Project1項(xiàng)目一電動汽車概述任務(wù)電動汽車概念與分類1電動汽車基本構(gòu)成2電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢3電動汽車概述學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)1電動汽車概念與分類1.了解電動汽車定義2.熟悉電動汽車分類電動汽車一、

電動汽車定義電動汽車是指由車載電源提供全部或部分動力，用電動機(jī)驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)等各項(xiàng)要求的汽車。電動汽車的車載電源一般采用高效充電電池或燃料電池，其驅(qū)動電動機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動機(jī)，動力蓄電池或燃料電池相當(dāng)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的油箱，是涉及機(jī)械、電子、電力、微機(jī)控制等多學(xué)科的高科技技術(shù)產(chǎn)品。二、

電動汽車分類動力電池純電動汽車(BEV)混合動力電動汽車(HEV)燃料電池電動汽車(FCEV)123純電動汽車(BEV)是由電動機(jī)驅(qū)動的汽車。純電動汽車(BEV)不再需要內(nèi)燃機(jī)，驅(qū)動電動機(jī)相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動機(jī)，動力蓄電池相當(dāng)于原來的油箱。代表車型有特斯拉S、北汽新能源EV200、比亞迪e6、江淮和悅、榮威E50等純電動汽車(BEV)混合動力電動汽車(HEV)

混合動力電動汽車(HEV),是指能夠至少從下述兩類車載儲能中獲得動力的汽車:一是可消耗的燃料，二是可再充電能/能量儲存裝置。按照動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV）混聯(lián)式混合動力電動汽車（CHEV）123

串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）又稱為增程式混合動力電動汽車。其主要特點(diǎn)是發(fā)動機(jī)不參與車輛驅(qū)動，當(dāng)動力蓄電池電量不足的時(shí)候，發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到動力蓄電池。雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)、寶馬i3、傳祺GA5等混合動力汽車均采用串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV）行駛系統(tǒng)的驅(qū)動力由驅(qū)動電動機(jī)及發(fā)動機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是可以單獨(dú)使用發(fā)動機(jī)或驅(qū)動電動機(jī)作為動力源，也可以同時(shí)使用驅(qū)動電動機(jī)和發(fā)動機(jī)作為動力源驅(qū)動汽車行駛。本田IMA混合動力系統(tǒng)，廣泛運(yùn)用在本土Insight、本田思域、本田雅閣（第七代）、本田飛度、本田CR-Z（如圖1-3所示）等車型混合動力電動汽車(HEV)

混合動力電動汽車(HEV),是指能夠至少從下述兩類車載儲能中獲得動力的汽車:一是可消耗的燃料，二是可再充電能/能量儲存裝置。按照動力混合程度微度混合型輕度混合型中度混合型1234重度混合型微度混合型又稱起-停混合動力汽車，電動機(jī)僅作為內(nèi)燃機(jī)的起動機(jī)或發(fā)電機(jī)使用，不具備純電動行駛模式。在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的起動電動機(jī)(一般為12V)上加裝傳動帶，形成發(fā)電-起動一體式電機(jī)(BSG)，用來控制發(fā)動機(jī)快速起動和停止。一般情況下，電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比≤5%，在城市循環(huán)工況下節(jié)油率一般為5%～10%。輕度混合型汽車中，電池、電動機(jī)功率所占的比例增大。采用集成起動電動機(jī)(ISG)，仍以發(fā)動機(jī)為主要?jiǎng)恿υ础ｋ妱訖C(jī)作為輔助動力源被安裝在發(fā)動機(jī)和變速器之間并與主動力相連，提供輔助驅(qū)動力矩，但不能單獨(dú)驅(qū)動車輛行駛。起動發(fā)動機(jī)時(shí)，被用作起動機(jī)；在減速和下坡時(shí)，進(jìn)行能量回收時(shí)，被用作發(fā)電機(jī)。一般情況下，電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為10%～15%。凱迪拉克XT528E采用90V輕混系統(tǒng)奧迪A8L搭載48V輕混系統(tǒng)中度混合型同樣采用了ISG系統(tǒng)，以發(fā)動機(jī)和/或電動機(jī)為動力源的混合動力電動汽車。與輕度混合動力電動汽車不同之處在于：采用的是高壓驅(qū)動電動機(jī)，在汽車加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，驅(qū)動電動機(jī)能夠輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛，補(bǔ)充發(fā)動機(jī)本身動力輸出的不足，提高整車性能。一般情況下，驅(qū)動電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比為15%～40%，在城市循環(huán)工況下節(jié)油率可以達(dá)到20%～30%。如：本田Insight、Accord和Civic。本田InsightCivic混合動力汽車重度混合型以發(fā)動機(jī)和/或驅(qū)動電動機(jī)為動力源，且驅(qū)動電動機(jī)可以獨(dú)立驅(qū)動車輛行駛。通常采用大容量動力蓄電池和272～650V的高壓驅(qū)動電機(jī)，同時(shí)還具有動力切換裝置，用于發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電動機(jī)各自動力的耦合和分離。一般情況下，驅(qū)動電動機(jī)的峰值功率和發(fā)動機(jī)的額定功率比＞40％，在城市循環(huán)工況下節(jié)油率可以達(dá)到30%～50%。燃料電池電動汽車(FCEV),又稱燃料電池汽車,是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經(jīng)重整所得到的高含氫重整氣。與通常的純電動汽車比較，其動力方面的不同在于燃料電池電動汽車的電力來自車載燃料電池裝置，純電動汽車所用的電力來自由電網(wǎng)充電的動力蓄電池。燃料電池電動汽車(FCEV)學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)2電動汽車基本構(gòu)成1．認(rèn)知純電動汽車的主要構(gòu)成。2.解讀純電動汽車主要部件的功能。3.歸納純電動汽車的特點(diǎn)。4.概述串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式混合動力汽車主要構(gòu)成。5.區(qū)辨串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式混合動力汽車工作模式。6.歸納串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式混合動力汽車特點(diǎn)。7.概述燃料電池汽車的主要構(gòu)成。8.歸納燃料電池汽車的特點(diǎn)。一、純電動汽車（BEV）

純電動汽車（BEV）是以動力蓄電池為儲能單元，以電動機(jī)為驅(qū)動系統(tǒng)的車輛。其動力系統(tǒng)主要由動力蓄電池、驅(qū)動電動機(jī)組成，從電網(wǎng)取電或更換蓄電池獲得電力。純電動汽車（BEV）的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單，生產(chǎn)工藝相對成熟，缺點(diǎn)是充電速度慢，續(xù)駛里程短。1.純電動汽車（BEV）基本構(gòu)成純電動汽車（BEV）主要由電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、車載能源系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等部分組成典型電動汽車組成框圖電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要由整車控制器（VCU）、電機(jī)控制器（MCU）、驅(qū)動電動機(jī)和機(jī)械傳動裝置等構(gòu)成。它的功用是將存儲在動力蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時(shí)，將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入動力蓄電池。北汽EV200整車控制器整車控制器（VCU）根據(jù)駕駛員意圖發(fā)出各種指令，電機(jī)控制器（MCU）響應(yīng)并反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整驅(qū)動電動機(jī)輸出，以實(shí)現(xiàn)整車的怠速、前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等功能。（1）

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)控制器（MCU）是電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制中心，通過控制驅(qū)動電動機(jī)電流實(shí)現(xiàn)電動汽車的前進(jìn)、倒退，維持電動汽車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證能夠按照駕駛員的意愿輸出合適的電流參數(shù)。電機(jī)控制器（MCU）以絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊為核心，輔以驅(qū)動集成電路、主控集成電路。驅(qū)動電動機(jī)是由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的核心部件。應(yīng)用較多的有交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)等。北汽EV200采用永磁同步電機(jī)PMSM。它具有效率高、體積小、重量輕及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；是電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化的部件，且自身的運(yùn)行狀態(tài)等信息可以被采集到MCU；旋轉(zhuǎn)變壓器：用以檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，控制器解碼后可以獲知電機(jī)轉(zhuǎn)速；溫度傳感器：用以檢測電機(jī)的繞組溫度，控制器可以保護(hù)電機(jī)避免過熱。機(jī)械傳動裝置將驅(qū)動電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動軸，從而帶動汽車車輪行駛。由于驅(qū)動電動機(jī)本身具有較好的調(diào)速特性，其變速機(jī)構(gòu)被大大簡化。同時(shí)，驅(qū)動電動機(jī)可帶負(fù)載直接起動，省去了內(nèi)燃機(jī)汽車的離合器；驅(qū)動電動機(jī)可以容易地實(shí)現(xiàn)正反向旋轉(zhuǎn)，無須通過變速器中的倒擋齒輪組來實(shí)現(xiàn)倒車車載能源系統(tǒng)主要由動力蓄電池、能量管理系統(tǒng)（BMS）、充電系統(tǒng)等組成。它的功用是向驅(qū)動電動機(jī)提供驅(qū)動電能、監(jiān)測電源使用情況以及控制充電機(jī)向動力蓄電池充電。（2）車載能源系統(tǒng)

動力蓄電池由若干單體蓄電池通過串聯(lián)和/或并聯(lián)構(gòu)成蓄電池模塊，再由若干蓄電池模塊經(jīng)過串聯(lián)和/或并聯(lián)構(gòu)成動力蓄電池組。動力蓄電池放置在一個(gè)密封并且屏蔽的電池箱里面，使用可靠的高低壓接插件與整車進(jìn)行連接。電池箱體的作用為承載并保護(hù)動力蓄電池組及其內(nèi)部的電氣元件需要具有較高的強(qiáng)度和剛度并且防塵防水，其防護(hù)等級為IP67。北汽EV200動力蓄電池組（3P91S）

