一辆纯电动车汽车的动力系统都有哪些主要零部件？本文对此展开介绍，其组成如下所示:

从左往右，依次为:

动力电池系统（Traction Battery System）储存提供电能。

空调压缩机（eAC）利用动力电池电能给乘客舱制冷和电池降温。

加热电阻（PTC）利用动力电池的电能给我们的乘客舱供暖和电池加热。

直流-直流转换器（DC/DC), 可以理解成是一个变压器，就是将动力电池直流高压转换称直流低压给我们12V，给车载电源以及其电回路上的功能模块供电。

高压配电单元（Power distribution Unit，PDU），可以认为是一个电源中转分配的地方，高压系统中各个组件都需要它进行电量分配。比如高压压缩机、PTC、电机控制器等。

车载充电机（On-board Charger，OBC）能够将来自电网的交流电转换直流电给电池充电，也就是常说的交流(AC)充电.目前在小区里的家充都是通过这种方式给车辆充电，功率不会很高，一般在3KW到22KW。

电驱系统（E-Drive System）由功率电子(Power Electronics）转换动力电池的直流电能为交流电供电机(Motor)，从而驱动电机旋转提供机械能。

电车电气系统中的这些关键零部件有一种大家常听到的分类方法：“大三电”和“小三电”。大三电是指驱动电机，电机控制器和电池。小三电是指高压配电盒、车载充电机、DC/DC变换器，也可能包含电动空调。下面就进行对这些关键零部件进行逐一介绍：

1 电驱系统

电驱系统通常包括驱动电机（Motor）、电机控制器（Motor Controller Unit，MCU)和减速器（Gearbox）。

source: 吉凯恩汽车 |系统和解决方案 |电驱动系统

电机，负责将电能转化为机械能，驱动车辆前进。有永磁同步电机和交流异步电机等类型，功率范围广泛。

电机控制器，控制电机的运行状态，根据车辆的需求（如加速、减速、维持速度）调节电机的转速和扭矩。它通过软件算法和硬件电路来实现对电机的精确控制，确保动力输出的平顺性和效率。

减速器，通过齿轮组降低电机的高转速，增加输出扭矩，确保车辆在低速时有足够的驱动力，并使电机工作在高效区间。

电驱系统的工作原理简单来说就是将直流电转换为交流电，使得交流电机输出动力，传递到车轮，驱动车辆行驶，同时在必要时回收能量。

source：电动汽车驱动系统的结构示意图

其详细的过程是：

车辆运行时，电机控制器接收到电池的直流电后，通过内部的IGBT模块等功率半导体器件，IGBT模块通过快速开关动作，控制电流的频率和幅度，生成适合驱动电机工作的三相交流电；

交流电被送入驱动电机，电机根据交流电的频率和幅值产生旋转磁场，这个旋转磁场与电机内部的定子和转子相互作用，促使转子旋转，从而将电能转换为机械能；

电机的转速和扭矩由电机控制器实时调节，以适应车辆的行驶需求，如加速、匀速或减速；

电机产生的动力通过减速器，减速器通过齿轮的减速增扭作用，将电机的高转速转换为适合车辆行驶的低转速和高扭矩，然后通过传动轴传递给车轮；

在车辆减速或制动时，电机的工作模式逆转，变成发电机，将车轮的机械能转换回电能，通过电机控制器反馈给电池进行充电即再生制动。

2 电池系统

电池系统主要包括电池模组（Battery Modules）、电池管理系统（BMS, Battery Management System）和冷却系统（Cooling System）等。

source: 电动汽车电池系统简介

电池模组（Battery Modules）：电池模组是由多个电池单体（电芯，Cell）串联或并联组成的单元。电芯通常是锂离子电池，它们按照特定的排列方式组合，以达到所需的电压和容量。对于电动汽车，锂电池常用有2种类型，即磷酸铁锂电池和三元锂电池。

