第七章新能源汽車能量管理系統(tǒng)目錄導(dǎo)航第一節(jié)新能源汽車能量管理系統(tǒng)概述第二節(jié) 電力電子元件與功率變換裝置第三節(jié) 新能源汽車電動機驅(qū)動控制裝置第四節(jié) 新能源汽車電源管理系統(tǒng)第五節(jié) 混合動力汽車機電能源管理系統(tǒng)應(yīng)用一、新能源汽車管理系統(tǒng)構(gòu)成不同種類的電動汽車其能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)構(gòu)成不同，因而其能源管理的軟、硬件系統(tǒng)裝置構(gòu)成就不同。以混合動力汽車為例，新能源汽車管理系統(tǒng)可分為三級模塊體系，如圖7.1所示。二、整車控制決策的核心電子控制單元（VCU）圖7.2所示為整車控制單元的結(jié)構(gòu)組成，共包括外殼、硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件，硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件是VCU的關(guān)鍵核心技術(shù)。

一般僅新能源汽車配備、傳統(tǒng)燃油車無需該裝置。VCU通過采集油門踏板、擋位、剎車踏板等信號來判斷駕駛員的駕駛意圖；通過監(jiān)測車輛狀態(tài)(車速、溫度等)信息，由VCU判斷處理后，向動力系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)發(fā)送車輛的運行狀態(tài)控制指令，同時控制車載附件電力系統(tǒng)的工作模式；VCU具有整車系統(tǒng)故障診斷保護與存儲功能。三、新能源汽車核心功率電子單元MCUMCU由外殼及冷卻系統(tǒng)、功率電子單元、控制電路、底層軟件和控制算法軟件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖7.3所示。MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動機輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動車輛行駛。實現(xiàn)把動力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動電機本體輸出機械能。同時，MCU具有電機系統(tǒng)故障診斷保護和存儲功能。四、電池包電池包組成如圖7.4所示，包括電芯、模塊、熱管理系統(tǒng)、箱體和BMS。其中BMS能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。電池包是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅(qū)動電能，它主要通過金屬材質(zhì)的殼體包絡(luò)構(gòu)成電池包主體。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了電芯的集成，通過熱管理設(shè)計與仿真優(yōu)化電池包熱管理性能，電器部件及線束實現(xiàn)了控制系統(tǒng)對電池的安全保護及連接路徑；通過BMS實現(xiàn)對電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。目錄導(dǎo)航第一節(jié)新能源汽車能量管理系統(tǒng)概述第三節(jié) 新能源汽車電動機驅(qū)動控制裝置第四節(jié) 新能源汽車電源管理系統(tǒng)第五節(jié) 混合動力汽車機電能源管理系統(tǒng)應(yīng)用第二節(jié) 電力電子元件與功率變換裝置一、電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)混合動力汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成如圖7.5所示，其主要組成為發(fā)電機/電動機、逆變器、升壓器型電源變換裝置DC/DC、動力電源、輔助電源、動力電源管理裝置、HEV管理裝置等。圖7.6所示為豐田公司PRIUS混合動力汽車的電機驅(qū)動與電源變換的電路示意圖。該混合動力汽車采用兩種直流電源，一是高壓動力200V直流電源，為車輛電驅(qū)動裝置提供能量。另一個是低壓電源，為隨車負載提供電能。