電池管理系統(tǒng)（BMS）是動力蓄電池保護(hù)和管理的核心部件。通過電壓、電流及溫度檢測等功能實(shí)現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)的過壓、欠壓、過流、過高溫和過低溫保護(hù)，繼電器控制、荷電狀態(tài)（SOC）估算、充放電管理、均衡控制、故障報(bào)警及處理、其他控制器通信功能等功能；此外電池管理系統(tǒng)（BMS）還具有高壓回路絕緣檢測功能，以及為動力電池系統(tǒng)加熱功能。北汽EV200電池管理系統(tǒng)（BMS）充電系統(tǒng)將商用交流電源轉(zhuǎn)換為動力蓄電池充電所需的高壓直流源，包括快速充電系統(tǒng)與慢速充電系統(tǒng)?？焖俪潆娤到y(tǒng)將充電樁輸出的高壓直流電源經(jīng)過快充接口、高壓控制盒連接到動力蓄電池；而慢速充電系統(tǒng)則是將交流充電樁輸出的220V工頻正弦交流電經(jīng)過車載充電機(jī)整流、濾波和升壓變成高壓直流電后再通過高壓控制盒連接到動力蓄電池。車載充電機(jī)固定安裝在電動汽車上，具有為電動汽車動力蓄電池安全、自動充滿電的能力。輔助系統(tǒng)主要包括輔助動力源、空調(diào)器、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、刮水器、照明和除霜裝置、冷卻系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等。輔助動力源主要由DC/DC轉(zhuǎn)換器和輔助電源組成，其功用是向動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)器及其他輔助設(shè)備提供動力。在傳統(tǒng)汽車上，制動系統(tǒng)真空助力器所需要的真空度來自于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管，這在電動車上無法實(shí)現(xiàn)，因此需要配備電動真空泵。（3）輔助系統(tǒng)2.純電動汽車（BEV）基本構(gòu)成純電動汽車高壓部件主要包括動力蓄電池、驅(qū)動電動機(jī)、電機(jī)控制器、空調(diào)壓縮機(jī)、PTC本體、DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電機(jī)等，各高壓部件均經(jīng)過高壓控制盒與動力電池連接。二、混合動力電動汽車（HEV）串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電動機(jī)和動力蓄電池四個(gè)主要部件組成。動力蓄電池的電能通過電機(jī)控制器直接輸送到驅(qū)動電動機(jī)，驅(qū)動電動機(jī)直接與驅(qū)動橋相連并由它產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動汽車行駛。當(dāng)動力蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC）下降到預(yù)定值時(shí)，發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，向動力蓄電池充電，增加續(xù)駛里程，但發(fā)動機(jī)僅用于發(fā)電，不直接參與車輛驅(qū)動。并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV）主要由發(fā)動機(jī)、動力耦合器、驅(qū)動電機(jī)和動力蓄電池四個(gè)主要部件組成。發(fā)動機(jī)和電動機(jī)都能單獨(dú)驅(qū)動車輪，也可以同時(shí)工作，共同驅(qū)動車輛行駛。當(dāng)動力電池的荷電狀態(tài)（SOC）下降到預(yù)定值時(shí)，發(fā)動機(jī)能夠帶動電動機(jī)反轉(zhuǎn)，這時(shí)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)為動力電池充電。這種結(jié)構(gòu)的混合動力汽車（PHEV）連接方式簡單，更接近傳統(tǒng)汽車，只需要增加一套電驅(qū)動系統(tǒng)，可以降低成本混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，主要由發(fā)動機(jī)、動力分配裝置、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)和動力蓄電池四個(gè)主要部件組成?；炻?lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是:在汽車低速行駛時(shí)，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí)，驅(qū)動系統(tǒng)則以并聯(lián)工作方式為主。動力電池系統(tǒng)Project2項(xiàng)目二動力蓄電池系統(tǒng)目錄動力蓄電池概述1動力蓄電池組結(jié)構(gòu)組成2蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）3動力蓄電池系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解動力蓄電池的定義、分類及技術(shù)參數(shù)。2.掌握動力蓄電池結(jié)構(gòu)與原理。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19596-2017《電動汽車術(shù)語》中動力蓄電池(tractionbattery)的定義為：為電動汽車動力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。Power一、動力蓄電池的定義、分類及技術(shù)參數(shù)分類動力蓄電池化學(xué)電池物理電池生物電池123化學(xué)電池：是利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的電池，如鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。1234按工作性質(zhì)原電池蓄電池燃料電池儲備電池12345按電解質(zhì)堿性電池有機(jī)電解質(zhì)電池酸性電池中性電池固體電解質(zhì)電池1234按正負(fù)極材料鎳鎘鎳氫電池鋰電池鋅錳電池鉛酸電池鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池成本低且技術(shù)成熟，目前大約95％的四輪低速電動車都在使用鉛酸電池。鎳氫電池是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型蓄電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由儲氫合金制成，是一種堿性蓄電池。豐田普銳斯用鎳氫動力蓄電池組優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率性能好電池的熱效應(yīng)明顯低溫性能好電池比能量較低循環(huán)壽命高標(biāo)稱電壓低無污染高溫充電性能差耐過充過放自放電大應(yīng)用等比較成熟材料成本高管理系統(tǒng)相對簡單具有較高的回收價(jià)值鎳氫電池的特點(diǎn)鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。鋰離子蓄電池具有工作電壓高、比能量高、循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在電動汽車中。鋰離子動力蓄電池組優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)高能量密度安全性問題工作電壓高低溫性能差，內(nèi)阻大自放電低過放電能力差充電效率高過充電能力差儲存和循環(huán)壽命長管理系統(tǒng)復(fù)雜無記憶效應(yīng)工作溫度范圍廣環(huán)境污染低鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池磷酸鐵鋰電池01三元鋰電池02鋰離子蓄電池的負(fù)極是儲鋰材料，電解質(zhì)是鋰鹽的有機(jī)溶液或聚合物，正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。目前，車用鋰電池正極主要選用磷酸鐵鋰和三元兩種材料。磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，具有循環(huán)壽命（100%DOD）達(dá)到800次以上、使用安全、可大電流快速放電、熱穩(wěn)定性好、金屬資源豐富、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)。北汽新能源EV160用磷酸鐵鋰電池EV160磷酸鐵鋰電池BYDE5“鐵電池”曾經(jīng)是比亞迪新能源汽車的一大標(biāo)簽。磷酸鐵鋰電池曾靠著更長的充放壽命和更好的安全性成功占領(lǐng)了市場的主流。但是磷酸鐵鋰電池有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：能量密度低。比亞迪表示，從2018年起乘用車都將使用三元電池。三元鋰電池正極使用鎳鈷錳酸鋰三元材料，具有能量密度大、單體電壓高、循環(huán)使用壽命（100%DOD）高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。北汽新能源EV200用三元鋰電池燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。理論熱效率100%電化學(xué)反應(yīng)清潔比能量高噪聲低日本本土已經(jīng)能見到已經(jīng)上牌的Mirai氫燃料電池基本原理：把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)（鉑）發(fā)生反應(yīng)后，放出的電子通過外部負(fù)載到達(dá)陽極。燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%～80%物理電池：是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。保時(shí)捷911GT3及保時(shí)捷918Spyder混合動力跑車均在兩前輪處安裝有飛輪電池，用于制動能量回收再利用。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速上升時(shí)電池為儲能狀態(tài)，轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電池為功能狀態(tài)。

超級電容功率密度極高，可達(dá)300W/kg-500W/kg，是普通電池的5-10倍，不過其內(nèi)阻較大，不能用于交流電路。2010年上海世博會時(shí)，61輛超級電容公交投入運(yùn)營。充電時(shí)間很短，僅需幾十秒，但續(xù)航里程也僅能維持3-5公里，因此距走入百姓家庭還有不小差距。生物電池：是利用生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。太陽能誘導(dǎo)的直接使用生物質(zhì)發(fā)電的生物電池如圖所示。這種生物電池依賴于POM催化劑(小瓶中所示)，當(dāng)與光發(fā)生反應(yīng)，它改變了顏色。SONY公司在2011年年底于東京舉行的環(huán)保用品展上拿出了一種新的電池樣品，利用纖維素酶使紙中的纖維素轉(zhuǎn)換為葡萄糖，然后再使葡萄糖氧化發(fā)電。該電池所產(chǎn)生的動力可供一臺小風(fēng)扇使用。由于技術(shù)條件的制約，生物燃料電池的研究和使用還處于不成熟階段,電池的輸出功率小、使用壽命短，遠(yuǎn)沒有達(dá)到全面推廣的時(shí)期。電池技術(shù)參數(shù)電池電壓1電池容量2放電制度4電池荷電狀態(tài)3能量5功率6電池電壓理論電壓01開路電壓02標(biāo)稱電壓03放電終止電壓04電池兩個(gè)電極之間的電位差，稱為電池的電壓。電池的容量是指電池在一定放電條件下所能放出的電量，常以符號C來表示，常用單位為安培·小時(shí)（A·h）電池容量理論容量01標(biāo)稱容量02額定容量03實(shí)際容量04電池荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)是蓄電池放電后剩余容量與電池額定容量的百分比。SOC=Qr/Qn電池額定容量電池剩余容量相對量，取值為0≤SOC≤100%放電制度是表示蓄電池放電狀態(tài)的參數(shù)。放電制度放電速度01放電溫度02終止電壓03電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，通常用瓦時(shí)（W·h）表示。電池的能量反映了電池做功能力的大小，也是電池放電過程中能量轉(zhuǎn)換的量度。對于電動汽車來說，電池的能量大小直接影響電動汽車的行駛距離。電池能量理論能量01實(shí)際能量02比能量03

