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随着电池技术的进步和此类车辆的续驶里程的增加,对电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)的兴趣正在稳步增长。也许同样重要的是,电动汽车/混合动力汽车为由内燃汽油发动机提供动力的传统车辆提供了“绿色”替代方案。
电动汽车和混合动力汽车依靠强大的电动机驱动器,大容量电池组,功率逆变器以及从充电源到电池再到整个车辆的有效配电。汇流排包括用于收集和分配电流的电导体系统,它提供了有效地将功率分配给车辆各个子系统的方法。市场上有许多不同类型的母线,因此,为EV / HEV应用指定最佳匹配是了解EV / HEV的各种要求以及不同类型的电源母线如何满足这些要求的问题。
有效利用有限量的能量对于任何车辆设计都是至关重要的,电动汽车和混合动力汽车通常将可充电锂离子电池背作为其能源。幸运的是,这些电池组的成本近年来一直在下降。 EV / HEV电池动力的成本预计在未来十年内将继续下降,这将使EV和HEV与基于内燃机的车辆更加便宜,价格也更高。
电动汽车/混合动力汽车的接受度正在增长。实际上,在某些国家(例如日本),电动汽车充电站现已超过加油站。现在,许多电动汽车因其充电能力而被称为“插入式”电动汽车,并配备了“快速充电”充电模式,可为较短的行驶距离提供快速的能量。
动力分配与行驶范围
电动汽车/混合动力汽车一直是动力存储和续驶里程的主要问题,通常由大型电池组的电池组提供动力,这些电池组以密封包装的形式组合在一起,以实现为车辆的电动机供电所需的工作电压和电流。当然,无论是新颖设计中的每个车轮专用的感应电动机,还是通过传动系统将动力传递到前轮轴的感应电动机,都不是EV / HEV中唯一需要电力的子系统。由内燃机驱动的车辆中发现的所有基本车辆功能(包括加热,冷却,照明和警报系统)都需要EV / HEV中的电力,并且在使用中的每个子系统都可以从总行驶里程中减去带电的车载电池组可以使用。
幸运的是,EV / HEV内的有效功率分配可有助于改善行驶里程。新型电动汽车和混合动力汽车采用了多种电池技术,其中锂离子(Li-ion)技术为操作电动马达的大型电池组提供了最受欢迎的解决方案。传统的铅酸电池仍在电动汽车和混合动力汽车中普遍用作辅助电源,用于传感器,冷却风扇和照明灯等功能。锂离子电池系统可提供130 Wh / kg的能量容量,并以最小的存储容量降级处理数千次充电循环。
对于行驶距离在100英里或以上的典型EV或HEV,这将转化为可用的锂离子电池寿命6年以上(或新EV / HEV的典型保修期)。几家制造商正在开发锂基动力电池的变体,包括磷酸铁锂电池和钛酸锂电池,试图增加电动汽车和混合动力汽车的续航里程,尽管成本必须在竞争激烈的汽车市场的一定范围内。其他车载电池技术包括镍氢电池(NiMH),它比锂离子电池更重且效率更低,但成本却低得多;锌空气电池则是锌空气电池,但锂离子电池目前是锂离子电池的主要技术电动汽车和混合动力汽车。
连接的电池
大功率EV / HEV电池组中的电池可以串联或并联组合,以达到接近400 V的额定电压。大约1.5至2.0 V的单个电池通常使用母线而不是绝缘电缆进行组合。母线本质上是由绝缘体隔开的电导体和接地层。它可以制成单层组件或多层结构,包括用于信号以及功率分配的电路路径。
与其他基本电路组件一样,母线可以通过其电阻,电容和电感来表征,理想情况下,其电气贡献应在其整个长度上尽可能均匀地分布,以避免性能不一致。尽管在用于EV和HEV配电的母线中最好采用尽可能低的电阻和电感值,但为此目的,某些母线以不同的方式增加了电容,以提高配电结构的电荷承载能力。
由于即使足够低的电阻也会在足够高的功率水平下由大电流引起的发热效应,因此重要的是使沿着母线的所有连接点(包括焊点)的接触电阻最小。为了最小化接触电阻,在组装用于EV / HEV的大型高功率电池组的过程中,通常将电池组电池组激光焊接到母线上。激光焊接连接也可以作为自动化组装过程的一部分进行,以最大程度地减少批量生产中的制造成本。
母线和热管理
借助合适的材料,母线可以协助热管理以及EV / HEV中的功率分配。母线的导体材料和母线的横截面尺寸将决定其载流能力。叠层母线通常由铜或铝导体组成,它们可以镀或可以不镀其他导电金属,例如银或金。母线可以制成各种形状,包括扁平条,实心棒和空心管,扁平或空心形式通常适用于大电流应用。
尽管与内燃电动汽车相比,电动汽车/混合电动汽车中使用的交流驱动电动机产生的热量很少,但流经车辆配电系统中任何电阻性结点的电流仍会产生热量,包括电池组自身内部的热量。通常,良好的电导体(例如铜)也是良好的热导体。在汇流排中,汇流排的混合材料和热膨胀系数(CTE)的差异会因欧姆加热和环境温度升高而带来挑战。
专为低电阻和热阻而设计的母线可以轻松地用作EV / HEV从热源到散热器或冷却液储罐的热路径的一部分。母线材料还可能限制互连方法的过程制造温度,例如使用无铅焊料连接方法时,以及预期的可靠性,尤其是在母线材料温度的额定值未超过无铅或回流焊接工艺的温度极限的情况下。
除了将动力电池组合在EV / HEV电池组中之外,叠层母线还提供了多芯电缆的实用替代方案,可将功率分配给整个EV / HEV中的许多传感器,子系统和其他电子组件。在这些不同的电子组件中,最主要的是交流驱动电机和逆变器系统,该系统通常为EV / HEV中的前轴提供驱动力(见图1)。逆变器将电池组中的直流电转换为三相感应或永磁电动机所需的多相交流电。
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