PRIUS混合動力汽車電驅(qū)動和發(fā)電系統(tǒng)均采用500V交流電，在對電機供電時要將200V直流電升壓到500V交流電，這個任務(wù)由逆變器（DC/AC）完成。發(fā)電機對蓄電池充電時，要將發(fā)電機產(chǎn)生的500V交流電轉(zhuǎn)換為200V直流電，這個任務(wù)由整流降壓轉(zhuǎn)換器（AC/DC）完成。而直流電壓200V降為車用12V或42V直流電源的功能，則由直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）完成。二、電力電子器件的基本概念電能變換和控制過程中使用的電子元件被稱為電力電子器件，其主要特點是處理電功率的能力遠大于處理信息的電子器件。由于電力電子器件處理的電功率大，為了減小本身的損耗、提高效率，一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的度分為不控制件（電力二級管）、半控制器件（晶閘管）全控制器件（門極可關(guān)斷晶體管、絕緣柵雙極晶體管、電力場效應(yīng)晶體管）三類。名

稱電氣圖形及等效電路主要特點電力二級管不能用控制信號控制其通斷，不需要驅(qū)動電路，只有兩個端子。晶閘管

半可控想器件，通過控制信號可控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。門極可關(guān)斷晶閘管全控型器件，很高的正反向阻斷電壓的額能力和電流導(dǎo)通能力，較短的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，較小的控制功率。電力（大功率）晶體管（GTR）

全控型器件，與普通雙極結(jié)型晶體管基本原理相同，主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。電力場效應(yīng)管（MOSFET）開關(guān)時間短，導(dǎo)通電阻大。目前的容量水平50A/500V，頻率100kHz。絕緣雙極晶體管(IBGT)全控型器件，通過控制信號即可控制其導(dǎo)通與關(guān)斷。GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點，具有良好的特性。目前的容量水平（1200~1600）/A~（1800~3330）V，頻率40kHz。三、直流變換器DC/DC的功用2.電動機-驅(qū)動橋組合驅(qū)動式電動汽車的DC/DC變換器的主要功能是給車燈、ECU、小型電器等汽車附屬設(shè)備提供電力和向輔助電源充電，其作用與傳統(tǒng)汽車交流發(fā)電機相似。傳統(tǒng)汽車依靠發(fā)動機帶動交流發(fā)電機提供給附屬電器設(shè)備和輔助電源。由于純電動汽車或燃料電池汽車無發(fā)動機，混合動力汽車的發(fā)動機并不是不間斷地工作，并且?guī)в小白詣拥∷偻Ｖ古c啟動”裝備，因此電動車無法使用交流發(fā)電機提供電源，必須依靠動力電池箱附屬用電設(shè)備及其電源供電，DC/DC設(shè)備成為必備設(shè)備。

DC/DC變換器有升壓變換器與降壓變換器之分,根據(jù)電壓調(diào)制方式又有脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制的區(qū)別。三、直流變換器DC/DC的功用3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會DC/DC變換器也稱為斬波器，通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負載上，通過改變占空比以改變輸出電壓的平均值。其基本原理如圖7.7(a)所示，U0為直流電源的電壓，R為電路電阻；開關(guān)管K斷開時，輸出電壓等于0，開關(guān)管K導(dǎo)通時，輸出電壓等于UD，K導(dǎo)通和斷開時輸出端電壓隨時間的變化如圖7.7（b）所示，輸出電壓的平均值為U0。1. PWM和PFM三、直流變換器DC/DC的功用（4）召開選型討論會降壓型轉(zhuǎn)換器（DC/DC）的原理如圖7.8所示，降壓型轉(zhuǎn)換器在開關(guān)K導(dǎo)通時就會有電流流過電感L，使能量儲存在電感上，并為負載供電。而當(dāng)開關(guān)K斷開時電感上的能量要釋放,電感的左端被強制降到0V以下，使二極管正偏導(dǎo)通，電感能量經(jīng)負載、二極管構(gòu)成的回路釋放并減小，輸出電壓隨之下降。