各類動力蓄電池的體積比能量和質(zhì)量比能量在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量，稱為電池的功率，單位為W或KW。單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，稱為比功率，單位為W/kg或W/L。比功率的大小表征電池所承受的工作電流的大小，是體現(xiàn)電池性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。比能量高的動力蓄電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長時(shí)間工作，續(xù)航里程長。而比功率高的動力蓄電池就像兔子，速度快，可以提供很高的瞬間電流，以保證加速性能。E150EV動力蓄電池系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)零部件號E00008217額定電壓320V電芯容量66Ah額定能量21.12kWh連接方式1P100S電池系統(tǒng)供應(yīng)商PPST電芯供應(yīng)商ATLBMS供應(yīng)商億能總質(zhì)量278kg總體積168L工作電壓范圍220～400V能量密度76Wh/kg體積比能量125Wh/L參數(shù)名稱鉛酸電池鎳氫電池鋰電池單體電池電壓(V)21.23.2-3.7比能量(W·h/kg)30-5060-9070-160循環(huán)壽命（100％DOD）≥300次≥400次≥600次放電率(%/月)520-356-8快速充電能力一般較好好耐過充能力一般強(qiáng)差記憶效應(yīng)無無無環(huán)境污染嚴(yán)重微小微小使用溫度范圍(℃)-20—+50-20—+50-20—+55價(jià)格(元/(W·h))<12-72-7項(xiàng)目鈷酸鋰錳酸鋰三元鋰磷酸鐵鋰電壓（V）3.6-3.73.6-3.73.6-3.73.2-3.3比能量（W·h/kg）>150>100>140>70循環(huán)壽命（100%DOD）>600>600>600>800安全性低較高較高高熱穩(wěn)定性不穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定穩(wěn)定過渡金屬資源貧乏較豐富較豐富豐富原料成本昂貴較低較低低各種動力蓄電池的循環(huán)壽命主要車型電池配置車型電池類型比亞迪E6磷酸鐵鋰電池江淮和悅北汽EV160榮威E50金龍海格公交車比亞迪K9公交車磷酸鐵鋰電池宇通公交車眾泰5008EV北汽EV200三元鋰電池特斯拉S

1.鋰離子2.鋰聚合物

堿性電池鎳鎘電池鎳氫電池燃料電池1.質(zhì)子交換膜2.直接甲醇鋰電池鉛酸電池1.閥控式研發(fā)中……二、動力蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理1.鎳氫電池鎳氫電池正極負(fù)極隔膜電解液外殼接枝聚丙烯KOH為主的水溶液塑料、金屬負(fù)極柱安全閥正極柱絕緣墊正極板電池殼隔膜負(fù)極板方形鎳氫電池結(jié)構(gòu)部件功能正、負(fù)極柱分別用于連接正、負(fù)極板，是電池與外電路的連接點(diǎn)。安全閥用于完成電池的密封，當(dāng)電池內(nèi)部壓力過大時(shí)安全閥開啟，釋放氣體，降低電池內(nèi)部壓力,提高電池安全性。電池殼電池反應(yīng)的容器，同時(shí)完成電池的密封。絕緣墊實(shí)現(xiàn)電池極柱與電池殼體之間的絕緣。正、負(fù)電極電池反應(yīng)的主體，電池的能量儲存在正、負(fù)電極。隔膜隔離正、負(fù)電極，儲存電解液，提供離子通道，阻隔電池內(nèi)部正負(fù)電極之間電子的通道。密封圈負(fù)極殼頂蓋安全閥隔膜正極負(fù)極圓柱形鎳氫電池結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中，由于活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，電極會發(fā)生膨脹，圓柱形電池的耐壓程度要遠(yuǎn)高于方形電池，所以一般圓柱形電池的安全閥開啟壓力要比方形電池高得多。方形電池在應(yīng)用中容易發(fā)生膨脹，組合應(yīng)用時(shí)需要采取防膨脹措施。鎳氫電池的總反應(yīng)是：理論電壓：U=φ(+)-φ(-)負(fù)極電位正極電位計(jì)算得：U=0.390-(-0.928)=1.318(V)充電正極充電負(fù)極正極上的Ni(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镹iOOH。在負(fù)極，析出的氫原子吸附在儲氫合金表面，形成吸附態(tài)氫原子，然后再擴(kuò)散到儲氫合金內(nèi)部，形成金屬氫化物MH。充電原理過充電正極過充電負(fù)極過充電時(shí)，正極上會析出氧，然后擴(kuò)散到負(fù)極上去極化反應(yīng)，生成

離子。

充電原理放電放電鎳氫電池放電時(shí)，NiOOH得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，金屬氫化物內(nèi)部的氫原子擴(kuò)散到表面形成吸附態(tài)的氫原子，再發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)生成水。放電原理過放電正極過放電負(fù)極過放電時(shí)，正極活性物質(zhì)中的NiOOH已經(jīng)消耗完了，這時(shí)正極上會發(fā)生水分子被還原成OH-和氫氣。負(fù)極上由于儲氫合金的催化作用，使OH-與氫氣反應(yīng)又生成水。

放電原理反應(yīng)原理：只有質(zhì)子在正極、負(fù)極間轉(zhuǎn)移，水參與正負(fù)極的單電極反應(yīng)，但在整個(gè)反應(yīng)過程中，不存在水的消耗，所以可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。鎳氫電池中的析氫、析氧反應(yīng)是由與電極電勢有關(guān)的熱力學(xué)參數(shù)決定的，下圖是鎳氫電池中氣體析出和消除與電極電勢的關(guān)系。2.鋰電池鋰電池分類按正極材料按電解質(zhì)電池形狀封裝外殼鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰聚合物、液態(tài)電解質(zhì)方形、圓柱形、軟包塑料、金屬斷電防爆結(jié)構(gòu)蓋帽（正極端）正極極耳外殼（負(fù)極端）頂隔圈負(fù)極極耳正極底部隔圈負(fù)極隔膜紙密封圈正極端負(fù)極端密封圈鋁殼隔膜紙負(fù)極正極隔圈基本組成鋰電池負(fù)極正極電解液隔膜安全閥含鋰鹽的有機(jī)溶液微孔聚丙烯和微孔聚乙烯防爆半球面鋁膜正極基體材料為鋁箔負(fù)極基體材料為銅箔負(fù)極材料多為鋰離子嵌入碳化合物，有PC（石油焦）、MCMB(中間相碳微球)、CF（碳纖維）、石墨、LiXC6（鋰-碳層間化合物）、Li3TiO3（鈦酸鋰）等；為提高電池的輸出電流，采用薄電極設(shè)計(jì)，負(fù)極基體材料（負(fù)極集流體）為銅箔。負(fù)極基體材料過充和過放都會損壞負(fù)極材料，鼓包和負(fù)極晶格塌落，枝晶刺破隔膜導(dǎo)致短路。正極材料采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2（鈷酸鋰）、LiXMnO2（錳酸鋰）、LiFePO4（磷酸鐵鋰）、Li(NiCoMn)O2（鎳鈷錳酸鋰）三元材料等；通常正極基體材料（正極集流體）為鋁箔。正極基體材料電解質(zhì)是含鋰鹽的有機(jī)溶液，為離子運(yùn)動提供運(yùn)輸介質(zhì)，一般用LiPF6（六氟磷酸鋰）、LiAsF6（六氟合砷酸鋰）等的混合溶液，形態(tài)有液體、膠體和固體。鋰電池電解液隔膜通常使用微孔聚丙烯和微孔聚乙烯或者二者的復(fù)合膜，孔徑一般在0.03~0.12um。允許鋰離子Li+往返通過，阻止電子e-通過，在正負(fù)極之間起絕緣作用，隔膜被稱為電池第三極。微觀隔膜宏觀隔膜隔膜：熱失控防護(hù)；影響電池內(nèi)阻、容量、循環(huán)性能，充放電電流密度。隔膜主要性能要求厚度均勻性：縱向、橫向力學(xué)性能：抗穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度透過性能

：透氣度、孔隙度理化性能：潤濕性和潤濕速度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、安全保護(hù)性能溫度性能：閉孔溫度、破膜溫度圓柱形鋰離子電池安全閥主要由上蓋帽、PTC過流保護(hù)片、防爆半球面鋁膜、下底板等組成。下底板一端與電池正極極耳焊接連接，是正極片與外部連接的過渡，另一端與防爆半球面鋁膜點(diǎn)焊連接。上蓋帽PTC過流保護(hù)片防爆半球面鋁膜密封圈下底板安全閥結(jié)構(gòu)圖無論何種類型的鋰離子電池，其基本工作原理是一樣的，鋰離子電池實(shí)際上是一種“濃差電池”