磷酸铁锂电池（LFP），其特点是安全性高，循环寿命长，成本较低，耐高温性能好，但能量密度相对较低，适用于对成本敏感和安全性要求高的车辆，比如比亚迪的电动汽车。

三元锂电池，其细分类型包括镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA），其特点是能量密度高，提供更长的续航里程，但成本较高，且在高温或过充情况下安全性需要特别注意。特斯拉、宁德时代等品牌广泛采用。

source: takomabattery.com

b. 电池管理系统（BMS, Battery Management System）：负责监控电池模组的电压、电流、温度等状态，进行充放电管理，确保电池安全、高效工作，并延长电池寿命。BMS还能平衡电池组中各电芯的电量，防止过充或过放。

source：汽车高压电池管理系统 （BMS）

BMS 主要由2部分组成：电芯监控单元和充放电控制单元。其中，电芯监控单元是最基本的单元，是BMS的电池传感部分。它可以精确测量电池电压，从电池组获取温度读数，并以高达 300 mA 的电流平衡电池。这些测量参数构成了确定电池状态是否处于正常状态的基础。一旦检测到异常，BMS 就会采取措施进行调整。

电芯监控单元（Cell Monitor Unit, CMU）的工作原理是通过内置的传感器和电子电路来监控单体单体或电池组件的关键参数，并将数据传输给BMS，以实现电池的安全高效运行，其详细的工作原理是：

CMU 通常配备多个传感器来测量电芯的各种参数，包括电压传感器、温度传感器和电流传感器，这些传感器将继续收集电池的状态数据。

CMU 内的电子电路对传感器收集数据进行处理和分析，包括数据筛选、更正和计算，以确保收集准确的数据，然后CMU 通过通信接口将处理后的数据传输到 BMS。目前通信采用菊花链或CAN，比较流行的是菊花链架构，因为成本便宜，操作方便。

BMS 将使用这些数据来监控电池单元的状态，识别潜在问题，执行均衡控制，并采取必要措施来确保电池系统的安全和性能。

source: 电动汽车电池系统简介

另外，CMU需要进行均衡控制，包括被动均衡（当电池组中单体电池的电压或电量不一致时，CMU通过简单的电路设计（如串联电阻）耗散多余能量，实现电池电压的平衡）和主动均衡（通过能量转移来平衡电池，如使用FPGA控制的方案，可以实现大电流（几安培）的均衡，主动均衡可能涉及飞度电容、变压器等技术，以减少损耗并加快均衡速度）。总之CMU需要智能地决定何时启动均衡，比如根据电池的最高和最低电压、温度等参数。它通常采用两种周期策略：快速周期用于传输关键信息（如过充/过放阈值），慢速周期则用于全面数据的更新。

BMS是电池组的核心管理组件，其功能综合且关键，主要包括以下这些方面：

状态监控，包括电压监控（持续监测每个电池单元的电压，确保它们在安全范围内），电流监控（测量电池组的充放电电流，控制充电过程）和温度监控（通过多个温度传感器，确保电池工作在适宜的温度下，防止过热）。

状态评估，包括SOC（荷电状态）估算（精确计算电池剩余电量，为驾驶者提供续航里程信息）和SOH（健康状态）评估（评估电池的长期性能和容量衰退，预测电池寿命）等。

均衡管理：实施被动或主动均衡，以减少电池单元间的电压差异，延长电池组的整体寿命。

充放电控制：根据电池使用情况动态调整充电策略，适应不同使用场景，如快充、慢充等。

故障诊断与保护机制，包括过充、过放、过温、短路保护，确保电池安全，避免损坏，以及自动检测电池系统异常，及时发出警告，便于维护。

热管理，协调冷却系统，维持电池组的最佳工作温度，提高效率和安全性。

通信与控制：可利用 CAN BUS 或其他方法建立数据通信机制，将数据传输到显示系统、车辆控制系统、充电系统和其他外部设备，甚至具备具备 Wi-Fi 传输功能，可实现云端连接。

source: Understanding the Power of Battery Management Systems

c. 冷却系统（Cooling System）：锂离子电池的性能受其温度的影响很大。当电动汽车电池过冷或过热时，会导致电池永久和极端损坏或加速退化。因此需要根据电池工作时产生的热量，采用液冷或风冷等方式进行热管理，保持电池在最佳工作温度范围内，以提高效率和安全性。

source: 卓越的锂电池冷却解决方案

3 车载电源系统

车载电源系统一般指车载充电机（OBC）、车载DC/DC变换器，以及以二合一（OBC和DC/DC集成）或三合一（OBC、DC/DC与高压配电盒（PDU）集成），这里以三合一，即所谓小三电来说明。