降壓型DC/DC輸出電壓的高低與開關(guān)K的工作周期大小、以及每個周期中開關(guān)導(dǎo)通時間ton和斷開時間toff的長短有關(guān)。2. 降壓型轉(zhuǎn)換器三、直流變換器DC/DC的功用3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會升壓型轉(zhuǎn)換器與降壓型轉(zhuǎn)換器所使用的組件類型相同，升壓型DC/DC的原理如圖7.11所示，升壓型轉(zhuǎn)換器在開關(guān)K導(dǎo)通時，就會有電流流過電感L，使能量儲存在電感上，當(dāng)開關(guān)K斷開時，由于楞次效應(yīng)，電感電壓反向，而且加上輸入電壓Ud通過二極管VD構(gòu)成回路，使電輸出壓U0會大于輸入電壓Ud。升壓型DC/DC輸出電壓的高低與開關(guān)K的工作周期大小、以及每個周期中開關(guān)導(dǎo)通時間ton和斷開時間toff的長短有關(guān)。3.升壓型轉(zhuǎn)換器三、直流變換器DC/DC的功用3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會圖7.14所示為豐田汽車公司開發(fā)的THSⅡ混合動力系統(tǒng)使用的升降壓變換器原理示意圖，其主要組成為用于降壓的IBGT1開關(guān)型，用于升壓的開關(guān)型IGBT2，續(xù)流二極管VD1和VD2、感性濾波元件和容性濾波元件。該變換器也被稱為兩象限雙向斷路器，兩端分別與動力電池和其它設(shè)備連接。升降壓型雙向DC/DC變換器的原理通過控制周期性地流過感應(yīng)器電流的時間來實現(xiàn)想要得到的輸出和輸入電流之間的關(guān)系。4.升降壓型雙向DC/DC變換器三、直流變換器DC/DC的功用3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會DC/DC變換器由功率回路和控制回路組成，實際DC/DC電路構(gòu)成的示意如圖7.17所示，功率變換電路以控制電路的驅(qū)動信號為基礎(chǔ)，打開、關(guān)閉晶閘管的輸入直流電，并將其變換為交流電壓供給變壓器。在變壓器中變壓后的交流電壓經(jīng)整流二極管整流，整流后的斷續(xù)直流電壓經(jīng)平滑電流平滑后對輔助電池充電?？刂苹芈烦送瓿梢陨瞎δ芡?，還具有輸出限流、輸入過壓保護、過熱保護和報警等功能。5.DC/DC變換器的實際電路組成舉例四、DC/AC變換器1.DC/AC變換器的功用通常使用的普通電源是由220v交流電整流而成的直流電，而DC/AC功率變換器的作用與此相反，因此又被稱為逆變器。它是一種將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷碾娏﹄娮釉?其英文名稱為powerinverter或inverter。電動汽車上使用的主要是將HV的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C/發(fā)電機用交流電的DC/AC。近年來出現(xiàn)車載的AC電源也是一種逆變器，其特點能夠?qū)⒅绷麟姡?2或24V）轉(zhuǎn)換為交流電（220V）供一般電器使用，是一種方便的電源轉(zhuǎn)換器。電動車的DC/AC功用是將蓄電池的直流電變換為交流電，提供給驅(qū)動電機和單相交流用電器使用。四、DC/AC變換器2.DC/AC的基本原理（1）半橋逆變電路半橋逆變電路有兩個橋臂，每個橋臂有一個可控器件和一個反并聯(lián)二極管組成。如圖7.18所示。四、DC/AC變換器2.DC/AC的基本原理(2)全橋逆變電路全橋逆變電路如圖7.19所示，是單向逆變電路中應(yīng)用最多的。電壓型全橋逆變電路可看成由兩個半橋電路組合而成，共4個橋臂，橋臂1和4為一對，橋臂2和3為另一對，成對橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180°；VD1、V1、VD2、V2相互導(dǎo)通的區(qū)間，分別對應(yīng)VD1和DV4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相繼導(dǎo)通的區(qū)間。四、DC/AC變換器2.DC/AC的基本原理（3）三相電壓型逆變器三個單個逆變電路可組成一個三相逆變電路。如圖7.20為采用IGBT作為開關(guān)器件的電壓三相橋式逆變電路，它可以看成有三個半橋逆變電路組合而成。