。鋰離子電池工作原理圖(a)充電過程(b)放電過程負(fù)極正極隔膜負(fù)極正極隔膜鋰離子電解液鋰離子電解液充電器負(fù)載電流電流充電時(shí)，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，保持負(fù)極的電平衡。正極負(fù)極總反應(yīng)放電時(shí)，Li+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極，正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。負(fù)極正極總反應(yīng)在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層間距變化，像搖椅一樣，又叫“搖椅”電池。典型的鋰離子電池充放電示意圖搖椅電池在循環(huán)過程中，正極材料是提供鋰離子的源泉。LiCoO2/C電池充電時(shí)鋰離子從LiCoO2脫出，嵌入石墨層間的反應(yīng)過程，放電時(shí)與之相反。電池反應(yīng)過程中無電解液的消耗，也無氣體等產(chǎn)生，僅為鋰在正負(fù)極之間移動，所以電池可以做成完全密封電池。另外，在正常條件下，電池充放電過程中無副反應(yīng)發(fā)生，所以鋰離子電池的充電效率可以達(dá)到很高，甚至100%。目錄動力蓄電池概述1動力蓄電池組結(jié)構(gòu)組成2蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電芯的型號規(guī)格。2.掌握電池組的組合方式。3.熟悉電池的并聯(lián)數(shù)量與串聯(lián)數(shù)量的選用流程。4.熟悉動力蓄電池組常用系統(tǒng)技術(shù)。在電池成組時(shí)，一般把未組裝的電池叫做電芯或電池單體，而把連接上PCM板、有充放控制等功能的成品電池叫做電池。電芯的電壓在5V之內(nèi)，容量一般在2~200Ah范圍內(nèi)。成組單節(jié)18650電池特斯拉約7000節(jié)電池一、動力蓄電池成組（PACK）概述根據(jù)IEC61960-2011(鋰離子電池電性能標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定，電池單體應(yīng)按照A1A2A3N1N2N3命名。對于方形電芯，如ICP383450型號，就是指實(shí)體部分厚3.8mm、寬34mm、高度（長度）50mm的方形鋰離子電芯。3.8mm34mm50mmICP383450型號對于圓柱形電芯，如ICR18650型號，就是指直徑18mm、高度65mm的通用18650圓柱形鋰離子電芯。目前我國主流動力鋰電池主要以18650圓柱為主。65mmφ18mm

ICR18650型號2017年1月，特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始量產(chǎn)，這是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。由于單體電池的電壓和容量較低，不能滿足電動汽車高電壓、大電流放電的實(shí)際需要。單節(jié)18650鋰離子電池一般情況下，將單體電池通過串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電池模塊，再將多個(gè)電池模塊通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式組合成動力蓄電池組使用，滿足電動汽車對電壓和電流的需要。n個(gè)電池通過串聯(lián)構(gòu)成電池模塊（簡稱nS）時(shí)，電池模塊的電壓為單體電池電壓的n倍，而電池模塊的容量為單體電池的容量。電池串聯(lián)示意圖電池并聯(lián)方式通常用于滿足大電流的工作需要。m個(gè)單體電池通過并聯(lián)構(gòu)成電池模塊（簡稱mP）時(shí)，電池模塊的容量為單體電池容量的m倍，電池模塊的標(biāo)稱電壓為單體電池的標(biāo)稱電壓。電池并聯(lián)示意圖串并結(jié)合能夠滿足電池模塊既提供高電壓又要有大電流放電的工作條件?！跋却蟛ⅰ边€是“先并后串”取決于電池的實(shí)際需求，通常情況下電池并聯(lián)的工作可靠性高于串聯(lián)。電池串并結(jié)合示意圖在實(shí)際應(yīng)用中，需要把單體電池進(jìn)行串并聯(lián)，以滿足車輛的實(shí)際需求。動力蓄電池從單體到并聯(lián)串聯(lián)成組、成包的過程稱為PACK。特斯拉電池組內(nèi)部的16個(gè)電池包（85kWh）每個(gè)車型具有不同的技術(shù)要求，因此需要根據(jù)具體車型適配不同容量的電池組，進(jìn)而確定串并聯(lián)形式和電芯規(guī)格等。特斯拉北汽新能源EV200成組技術(shù)從分析整車質(zhì)量、動力性能、充放電要求、續(xù)航里程等技術(shù)指標(biāo)開始，選擇電芯、設(shè)計(jì)并聯(lián)電芯數(shù)量、串聯(lián)電池?cái)?shù)量，設(shè)計(jì)電池模組包裝方式、模組在電池箱內(nèi)布置方式、模組與電池箱體固定方式，電池電芯以及模組電極間的電連接方式；高壓主回路控制方式、絕緣監(jiān)測方式、主電路各個(gè)繼電器主觸點(diǎn)開閉狀態(tài)監(jiān)測方式，母線電流監(jiān)測方式，每個(gè)電芯電壓和溫度巡檢方式等，以及由此帶來的蓄電池管理系統(tǒng)的硬件布置等一系列任務(wù)。設(shè)計(jì)要求：最高車速及持續(xù)時(shí)間；加速時(shí)間；整車質(zhì)量kg、滿載質(zhì)量；最大爬坡度；迎風(fēng)面積、┄┄風(fēng)阻、輪胎變形阻力、坡道阻力、加速時(shí)驅(qū)動力計(jì)算出電機(jī)驅(qū)動力、額定功率、最大功率動力蓄電池最大功率以及容量。（瞬時(shí)功率、Ah、V）選擇電芯材料、規(guī)格，并聯(lián)電芯數(shù)和串聯(lián)電池組數(shù)整備質(zhì)量(kg)1295最大爬坡度(％)≥25最高車速(km/h)1250-50km/h加速時(shí)間(s)4.70-80km/h加速時(shí)間(s)9.7EV200整車技術(shù)參數(shù)表根據(jù)車輛的整車技術(shù)參數(shù)，計(jì)算出所需電機(jī)的額定功率、額定扭矩等。EV200電機(jī)技術(shù)參數(shù)表驅(qū)動電機(jī)功率（額定/峰值）（kW）30/53扭矩（額定/峰值）（N?m）102/180北汽新能源汽車EV200選用韓國SK品牌的三元鋰電池，通過3個(gè)軟包單體電芯并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電池模塊，然后通過91個(gè)電池模塊串聯(lián)構(gòu)成整車動力蓄電池組（簡稱為3P91S）。電池系統(tǒng)選擇參數(shù)表電池系統(tǒng)電池品牌SK電池材料三元鋰電池電芯容量NCM/Gr.30.5Ah電池容量(3p)91.5Ah電芯工作電壓范圍3.0—4.15V電芯的額定電壓3.65V電池包額定電壓332（3.65x91)電壓范圍270—377總電量(kWh)30.4電池系統(tǒng)循環(huán)壽命(90%DOD)≥3000工況續(xù)航里程（NEDC）200等速續(xù)航里程（60km/h）245百公里耗電量(kWh/100km)：15

蓄電池管理系統(tǒng)動力蓄電池模組動力蓄電池箱正負(fù)母線接觸器和預(yù)充接觸器盒維修開關(guān)EV200動力蓄電池包動力蓄電池成組（PACK）是將各單體電池進(jìn)行串并聯(lián)與保護(hù)控制板、充放電端口及外殼等組裝在一起。成組要求安全性密封性散熱性減震性結(jié)構(gòu)布局充放電、電子元器件CR泡棉大電流布局、結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗潮濕、雨淋阻燃材料電芯制造工藝流程成組一般工藝流程動力蓄電池箱體底板采用鋼板沖壓或鑄鋁制成，上蓋采用玻璃鋼成型。電池箱底板和上蓋結(jié)合處通常有密封膠條，并且打上密封膠，保證防塵防水（IP67）。箱體線束接插件插座在箱體上結(jié)合處也有橡膠墊密封。接插件插針、插孔也有密封膠灌注。我們在維修時(shí)要注意保護(hù)密封件，擰緊螺栓時(shí)注意擰緊順序和扭矩，保證密封可靠。PACK安全性可靠性成本壽命能量密度熱管理機(jī)械設(shè)計(jì)電化學(xué)材料生產(chǎn)工藝工裝設(shè)備仿真設(shè)備檢測評價(jià)一致性控制蓄電池管理系統(tǒng)二、動力蓄電池組系統(tǒng)技術(shù)電池成組系統(tǒng)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)將眾多單體電池通過串并聯(lián)的連接起來，并考慮系統(tǒng)機(jī)械強(qiáng)度、熱管理、蓄電池管理系統(tǒng)匹配等問題。電池成組作為動力蓄電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，是連接上游電池生產(chǎn)與下游整車運(yùn)用的核心環(huán)節(jié)，需要大量成熟技術(shù)的相互交叉與協(xié)作，其主要運(yùn)用的動力蓄電池組系統(tǒng)技術(shù)包括電池分選技術(shù)、電池組均衡控制策略等。確保電池組內(nèi)各單體電池的一致性，是電池在動力蓄電池系統(tǒng)上可靠應(yīng)用和保證電池特性充分發(fā)揮的關(guān)鍵所在。電池不一致性擴(kuò)散示意圖提高電池的生產(chǎn)制造工藝和技術(shù)水平是提升電池本身及成組應(yīng)用性能的根本。在已有的技術(shù)水平下，通過配組時(shí)電池的分選降低電池的初始不一致性、通過使用過程中的檢測和控制減緩不一致性的擴(kuò)散是改善電池成組應(yīng)用特性、提高動力蓄電池使用效率和電動汽車行駛特性的有效手段。1基于性能參數(shù)的分選技術(shù)2基于動態(tài)特性的分選技術(shù)3數(shù)值方法（1）基于性能參數(shù)的分選技術(shù)