source: 一文读懂 | 新能源汽车车载电源深度解析

高压配电盒（Power Distribution Unit, PDU）负责高压电的分配，确保电力流向各个部件，其组成有：

接触器与继电器：包括主接触器、预充电接触器等，用于控制高压电路的通断，确保安全启动和关闭高压系统。

电流传感器：监测高压系统中的电流，为电池状态管理和保护策略提供数据支持。

保险丝：提供过载保护，防止电路因电流过大而损坏。

母排与线束：用于连接高压部件，高效传输高压电能。

控制逻辑电路：接收整车控制器指令，智能管理高压电源的分配。

散热系统：部分PDU配备散热机制，以维持系统在高功率工作时的温度稳定。

PDU的作用有：

电源分配：负责从动力电池分配高压电至驱动电机、DC/DC转换器、车载充电机等高压设备。

安全控制：通过继电器和接触器控制，确保车辆启动和停止时的高压安全，以及在异常情况下快速切断高压电源。

保护机制：提供短路保护、过载保护，确保高压系统的稳定运行。

监控与反馈：监控高压回路的电流和电压，将关键数据反馈给BMS（电池管理系统）和其他控制系统。

智能化管理：现代PDU能够根据车辆状态和环境条件，智能调整高压电的分配，优化性能和效率。

source: [结构设计]新能源汽车PDU（高压配电盒）结构设计

车载充电机（OBC，On-Board Charger）是电动汽车中不可或缺的部件，它负责将家用或公共充电站的交流电转换为适合电动汽车动力电池充电的直流电。

source: 什么是车载充电器 （OBC）？

OBC的组成部分有：

交流输入端口：接收来自电网的交流电，通常设计为兼容标准家庭用电的220V，具备三类连接方式，可扩展至380V以适应不同功率需求。

功率单元，包含电磁干扰抑制模块，减少充电过程中的电磁干扰；整流模块，将交流电转换为直流电；功率因数校正（PFC）模块，提高电能使用效率，减少谐波；滤波模块，确保输出电流的平滑；全桥变换模块和直流输出模块，进行电压调整，以适应电池充电需求；控制单元，进行原边检测及保护模块，监控输入状态，过流、过压/欠压监测及保护模块，确保安全，以及DSP主控模块，执行核心控制算法，动态调整充电参数。

低压辅助单元：提供控制电路所需的电源，CAN通信模块，实现与BMS和车辆监控系统的通信，以及人机交互模块，如指示灯，显示充电状态。

直流输出端口：直接连接到电池，提供精确控制的充电电流和电压。

source: On-Board Chargers | Allegro MicroSystems

基于这样的组成，OBC可以实现将交流电转换为直流电，适应电池的充电需求，也可以实现将电池直流电转换为交流电，供车内或车外用电器件的供电；与BMS通信，根据电池状态智能动态调整充电策略，比如电流和电压。具体来说，OBC提供恒流或恒压充电，两者都易于操作，两者都有其优点和缺点。在恒流充电的情况下，效率高，充电速度快，但存在电池后期过度充电的风险，其使用寿命缩短。在恒压充电的情况下，存在从一开始就有过多电流流入电池的风险，这将使电池过热并再次缩短其使用寿命。通常使用这两种模式的组合。这个过程可以用下图来解释：

OBC保证最初以恒定电流充电，从而保持速度和效率，当电池两端的电压达到一定幅度时，就变为恒压充电。这个系统被称为充电策略，它是OBC最重要的功能。同时OBC集成多种保护机制，如过压、过流、短路保护，防止电池损伤，通过CAN总线与车辆其他系统交互，报告工作状态和故障信息。

DC/DC变换器将高压电池（通常300V以上）的直流电转换为12V、24V或48V等低压直流电，供车辆的低电压系统使用，如灯光、音响、电子控制单元等，几乎所有的新能源汽车都配备，功率范围通常在1KW到2.2KW之间，另外某些情况下，为了提高动力系统效率，通过Boost升压器提升逆变器输入的总线电压。

source: 用于电动汽车应用的集成多功能双向 AC/DC 和 DC/DC 转换器

4 小结

以上就简单介绍了汽车动力总成系统的几个核心组件，这些组件共同构成了电动汽车的核心动力系统，确保车辆能够高效、安全地运行。随着技术的发展，系统集成化成为趋势，大三电和小三电的组件正趋向于更高程度的集成，以减少体积、降低成本并提高效率，也就是大家常听到几合一。