電壓型三相橋式逆變電路也是180°導(dǎo)電方式，每橋臂導(dǎo)電角度180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°.在任一瞬間將有三個橋臂同時導(dǎo)通，每次換流都是在同一相上下臂之間進行，也稱為縱向換流。五、AC/DC電源變換裝置1.AC/DC功率變換器的功用與種類AC/DC功率變換器的功用是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電能，電動汽車中AC/DC的功用主要是講交流發(fā)電機的交流電轉(zhuǎn)換為直流電供給用電器或電能儲能設(shè)備儲存。按照電路中變流器件開關(guān)頻率的高低，所有半導(dǎo)體變流電路可分為低頻（相控式）和高頻（PWM斬控式）兩大類。按照組成的部件可分為不可控、半可控、全控三種AC/DC變換器。按照控制方式又有相控式和斬控式整流電路之分。五、AC/DC電源變換裝置2.三相橋式全控整流器的組成與工作原理三相橋式是應(yīng)用最廣泛的整流電路，全控式整流電路原理圖如圖7.23所示。三相交流電u、v、w分別連接到晶閘管連線的a、b、c中，三相電壓經(jīng)晶閘管后進入負載，由于晶閘管的導(dǎo)通時間與順序得到控制，因而可以得到接近不變的直流電壓。晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖2.23所示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。編號如表2.1所示，晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。五、AC/DC電源變換裝置3.AC/DC功率變換器電路的主要組成AC/DC功率變換模塊電路的一般原理如圖7.25所示，圖中Uref為參考電壓，U0為AC/DC的輸出電壓；PWM為脈沖寬度調(diào)制式開關(guān)變換器。

圖7.26所示為AC/DC功率模塊電路中整流部分的結(jié)構(gòu)示意圖。此電路圖可以跟前面介紹的逆變器電路（圖7.20）比較，會發(fā)現(xiàn)有很多相似之處。其實這個電路是逆變電路的逆向工作模式，被稱為脈寬式（PWM）整流電路。目錄導(dǎo)航第一節(jié)新能源汽車能量管理系統(tǒng)概述第二節(jié) 電力電子元件與功率變換裝置第五節(jié) 混合動力汽車機電能源管理系統(tǒng)應(yīng)用第三節(jié) 新能源汽車電動機驅(qū)動控制裝置第四節(jié) 新能源汽車電源管理系統(tǒng)控制策略不斷出現(xiàn)：自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等一、新能源汽車控制器每個獨立具有自動運行程序、專用的算法語言、能夠采集數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)分析并發(fā)送驅(qū)動指令的裝置被稱為控制器。系統(tǒng)包括執(zhí)行設(shè)備電動機、功率裝置電子換向器、電機運轉(zhuǎn)信息反饋裝置和控制器。對于新能源汽車控制器不僅對單一裝置進行自動控制，還要根據(jù)汽車其它系統(tǒng)的實時信息或參數(shù)，不斷修改控制策略，調(diào)整指令，以獲得最優(yōu)的驅(qū)動效果。由如圖7.27所示混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)控制方案電路圖。二、新能源汽車控制器的結(jié)構(gòu)組成。驅(qū)動汽車運行的一切必要的信息：加速踏板、發(fā)動機/電動機溫度、轉(zhuǎn)速、車速、檔位、電池的電流/電壓、制動、空調(diào)等。這些信息經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換為電信號輸入計算機存在器。車載計算機以中央處理器為核心，其中包括：乘法器、比較元件、邏輯單元控制元件、數(shù)據(jù)存儲單元等。中央處理器按照運行程序，根據(jù)輸入的信號進行快速運算、分析、比較，產(chǎn)生相應(yīng)偏差信號，形成相應(yīng)的驅(qū)動指令輸送到執(zhí)行元件。執(zhí)行元件又稱為功率驅(qū)動裝置。由中央處理器輸出的驅(qū)動指令在功率驅(qū)動裝置中被放大并按照指令要求分別驅(qū)動電動機/發(fā)電機和其它電動執(zhí)行結(jié)構(gòu)。