電池成組應(yīng)用時(shí)，通過電池分選可以提高成組電池的初始一致性。目前，生產(chǎn)廠家主要依據(jù)容量、內(nèi)阻、電壓和自放電率等參數(shù)進(jìn)行電池分選配組，相應(yīng)的有靜態(tài)容量配組法、內(nèi)阻配組法、電壓配組法和自放電率配組法。以鋰離子電池為例，一般分選條件為：0.2C放電率下容量差不大于3％，內(nèi)阻差、平均放電電壓差、自放電率差不大于5%。由于考慮因素單一，這類方法準(zhǔn)確度較差。（2）基于動態(tài)特性的分選技術(shù)電池的充放電曲線直接表達(dá)了電池端電壓、電流隨時(shí)間的變化，還能反映充放電過程中電池內(nèi)阻、表面溫升等指標(biāo)對時(shí)間的變化，集中體現(xiàn)了電池容量、內(nèi)阻、表面溫升、充放電電壓平臺、極化程度、壽命等參數(shù)?；趩误w電池的充放電特性曲線對電池進(jìn)行分選，可以綜合考慮各種因素，大大提高成組電池的初始一致性。目前，主要采用的有閾值法、輪廓法、面積法、數(shù)字濾波法和斜率法等。（3）數(shù)值方法基于模糊決策和數(shù)據(jù)融合理論的分選算法在鎳氫電池的分選中應(yīng)用，取得了良好的效果。電池參數(shù)融合分類法、聚類方法也應(yīng)用到鋰離子電池的分選中。聚類是將一個(gè)數(shù)據(jù)集劃分為若干個(gè)子集的過程，同一子集的數(shù)據(jù)對象具有較高的相似度，不同子集中的對象不相似，基于數(shù)據(jù)對象的屬性取值確定相似度。動力蓄電池組系統(tǒng)技術(shù)均衡控制電池組的主要方法：1并行平衡充電2并聯(lián)開關(guān)法3能量轉(zhuǎn)移法4電阻并聯(lián)均衡方案（1）并行平衡充電

這種方法電池組中每個(gè)單體電池都有獨(dú)立的充電線路，實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體電池的獨(dú)立充電而互不干擾，但這種方法接線復(fù)雜且成本較高。（2）并聯(lián)開關(guān)法

這種方法是在充電回路中，每個(gè)電池單體都并聯(lián)一個(gè)受控開關(guān)，當(dāng)每節(jié)電池電壓高于其它電池時(shí)，對應(yīng)的開關(guān)閉合使該節(jié)電池暫停充電，當(dāng)其它電池電壓與它相同時(shí)才斷開開關(guān)，恢復(fù)正常充電。此種方法控制電路復(fù)雜且可靠性不高。（3）能量轉(zhuǎn)移法

這種方法主要通過利用電感或電容儲能元件，將各單體電池上的電量進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這種均衡方案中，均衡模塊通過繼電器或開關(guān)管組成的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與電池組并聯(lián)。不同的是采用電感的能量轉(zhuǎn)移方案通過總充電電流的分流而實(shí)現(xiàn)，采用電容的能量轉(zhuǎn)移方案通過開關(guān)切換將相鄰兩節(jié)電池中能量較高的一節(jié)向能量較低的轉(zhuǎn)移。能量轉(zhuǎn)移均衡法不額外消耗能量，是一種無損均衡方案。但這種均衡方案電路中采用的開關(guān)管一般都是大功率器件，存在驅(qū)動問題，同時(shí)控制電路也較為復(fù)雜。（4）電阻并聯(lián)均衡方案這種均衡方案是一種能耗型均衡方案。具體實(shí)施方法是在每個(gè)電池單體都并聯(lián)一個(gè)電阻，通過電池組內(nèi)單體電池的自消耗放電來達(dá)到電池組電壓的一致性。這種方法受于均衡電阻發(fā)熱的限制，一般均衡電流較小，充電電流較大時(shí)難以達(dá)到預(yù)期的均衡效果。目錄動力蓄電池概述1動力蓄電池組結(jié)構(gòu)組成2蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）3學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握蓄電池管理系統(tǒng)的定義和基本功能。2.掌握動力蓄電池荷電狀態(tài)估算。3.掌握蓄電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)組成。4.了解蓄電池管理系統(tǒng)的工作模式。5.了解蓄電池管理系統(tǒng)的熱管理。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19596-2017《電動汽車術(shù)語》中蓄電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem,BMS)的定義為：可以控制蓄電池輸入和輸出功率，監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)），為蓄電池提供通訊接口的系統(tǒng)。一、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）定義蓄電池管理系統(tǒng)作為電池和整車控制器VCU以及駕駛者溝通的橋梁，通過控制接觸器控制動力蓄電池組的充放電，并向整車控制器上報(bào)動力蓄電池系統(tǒng)的基本參數(shù)及故障信息。蓄電池管理系統(tǒng)不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長電池的使用壽命，是電池保護(hù)和管理的核心部件。電池荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)是蓄電池放電后剩余容量與電池額定容量的百分比。SOC=Qr/Qn電池額定容量電池剩余容量相對量，取值為0≤SOC≤100%SOC估算對于蓄電池管理系統(tǒng)來說非常重要，它不僅是反映過充或過放的主要依據(jù)，還一定程度上把握著電池的健康信息。動力蓄電池內(nèi)部的高度非線性以及電池組內(nèi)部的不一致性決定了SOC估算的巨大難度。對于蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）的研究現(xiàn)狀而言，準(zhǔn)確地估算電池的SOC數(shù)值是當(dāng)前蓄電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)之一；對于電動汽車而言，準(zhǔn)確的SOC估算可以有效提高使用效率，優(yōu)化駕駛，避免電池濫用從而延長電池的使用壽命。估算方法描述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)開路電壓法通過電池的開路電壓和電池放電深度之間的相對單調(diào)、固定的對應(yīng)關(guān)系估算SOC。通過實(shí)時(shí)采樣電池放電時(shí)的端電壓，查表求SOC，方法簡單易行，可以直接比較準(zhǔn)確的得到SOC。需要大量的電池充放電試驗(yàn)來存儲足夠多的典型數(shù)據(jù)；電池需要長時(shí)間靜置，不能用于動態(tài)估算電池的SOC。安時(shí)計(jì)量法通過對電池充電或放電時(shí)的準(zhǔn)確的電流時(shí)間累計(jì)來估算電池的SOC。在有足夠的估算起始點(diǎn)可供查表使用時(shí)是一種簡單、準(zhǔn)確可靠、試用范圍廣的方法。需要較多的電池先驗(yàn)知識，電池積分因測量精度會導(dǎo)致累計(jì)誤差；對干擾比較敏感，受溫度、電池放電倍率影響較大。電阻檢測通過計(jì)算電池的內(nèi)阻來推算電池的SOC。理論簡單，易操作，只考慮電池放電電流和內(nèi)阻兩個(gè)基本因數(shù)；在電池放電后期具有較高的精度和較好的適應(yīng)性。SOC與電阻參數(shù)之間的關(guān)系復(fù)雜，對電池模型要求精確，用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法很難建模：且只適應(yīng)低SOC狀態(tài)。估算方法描述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)放電實(shí)驗(yàn)法通過對電池恒流連續(xù)放電，放電電流和放電時(shí)間的乘積即為剩余電量。方法簡單可靠，估算精度高。需要時(shí)間較長；測量時(shí)電池需處于脫機(jī)狀態(tài)，無法在線實(shí)時(shí)測量?？柭鼮V波法將電池看作動力系統(tǒng)，將SOC作為系統(tǒng)的一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估計(jì)?？梢缘玫絊OC的估計(jì)值，并給出SOC的估算誤差，在估算過程中能保持很好的精度，對噪聲具有很強(qiáng)的抑制作用。需要建立準(zhǔn)確的電池模型，計(jì)算量較大，內(nèi)部參數(shù)確定困難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法通過模擬電池的動態(tài)特性來估算電池的SOC?？焖?、方便，具有較高的精度，可以根據(jù)現(xiàn)場的工況來確定電池的SOC，使用范圍廣。精確的數(shù)學(xué)模型難以建立，需要大量的參考數(shù)據(jù)來進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)速度慢，訓(xùn)練時(shí)間長；估計(jì)誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響較大；算法復(fù)雜，對硬件要求較高。結(jié)構(gòu)形式集中式分散式集中—分散式二、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）結(jié)構(gòu)集中式蓄電池管理系統(tǒng)分散式蓄電池管理系統(tǒng)通過對每個(gè)單體電池進(jìn)行采樣、監(jiān)控和計(jì)算；1將計(jì)算或判斷的結(jié)果發(fā)送到BMS中心處理器或直接通過總線傳輸?shù)秸嚳刂葡到y(tǒng)。2集中——分散式蓄電池管理系統(tǒng)蓄電池管理系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)性質(zhì)上可分為硬件和軟件。蓄電池管理系統(tǒng)的硬件包括主控盒（BCU）、從控盒(BMU)和高壓盒等，還包括采集電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)的電子器件。北汽新能源EV160蓄電池管理系統(tǒng)實(shí)物圖北汽新能源EV160主控盒北汽新能源EV160從控盒北汽新能源EV160高壓盒北汽新能源EV160傳感器北汽新能源EV160動力蓄電池控制框圖底層軟件：架構(gòu)符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)，模塊化開發(fā)容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展和移植，提高了開發(fā)效率。應(yīng)用層軟件是蓄電池管理系統(tǒng)的控制核心，包括電池保護(hù)、電氣傷害保護(hù)、故障診斷管理、熱管理、繼電器控制、從控控制、均衡控制、SOC估計(jì)和通訊管理等模塊。工作模式下電模式準(zhǔn)備模式上電模式充電模式故障模式12345下電模式是整個(gè)系統(tǒng)的低壓與高壓處于不工作狀態(tài)的模式。所有高壓接觸器均處于斷開狀態(tài)；低壓控制電源處于不供電狀態(tài)。1-B+接觸器；2-預(yù)充接觸器；3-充電器接觸器；4-直流轉(zhuǎn)換器接觸器；5-B-接觸器蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)高壓接觸器在準(zhǔn)備模式下，系統(tǒng)所有的接觸器均處于未吸合狀態(tài)。在該模式下，系統(tǒng)可接受外界的點(diǎn)火開關(guān)、整車控制器、電動機(jī)控制器、充電插頭開關(guān)等部件發(fā)出的硬線信號或受CAN報(bào)文控制的低壓信號來驅(qū)動控制各高壓接觸器，從而使蓄電池管理系統(tǒng)進(jìn)入所需工作模式。蓄電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到點(diǎn)火開關(guān)的高壓上電信號（Key-ST信號）后，系統(tǒng)首先閉合B-接觸器，由于電動機(jī)是感性負(fù)載，為防止過大的電流沖擊，B-接觸器閉合后即閉合預(yù)充接觸器進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)；當(dāng)預(yù)充兩端電壓達(dá)到母線電壓的90%時(shí)，立即閉合B+接觸器并斷開預(yù)充接觸器進(jìn)入放電模式。蓄電池管理系統(tǒng)檢測到充電喚醒信號（ChargeWakeUp）時(shí)，系統(tǒng)即進(jìn)入充電模式。在該模式下，B-接觸器與車載充電器接觸器閉合，同時(shí)為保證低壓控制電源持續(xù)供電，直流轉(zhuǎn)換器接觸器仍需處于工作狀態(tài)。在充電模式下，系統(tǒng)不響應(yīng)點(diǎn)火開關(guān)發(fā)出的任何指令，充電插頭提供的充電喚醒信號可作為充電模式的判定依據(jù)。故障模式是控制系統(tǒng)中常出現(xiàn)的一種狀態(tài)。由于車用動力蓄電池的使用關(guān)系到用戶的人身安全，因而系統(tǒng)對于各種相應(yīng)模式總是采取"安全第一"的原則。動力蓄電池管理系統(tǒng)對于故障的響應(yīng)還需根據(jù)故障等級而定，當(dāng)其故障級別較低時(shí)，系統(tǒng)可采取報(bào)錯(cuò)或者發(fā)出報(bào)警信號的方式告知駕駛?cè)?；而?dāng)故障級別較高，甚至伴隨有危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)將采取斷開高壓接觸器的控制策略。動力蓄電池組作為電動汽車的動力能源，其充電和做功時(shí)的發(fā)熱一直阻礙著電動汽車的發(fā)展。動力蓄電池組的性能與電池溫度密切相關(guān)，40℃以上的高溫會明顯加速電池的衰老，更高的溫度（如120℃以上）則會引發(fā)電池?zé)崾Э亍Ｈ绻央姵貎?nèi)部所有的物質(zhì)（如活性物質(zhì)、正極和負(fù)極、隔板等）假定為一個(gè)具有相同特性的整體，假定電池內(nèi)部的熱傳導(dǎo)性非常好，電池內(nèi)部等溫。由于電池殼體基本不產(chǎn)生熱量，因而其溫度與電池內(nèi)部的溫度非常接近。放電前后動力蓄電池組電池溫度對照見表。可以看出，電池經(jīng)過變電流放電工況后，電池的最高溫度在35.5℃左右，相比充電前溫度升高了5.3℃。工況最高溫度（℃））最低溫度（℃））平均溫度（℃））放電前30.229.229.7放電后35.532.333.9動力蓄電池組的熱管理的工作狀態(tài)包括：電池組在充放電時(shí)會釋放一定的熱量，故需要對電池組進(jìn)行冷卻；在低溫環(huán)境下，需要對電池組進(jìn)行加熱處理，以提高運(yùn)行效率。動力蓄電池組采用熱管理的作用是：通過對動力蓄電池組冷卻或加熱，保持動力蓄電池組較佳的工作溫度，以改善其運(yùn)行效率并提高電池組的壽命。高壓動力蓄電池組的冷卻系統(tǒng)組成示意圖如圖2-54所示。冷卻系統(tǒng)組成水冷動力蓄電池組冷卻系統(tǒng)風(fēng)冷動力蓄電池組冷卻系統(tǒng)動力蓄電池系統(tǒng)Project3項(xiàng)目三驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)目錄驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述1驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2驅(qū)動電機(jī)冷卻系統(tǒng)4電機(jī)控制器構(gòu)成與功能3驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述1.掌握電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的組成；2.了解驅(qū)動電機(jī)的種類及特點(diǎn)；3.能準(zhǔn)確描述驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)各組成部分的功能；4.能正確描述驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的布置形式。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)組成電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式12

驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)主要由整車控制器、驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)控制器、機(jī)械傳動裝置和冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整車控制器（VCU）相當(dāng)于電動汽車的“大腦”，控制電動汽車的所有部件，其主要功能為識別駕駛員意圖、判斷控制模式、判別和處理整車故障，管理外圍相連驅(qū)動模塊、控制電動汽車輔助系統(tǒng)等。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述北汽EV200整車控制器架構(gòu)圖1整車控制器（VCU）（1）駕駛員意圖解釋對駕駛員操作信息及控命令進(jìn)行分析處理，加速踏板、制動踏板的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，輸入到整車控制器（VCU），VCU根據(jù)某種規(guī)則將相應(yīng)電信號轉(zhuǎn)化成驅(qū)動電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩命令。驅(qū)動電機(jī)對駕駛員操作的響應(yīng)性能取決于VCU對加速踏板電信號解釋結(jié)果,直接影響駕駛員的控制效果和操控感覺。（2）驅(qū)動控制根據(jù)駕駛員對車輛的操縱輸入(加速踏板、制動踏板以及選檔開關(guān))、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況,經(jīng)分析和處理，向電機(jī)控制器（MCU）發(fā)出相應(yīng)指令，控制驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動車輛，以滿足駕駛員對車輛驅(qū)動的動力性要求；同時(shí)根據(jù)車輛狀態(tài)，向MCU發(fā)出相應(yīng)指令，保證行駛安全性、舒適性。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述（3）制動能量回饋控制在滑行制動和剎車制動過程中，整車控制器（VCU）根據(jù)加速踏板和制動踏板開度、車輛行駛狀態(tài)信息以及動力電池的狀態(tài)信息(如SOC值)來判斷某一時(shí)刻能否進(jìn)行制動能量回饋，在滿足安全性能、制動性能以及駕駛員舒適性的前提下，回收能部分能量；包括滑行制動和剎車制動過程中的電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩控制。制動能量回收示意圖如圖所示。制動能量回收示意圖1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述

根據(jù)加速踏板和制動踏板信號，制動能量回收可以簡單的分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段：在車輛行駛過程中駕駛員松開加速踏板但沒有踩下制動踏板；第二個(gè)階段：在駕駛員踩下了制動踏板。制動能量回饋的原則如下：能量回收制動不應(yīng)該干預(yù)ABS的工作；當(dāng)ABS進(jìn)行制動力調(diào)節(jié)時(shí)，制動能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)ABS報(bào)警時(shí)，制動能量回收不應(yīng)該工作；當(dāng)電驅(qū)動系統(tǒng)具有故障時(shí)，制動能量回收不應(yīng)該工作。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述（4）整車能量優(yōu)化管理通過對電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)（BMS）、傳動系統(tǒng)以及其它車載能源動力系統(tǒng)(如空調(diào)、電動泵等)的協(xié)調(diào)和管理，提高整車能量利用效率，延長續(xù)駛里程。（5）高壓上下電控制根據(jù)駕駛員對點(diǎn)火開關(guān)的控制，進(jìn)行動力電池的高壓接觸器開關(guān)控制，以完成高壓設(shè)備的電源通斷和預(yù)充電控制。協(xié)調(diào)相關(guān)部件的上電與下電流程；包括電機(jī)控制器（MCU）、電池管理系統(tǒng)（BMS）等部件的供電，預(yù)充電繼電器、主繼電器的吸合和斷開時(shí)間等。

（6）車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示整車控制器（VCU）對車輛的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將各個(gè)子系統(tǒng)的信息發(fā)送給車載信息顯示系統(tǒng)，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其動力系統(tǒng)及相關(guān)電器附件相關(guān)各子系統(tǒng)狀態(tài)信息驅(qū)動顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息通過數(shù)字儀表顯示出來。狀態(tài)信息顯示如圖所示。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述狀態(tài)信息顯示（7）故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)視整車電控系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。根據(jù)傳感器的輸入及其他通過CAN總線通信得到電機(jī)、電池、充電機(jī)等信息，對各種故障進(jìn)行判斷、等級分類、報(bào)警顯示；存儲故障碼，供維修時(shí)查看。故障指示燈指示出故障類型和部分故障碼。在行車過程中根據(jù)故障內(nèi)容，故障診斷與處理。故障分級及處理方式見下表。等級名稱故障后處理故障列表一級致命故障緊急斷開高壓MCU直流母線過壓故障、BMS一級故障；二級嚴(yán)重故障零扭矩MCU相電流過流、IGBT、旋變等故障；電機(jī)節(jié)點(diǎn)丟失故障；檔位信號故障。三級一般故障跛行加速踏板信號故障。降功率MCU電機(jī)超速保護(hù)。限功率<7Kw跛行故障、SOC<1%、BMS單體欠壓、內(nèi)部通訊、硬件等二級故障。限速<15km/h低壓欠壓故障、制動故障。四級輕微故障儀表顯示，能量回收故障，僅停止能量回收。MCU電機(jī)系統(tǒng)溫度傳感器、直流欠壓故障；VCU硬件、DCDC異常等故障。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述（8）其他功能整車控制器（VCU）除了上述功能外，還具有充電過程控制、防溜車功能控制、電動化輔助系統(tǒng)管理、整車CAN總線網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)化管理、基于CCP的在線匹配標(biāo)定、換擋控制、遠(yuǎn)程控制等功能，其中遠(yuǎn)程控制包括遠(yuǎn)程查詢功能、遠(yuǎn)程空調(diào)控制及遠(yuǎn)程充電控制。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述驅(qū)動電機(jī)控制器（MCU）功能是接收整車控制器（VCU）的指令，將動力蓄電池的高壓直流電壓逆變成電壓、頻率、相序可調(diào)的三相交流電，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向的控制。驅(qū)動電機(jī)控制器與驅(qū)動電機(jī)須配套使用，對于三相交流電機(jī)、永磁同步電機(jī)需通過電機(jī)控制器（MCU）進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓矢量控制；對于磁阻電機(jī)則是通過控制順序脈沖頻率來進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)汽車進(jìn)行倒車行駛時(shí)，通過電機(jī)控制器（MCU）改變?nèi)嘟涣麟妷旱南嘈蚴闺妱訖C(jī)反轉(zhuǎn)來驅(qū)動車輪反向行駛。電機(jī)控制器與驅(qū)動電機(jī)連接如圖所示。

