，而普锐斯则不能外接电源充电。普锐斯在变频器总成内有蓄电池升压装置，而秦的变频器总成内没有升压装置，原因是比亚迪秦的电池远比普锐斯的电池大，输出电压高达700 V，根本无需升压装置进行升压。