電動機或電動執(zhí)行元件裝置上裝有監(jiān)測運轉(zhuǎn)的傳感器，對電動執(zhí)行元件的運轉(zhuǎn)狀況進行監(jiān)測，對電動機運轉(zhuǎn)中的機械量和電參量的變化及時反饋到中央處理器，中央處理器將反饋信息對比運算后，對輸出指令進行調(diào)整和修改，是被控對象的運行參數(shù)與輸入信號的給定值趨于一致，并使被控對象安裝新指令運行。1） 信號輸入部分2） 中央處理器3） 執(zhí)行元件4） 信息反饋二、驅(qū)動電機控制類型1.PAM稱為脈沖振幅調(diào)制PAM稱為脈沖振幅調(diào)制，是指在變頻器整流電路中對輸出電壓（電流）的幅值進行控制，以及在變頻器逆變電路中對輸出的頻率進行控制的方式。PAM控制時在逆變器換流器件的開關(guān)頻率為變頻器的輸出頻率，是一種同步調(diào)速方式。PAM控制載波頻率比較低，在用PAM控制進行調(diào)速驅(qū)動時，電動機的運轉(zhuǎn)效率高，噪聲較低。二、驅(qū)動電機控制類型2.PWM稱為脈動寬度調(diào)制PWM稱為脈動寬度調(diào)制，是在變頻器的逆變電路中，同時輸出電壓（電流）的幅值和頻率進行控制的控制方式。在PAM控制時，比較高的頻率對逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)器件進行通斷控制，通過改變脈沖的寬度來實現(xiàn)電壓（電流）的目的。PWM控制時變頻器輸出的不等于逆變器電路換流器件的開關(guān)頻率，屬于異步調(diào)速方式。PWM控制方式可以減少高次諧波帶來的各種不良影響，轉(zhuǎn)矩波動小，控制電路簡單，成本也較低。二、驅(qū)動電機控制類型3.高載頻PWM控制高載頻PWM稱為高載脈沖寬度調(diào)制，是PWM的改進控制方式。在高載頻PWM控制方式中，將載頻的頻率提高到人耳可以分辨的頻率（10~20KHz）,從而降低電動機運轉(zhuǎn)噪聲。高載頻PWM控制時的頻率不等于逆變器電路換流器的開關(guān)頻率，是屬于異步調(diào)速方式，高載頻PWM控制器適用與低噪聲變頻器。三、電機驅(qū)動控制器1．交流異步電動機控制交流異步電動機通常采用的控制方法是先將直流電轉(zhuǎn)換為頻率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電，再通過變壓變頻控制法、轉(zhuǎn)差頻率控制法和矢量控制法等。矢量控制具有調(diào)速范圍廣、動態(tài)性能等優(yōu)點，因而非常適合于電動汽車感應(yīng)電動機的控制。矢量控制法的原理框圖如圖7.30所示。進入系統(tǒng)的是穩(wěn)定的三相正弦電壓。三相正弦電通過六個二極管進入高速IGBT晶體管逆變器電路，最后進入感應(yīng)電動機。三、電機驅(qū)動控制器2.永磁同步電動機控制如圖7.31所示為的永磁同步電動機采用直接轉(zhuǎn)矩控制的電路控制原理圖。直接轉(zhuǎn)矩控制是在定子坐標下分析電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機磁鏈和轉(zhuǎn)矩。不需要與直流電機進行比較、等效、轉(zhuǎn)化；所以不需要解耦而簡化交流電動機模型，省掉了坐標變換。其控制方式是，通過轉(zhuǎn)矩兩點式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值做滯環(huán)比較，把轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差大小有頻率調(diào)節(jié)器來控制。目錄導(dǎo)航第一節(jié)新能源汽車能量管理系統(tǒng)概述第二節(jié) 電力電子元件與功率變換裝置第三節(jié) 新能源汽車電動機驅(qū)動控制裝置第四節(jié) 新能源汽車電源管理系統(tǒng)第五節(jié) 混合動力汽車機電能源管理系統(tǒng)應(yīng)用一、動力蓄電池管理任務(wù)1．對動力電池的電壓、電流、溫度進行時刻檢測2．進行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理3．報警提醒、計算剩余容量和放電功率等任務(wù)、提交電池荷電狀態(tài)4．根據(jù)動力電池電壓、電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程5．算法控制充電機進行最佳電流的充電6．