電機(jī)控制器與驅(qū)動電機(jī)連接2電機(jī)控制器（MCU）1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述當(dāng)電動汽車處于滑行制動和剎車制動過程中，電機(jī)控制器（MCU）轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳛V波器，其功能是將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電壓經(jīng)過整流、濾波和升壓后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，將電能回饋給動力蓄電池，實(shí)現(xiàn)能量回收。電機(jī)控制器（MCU）的另一個(gè)功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、母線電流、三相交流電流、動力電池電壓、高壓線束的絕緣等，電機(jī)控制器（MCU）內(nèi)含故障診斷電路。當(dāng)診斷出異常時(shí)，它將會激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，通過CAN2.0網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器，同時(shí)存儲該故障碼和數(shù)據(jù)。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述

驅(qū)動電機(jī)在電動汽車中承擔(dān)著驅(qū)動車輛和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械旋轉(zhuǎn)能；而在降速和下坡滑行時(shí)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。電驅(qū)動系統(tǒng)能量關(guān)系如圖所示。3驅(qū)動電機(jī)1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述機(jī)械傳動裝置的主要功能是將驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低、扭矩升高，以實(shí)現(xiàn)整車對驅(qū)動電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速需求。對于純電動汽車，由于電動機(jī)本身具有較好的調(diào)速特性，其變速機(jī)構(gòu)可被大大簡化，較多的是僅采用一種固定速比的減速裝置，省去了變速器、離合器等部件。當(dāng)采用輪轂式電動機(jī)分散驅(qū)動方式時(shí)，又可以省去驅(qū)動橋、機(jī)械差速器、半軸等傳動部件。北汽EV200二級主減速器如圖所示。4.機(jī)械傳動裝置北汽EV200電動汽車2級主減速器1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述按照電動汽車上驅(qū)動電機(jī)的數(shù)目不同，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式可分為單電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。1單電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)一般又分為機(jī)械驅(qū)動布置方式和電機(jī)-驅(qū)動橋組合式兩種。（1）機(jī)械驅(qū)動布置方式在保持內(nèi)燃機(jī)汽車傳動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，用驅(qū)動電機(jī)替換傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)，其驅(qū)動系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的區(qū)別很小。主要由驅(qū)動電機(jī)、離合器、變速箱、傳動軸和驅(qū)動橋等部件構(gòu)成。機(jī)械驅(qū)動布置方式二、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能有效發(fā)揮驅(qū)動電機(jī)的特點(diǎn)，不利于降低車身重量。這種驅(qū)動模式在純電動汽車上很少應(yīng)用，但由于混合動力汽車本身帶有發(fā)動機(jī)，仍然需要通過變速器對發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，所以混合動力汽車多采用機(jī)械驅(qū)動布置方式。機(jī)械驅(qū)動布置方式如圖所示。1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述（2）電機(jī)-驅(qū)動橋組合式電機(jī)-驅(qū)動橋組合式在純電動汽車中有著較為廣泛的應(yīng)用，其總體構(gòu)成是在驅(qū)動電動機(jī)端蓋的輸出軸處加裝主減速器和差速器等，驅(qū)動電機(jī)、固定速比減速器、差速器組合成一個(gè)驅(qū)動整體，通過固定速比的減速作用來放大驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。由于省掉了離合器和變速器，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)緊湊，傳動效率得到提高，同時(shí)還使整車機(jī)械系統(tǒng)的質(zhì)量和體積得到縮小，有利于整車布置，便于安裝，能夠有效地?cái)U(kuò)大汽車動力電池的布置空間和汽車的乘坐空間。但這種布置形式對驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速要求比較高，與機(jī)械驅(qū)動布置方式相比，此構(gòu)型要求驅(qū)動電機(jī)在較窄速度范圍內(nèi)能夠提供較大轉(zhuǎn)矩。按照傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動模式，可以有驅(qū)動電機(jī)前置前驅(qū)（FF）或驅(qū)動電機(jī)后置后驅(qū)（RR）兩種形式。電機(jī)-驅(qū)動橋組合式如圖所示。電機(jī)-驅(qū)動橋組合式1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述（1）電機(jī)-驅(qū)動橋整體式同電機(jī)-驅(qū)動橋組合式相比，整體式驅(qū)動系統(tǒng)更進(jìn)一步減少了動力傳動系統(tǒng)的機(jī)械傳動元件數(shù)量，因而使整個(gè)動力傳動系統(tǒng)的傳動效率進(jìn)一步提高，同時(shí)可以節(jié)省很多的空間，形成了電動汽車所獨(dú)有的驅(qū)動系統(tǒng)布置形式。它一般由兩個(gè)輪邊電機(jī)分別與兩個(gè)相同固定速比的減速器集成在一起，減速器輸出直接與兩個(gè)驅(qū)動輪鏈接，取消了機(jī)械差速器，兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)獨(dú)立控制轉(zhuǎn)速；在左右兩臺驅(qū)動電機(jī)中間安裝有電子差速器，能使電動汽車得到更好的靈活性，可以方便地引入ASR控制，通過控制車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動輪主動制動等措施，提高汽車的通過性和在復(fù)雜路況上的動力性。這種驅(qū)動模式的主要特點(diǎn)是：整體布局簡單，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、質(zhì)量小、體積小，具有良好的通用性和互換性，容易實(shí)現(xiàn)多種功能，如驅(qū)動防滑、制動力分配、防側(cè)滑等。電動機(jī)-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)在汽車上的布局也有電動機(jī)前置前驅(qū)（FF）和電動機(jī)后置后驅(qū)（RR）兩種形式。電機(jī)-驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示。電機(jī)-驅(qū)動橋整體式2多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述

多電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)一般又分為電機(jī)-驅(qū)動橋整體式和輪轂電機(jī)分散方式兩種驅(qū)動方式。（2）輪轂電機(jī)分散驅(qū)動方式輪轂電機(jī)分散式就是把驅(qū)動電機(jī)安裝在電動汽車的車輪輪轂中，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩直接帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)汽車的驅(qū)動。同傳統(tǒng)汽車相比，輪轂電機(jī)分散式電動汽車，把傳統(tǒng)汽車的機(jī)械動力傳動系統(tǒng)所占空間完全釋放出來，使動力電池、行李箱等有足夠的空間。同時(shí)，它還可以對每臺驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制，有利于提高車輛的轉(zhuǎn)向靈活性和主動安全性，可以充分利用路面的附著力，便于引進(jìn)電子控制技術(shù)。采用輪轂電機(jī)分散式的動力系統(tǒng)必須要解決的問題就是如何保證車輛行駛的方向穩(wěn)定性，同時(shí)，動電機(jī)及其減速裝置必須能夠布置在有限的輪轂空間內(nèi)，要求該驅(qū)動電機(jī)體積較小。輪轂電機(jī)分散驅(qū)動方式如圖所示。輪轂電機(jī)分散驅(qū)動方式1驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理1.了解驅(qū)動電機(jī)的種類及特點(diǎn)；2．掌握三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；3．基本了解車用三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法、驅(qū)動和制動的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)向的控制方法；4．掌握永磁同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；5．基本了解車用永磁同步電動機(jī)的調(diào)速方法、驅(qū)動和制動的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)向的控制方法。6．掌握開關(guān)磁阻電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理；7．基本了解開關(guān)磁阻電動機(jī)的調(diào)速方法；8．掌握輪轂電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電機(jī)綜述2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī)特點(diǎn)驅(qū)動電機(jī)的基本類型電機(jī)的主要性能參數(shù)1234驅(qū)動電機(jī)型號