通過CAN總線接口與車載控制器、電動機控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進行實時通信一、動力蓄電池管理任務(wù)常見動力電池管理系統(tǒng)如圖7.33(a)所示，主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)估計、熱管理、安全管理、能量管理和故障診斷等。其中前6項為動力電池管理系統(tǒng)的基本功能。二、動力電池管理系統(tǒng)的組成與工作模式動力電池管理系統(tǒng)一般包括動力電池組、動力電池管理控制單元MCU、動力電池單體電壓和溫度信號采集模塊、總電流和總電壓信號采集、整車通訊模塊、高壓電安全系統(tǒng)及電流均衡模塊、熱管理系統(tǒng)和檢測單元等組成。如圖7.34所示為兩種典型動力電池管理系統(tǒng)方案。二、動力電池管理系統(tǒng)的組成與工作模式下電模式是整個系統(tǒng)的低壓與高壓處于不工作狀態(tài)的模式。在下電模式下，動力電池管理系統(tǒng)控制的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)。下電模式屬省電模式。下電模式在準備模式下，系統(tǒng)所有接觸器處于未吸合狀態(tài)。在該模式下，系統(tǒng)可接受外界的點火開關(guān)、整車控制器、電動機控制器、充電插頭開關(guān)的硬件信號或受CAN報文控制的低壓信號來驅(qū)動控制各高壓接觸器，從而使動力電池管理系統(tǒng)進入所需的工作模式。準備模式二、動力電池管理系統(tǒng)的組成與工作模式動力電池管理系統(tǒng)監(jiān)測到點火開關(guān)的高壓上電信號后，系統(tǒng)首先閉合B.接觸器，由于電動機是感性負載，為防止過大電流沖擊，B.接觸器閉合后即閉合預(yù)充接觸器進入預(yù)充電狀態(tài)；當(dāng)預(yù)充電容兩端電壓達到母線電壓的90%時，立即閉合B+接觸器并斷開預(yù)充接觸器進入放電模式。放電模式動力電池管理系統(tǒng)檢測到充電喚醒信號時，系統(tǒng)即進入充電模式。該模式下，B.接觸器與車載充電接觸器閉合，同時為保證低壓控制電源持續(xù)供電，直流轉(zhuǎn)換器接觸器仍處于工作狀態(tài)。充電模式二、動力電池管理系統(tǒng)的組成與工作模式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。動力電池管理系統(tǒng)對于故障的響應(yīng)還需要根據(jù)故障等級而定，當(dāng)其故障等級較低時，系統(tǒng)可采取報錯或發(fā)出報警信號的方式告知駕駛?cè)藛T。當(dāng)故障等級較高亦或有可能產(chǎn)生危險時，系統(tǒng)將采取斷開高壓接觸器的控制策略。故障模式三、動力電池的均衡充電管理和熱管理動力電池組均衡管理充電具有以下三種模式。分類充電結(jié)束后實現(xiàn)單體電池間的自動均衡充電過程中實現(xiàn)單體電池間的自動均衡采用輔助管理裝置1．動力電池組的均衡充電管理（1）充電結(jié)束后實現(xiàn)單體電池間的自動均衡三、動力電池的均衡充電管理和熱管理1．動力電池組的均衡充電管理作原理如圖7.36所示，當(dāng)一號電池的端電壓高于2號電池的端電壓值，且控制開關(guān)處于如圖7.36(a)所示連接位置時，1號電池向電容充電，使電容器端電壓與電池端電壓相等。然后，控制開關(guān)動作，切到如圖7.36(b)所示位置，這時，電容器向2號電池充電，使2號電池的端電壓增大趨向于電容器的端電壓，待電容器端電壓與2號電池的端電壓平衡后，再控制開關(guān)動作，切換到如圖7.36（a）的連接位置，如此反復(fù)幾次，1號電池電壓和2號電池電壓的端電壓就達到均衡。（2）充電過程中實現(xiàn)單體電池間的自動均衡三、動力電池的均衡充電管理和熱管理1．動力電池組的均衡充電管理其主要有3種方案，如圖7.37所示。充電器均衡充電控制實現(xiàn)了對串聯(lián)電池組中單個電池的并聯(lián)充電或獨立充電，在完成統(tǒng)一的充電模式和充電策略保證下，可以完全實現(xiàn)電池組的均衡充電，但系統(tǒng)組成比較復(fù)雜。（3）采用輔助管理裝置三、動力電池的均衡充電管理和熱管理1．動力電池組的均衡充電管理采用輔助管理裝置，對單個電池的電流進行調(diào)整。如圖7.38所示，電池均衡充電過程可描述為：按照既定的充電模式和充電策略，根據(jù)實測的串聯(lián)電池組總電壓，充電器輸出一定的充電電流值Icharge,當(dāng)所有電池的端電壓均低于充電截止電壓時，均衡管理模塊不起作用.