驅(qū)動電機(jī)是電動汽車行駛的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化部件，并將自身的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給驅(qū)動電機(jī)控制器。其特性決定了車輛的主要性能指標(biāo)，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。電動汽車的驅(qū)動電機(jī)通常要求能夠頻繁地啟動/停車、加速/減速，低速或爬坡時(shí)要求高轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速，而高速行駛時(shí)則要求低轉(zhuǎn)矩、恒功率，并要求變速范圍大，因此驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有良好的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性。汽車對驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的要求如圖所示。2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理一、驅(qū)動電機(jī)綜述1.驅(qū)動電機(jī)特點(diǎn)電動汽車常用的驅(qū)動電機(jī)主要有直流電機(jī)、三相交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)與輪轂電機(jī)等。（1）直流電機(jī)直流電機(jī)具有產(chǎn)品成熟，控制方式簡單，調(diào)速優(yōu)良等特點(diǎn)，在電動汽車發(fā)展早期，很多電動汽車采用直流電動機(jī)方案。但由于其自身復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)(電刷、換向器等)，制約了瞬時(shí)過載能力和轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高；機(jī)械結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生損耗，提高了維護(hù)成本；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電刷火花會使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，浪費(fèi)能量，散熱困難，還會造成高頻電磁干擾。這些因素都會影響具體整車性能，目前的電動汽車已經(jīng)將直流電機(jī)淘汰。直流電機(jī)如圖所示。直流電機(jī)2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理2.驅(qū)動電機(jī)的基本類型（2）三相交流異步電機(jī)三相交流異步電機(jī)又稱感應(yīng)電動機(jī)，定、轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，兩端用鋁蓋封裝，定、轉(zhuǎn)子之間沒有相互接觸的機(jī)械部件，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠耐用，維修方便。交流異步電機(jī)與同功率的直流電機(jī)相比效率更高，質(zhì)量約輕了二分之一左右。如果采用矢量控制，可以獲得與直流電機(jī)相媲美的可控性和更寬的調(diào)速范圍。由于有著效率高、比功率較大、適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)勢，三相交流異步機(jī)是目前大功率電動汽車上應(yīng)用最廣的電機(jī)。三相交流異步電機(jī)如圖所示。三相交流異步電機(jī)2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（3）永磁同步電機(jī)永磁無刷電機(jī)分為兩類，一類是方波驅(qū)動的無刷直流電機(jī)，另一類是正弦波驅(qū)動的永磁同步電機(jī)。無刷直流電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、位置檢測和控制方法簡單的優(yōu)點(diǎn),但是由于換相電流很難達(dá)到理想狀態(tài),因此會造成轉(zhuǎn)矩脈動、振動噪聲等問題。永磁同步電機(jī)系統(tǒng)具有高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性以及低噪聲的特點(diǎn),通過合理設(shè)計(jì)永磁磁路結(jié)構(gòu)能獲得較高的弱磁性能,提高電動機(jī)的調(diào)速范圍。所以在電動汽車方面得到了廣泛的應(yīng)用。永磁同步電機(jī)如圖所示。永磁同步電機(jī)2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（4）開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新型電機(jī)，相比其他類型的驅(qū)動電機(jī)而言，開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)最為簡單，定、轉(zhuǎn)子均為普通硅鋼片疊壓而成的雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，定子裝有簡單的集中繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、可靠性高、質(zhì)量輕、成本低、效率高、溫升低、易于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)；而且它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的可控性好的優(yōu)良特性，同時(shí)適用于惡劣環(huán)境，非常適合作為電動汽車的驅(qū)動電機(jī)使用。開關(guān)磁阻電機(jī)如圖所示。開關(guān)磁阻電機(jī)2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

四種電機(jī)的性能比較性能及類型直流電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍/rpm4000～600012000～200004000～10000＞15000功率密度低中高較高過載能力（%）200300-500300300-500峰值效率（%）85-8994-9595-9790負(fù)荷功率（%）80-8790-9285-9778-86功率因數(shù)（%）……82-8590-9360-65恒功率區(qū)……1:51:2.251:3重量重中輕輕體積大中小小可靠性差好一般好結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性差好好好功率范圍小寬小很寬過載能力較好好較好好效率高較高高中轉(zhuǎn)矩電流比高一般高高控制器成本低高高一般2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理3電機(jī)的主要性能參數(shù)2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理驅(qū)動電機(jī)型號由驅(qū)動電機(jī)類型代號、尺寸規(guī)格代號、信號反饋元件代號、冷卻方式代號、預(yù)留代號五部分組成。（1）驅(qū)動電機(jī)類型代號

KC—開關(guān)磁阻電機(jī)；TF—方波控制型永磁同步電機(jī)；TZ—正弦控制型永磁同步電機(jī)；YR—異步電機(jī)(繞線式)；YS—異步電機(jī)(鼠籠式)；ZL—直流電機(jī)。其他類型驅(qū)動電機(jī)的類型代號由制造商參照GB/T4831《旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)品型號編制方法》進(jìn)行規(guī)定。（2）尺寸規(guī)格代號一般采用定子鐵心的外徑來表示，對于外轉(zhuǎn)子電機(jī)，采用外轉(zhuǎn)子鐵心外徑來表示。（3）信號反饋元件代號M—光電編碼器；X—旋轉(zhuǎn)變壓器；H—霍爾元件。無傳感器不必標(biāo)注。（4）冷卻方式代號S—水冷方式；Y—油冷方式；F—強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。自然冷卻不必標(biāo)注。2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理4驅(qū)動電機(jī)型號二、交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理1三相交流異步機(jī)結(jié)構(gòu)三相交流異步機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成,固定不動的部分稱為定子,轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子,為保證轉(zhuǎn)子能夠在定子腔內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,定子與轉(zhuǎn)子之間留有0.2～2mm的空氣隙。三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示。三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)（1）定子定子主要由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組三個(gè)部分構(gòu)成。機(jī)座主要用來固定定子鐵芯和定子繞組，并以前后兩個(gè)端蓋支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其外表還具有散熱作業(yè)。電動汽車使用的驅(qū)動電機(jī)屬于中小型電機(jī)，其機(jī)座一般用鑄鐵鑄成。機(jī)座如圖所示。機(jī)座2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理定子鐵芯定子鐵芯是三相異步電機(jī)磁路的一部分，為了減小磁滯和渦流損耗，通常采用0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊制而成，其內(nèi)圓表面沖有槽，用于嵌放三相定子繞組，定子鐵芯如圖所示。定子鐵芯定子繞組定子繞組是三相交流電機(jī)電路的一部分，由嵌放在定子鐵芯槽中的線圈按照一定規(guī)則連接成的三相定子繞組，其作用是產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場。三相定子繞組之間及繞組與定子鐵芯槽之間均墊有絕緣材料，并用膠木槽楔緊固。定子三相繞組在空間位置、結(jié)構(gòu)及物理參數(shù)等方面完全對稱，六個(gè)出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2連接到電機(jī)外部接線盒中的留個(gè)接線柱，定子繞組的接法主要有三角形和星形兩種。定子線圈及接線柱接法2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子分為鼠籠式和繞線式兩種，主要有轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三個(gè)部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯是三相異步電機(jī)磁路的構(gòu)成部分，為減小磁滯與渦流損耗，一般采用0.5mm厚、表面有絕緣層的硅鋼片疊制而成，轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓表面沖有均勻分布的槽，用于安裝轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子鐵芯如圖所示。轉(zhuǎn)子鐵芯鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組一般在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)放置裸銅條或鋁條等，兩端用短路環(huán)焊接起來，構(gòu)成閉合回路，由于形狀像鼠籠，故稱鼠籠式，鼠籠式轉(zhuǎn)子如圖所示。鼠籠式轉(zhuǎn)子2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，由相互絕緣的導(dǎo)線繞制而成的三相對稱繞組，采用星形連接。三個(gè)繞組的首端分別連接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)銅制集電環(huán)，集電環(huán)由電刷與外加變阻器連接，從而構(gòu)成閉合回路，調(diào)節(jié)變阻器阻值可達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速目的。繞線式轉(zhuǎn)子如圖所示。繞線式轉(zhuǎn)子軸承軸承的作用是支撐轉(zhuǎn)子，傳遞和輸出轉(zhuǎn)矩，保證轉(zhuǎn)子和定子之間有均勻的氣隙。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼經(jīng)車削加工而成。2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（1）旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電機(jī)定子繞組星形連接，定子繞組中通入三相對稱交流電流，三相對稱交流電流如圖所示,相序?yàn)閁→V→W。三相對稱交流電流的表達(dá)式如下：三相對稱交流電流（a）定子繞組星形連接（b）波形圖2.三相交流異步機(jī)工作原理2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理從三相交流電流的表達(dá)式及波形圖可以看出，每一時(shí)刻三相交流電流的大小、方向不同，因此每相電流產(chǎn)生的磁場不同，將三相交流電流產(chǎn)生的磁場按照矢量加法進(jìn)行疊加運(yùn)算，便可得出三相交流電流的合成磁場。不同時(shí)刻合成磁場的方向不同，三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場如圖所示。三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場由此可知，當(dāng)定子繞組通入三相對稱交流電流時(shí)，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨電流的交變在空間中不斷旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于定子繞組中三相交流電流的相序,相序不同，旋轉(zhuǎn)磁場的方向不同。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過交流接觸器把三相繞組中任意兩相繞組首端與電源相連的線對調(diào),就能夠改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。在電動汽車中，通過電機(jī)控制器（MCU）調(diào)整三相交流電流的初相位來改變相序。2驅(qū)動電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理（2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)、定子繞組在空間中的配置有關(guān)。如果每相繞組只有一個(gè)線圈，線圈在空間中相差120°，則合成旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極，三相交流電流每交變一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中旋轉(zhuǎn)一周。如果每相繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)構(gòu)成，同時(shí)每相繞組的首端與首端、末端與末端之間在空間上相差60°，則合成旋轉(zhuǎn)磁場有兩對磁極。三相交流電流每交變一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中旋轉(zhuǎn)半周?？梢姡D(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比、與三相交流電流的頻率成正比。因此，旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速n0、定子繞組電流頻率f及磁極對數(shù)p之間的關(guān)系為

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