若有個別電池首先達到充電截止電壓，此時該電池的均衡模塊起作用，分流一部分電流I,則通過該電池的電流減為Icharge.i，避免了對該電池的過電壓充電；當(dāng)所有電池的端電壓均達到充電截止電壓時，充電器轉(zhuǎn)為恒電壓充電，充電電流逐漸減小，通過電池均衡模塊的電流也逐漸減小，直至所有電池均充滿電。三、動力電池的均衡充電管理和熱管理2.動力電池組的熱管理氣體冷卻法帶加熱的熱管理系統(tǒng)液體冷卻法相變材料冷卻法（1）氣體冷卻法三、動力電池的均衡充電管理和熱管理2.動力電池組的熱管理采用空氣作為傳熱介質(zhì)，直接吧空氣引入動力電池，使其流過動力電池以達到散熱目的。一般需有風(fēng)扇、進出口風(fēng)道等部件。其它冷卻法主要包括自然對流冷卻法和強迫空氣對流冷卻法。根據(jù)進風(fēng)來源的不同，一般有外界空氣通風(fēng)被動式冷卻；乘客艙空氣通風(fēng)被動式冷卻/加熱；外界或乘客艙空氣主動冷卻/加熱。（2）液體冷卻法三、動力電池的均衡充電管理和熱管理2.動力電池組的熱管理以液體為介質(zhì)的傳熱，需要在動力電池組與液體介質(zhì)之間建立傳熱通道，比如水套，以對流和導(dǎo)熱兩種形式進行間接式加熱和冷卻。傳熱介質(zhì)可以采用水、乙二醇，甚至制冷劑。也有把動力電池組沉浸在電介質(zhì)液體中直接傳熱，但必須采用絕緣措施以免發(fā)生短路。液體冷卻法主要有被動式液體冷卻和主動式液體冷卻系統(tǒng)。（3）相變材料冷卻法三、動力電池的均衡充電管理和熱管理2.動力電池組的熱管理利用PCM進行動力電池冷卻原理是：當(dāng)動力電池進行大電流放電時，PCM吸收動力電池放出的熱量，自身發(fā)生相變（熔化），而使動力電池溫度迅速降低，此過程是系統(tǒng)把熱量以相變的形式儲存在PCM中。（4）帶加熱的熱管理系統(tǒng)在較冷的環(huán)境中，動力電池性能會降低，造成電動汽車整車性能下降，此時需要對動力電池進行加熱。在寒冷環(huán)境中給動力電池加熱比使動力電池散熱更困難，福特公司研究出的鋰離子電池?zé)峁芾砑窗ɡ鋮s和加熱兩種功能。目錄導(dǎo)航第一節(jié)新能源汽車能量管理系統(tǒng)概述第二節(jié) 電力電子元件與功率變換裝置第三節(jié) 新能源汽車電動機驅(qū)動控制裝置第四節(jié) 新能源汽車電源管理系統(tǒng)第五節(jié) 混合動力汽車機電能源管理系統(tǒng)應(yīng)用一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理①凱美瑞混合動力汽車采用了比以前的THS.Ⅱ更高的工作電壓，在電動機和發(fā)電機之間采用AC650V高壓電路傳輸，可以極大地降低動力傳輸中電能損耗，高效地傳輸動力。②采用大功率電機輸出，提高電機的利用率。當(dāng)發(fā)動機工作效率低時，此系統(tǒng)可以將發(fā)動機停機，車輛依靠電機動力行駛。③MG2電機的冷卻方式由原來水冷式改為風(fēng)冷式。④極大地增加了減速和制動過程中的能量回收，提高能量的利用率。凱美瑞混合動力汽車THS.Ⅱ的特點豐田混合動力汽車采用兩個交流永磁同步電機。電機MG1主要用于發(fā)動機的起動和作為汽車的交流電源向蓄電池供電；電機MG2用于車輪的驅(qū)動和具有輔助制動時能量回收功能。因此，兩個電機都要求具有四象限運行能力，即正轉(zhuǎn)電動、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)電動和反轉(zhuǎn)制動，且在不改變電機結(jié)構(gòu)和控制器硬件電路情況下，通過軟件能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)、電動制動和發(fā)電能力。一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理混合動力電力電子控制裝置一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理1.電機驅(qū)動與升壓變頻功能電機驅(qū)動功率來自245V直流高壓蓄電池，由于驅(qū)動電機均為交流同步電機，需要由變頻器將直流電升壓并轉(zhuǎn)換為650V三相交流電。變頻器內(nèi)有升壓轉(zhuǎn)換器和逆變/整流器為電機提供電能轉(zhuǎn)換與調(diào)控任務(wù)。直流升壓：當(dāng)電機驅(qū)動車輛時，控制器將IGBT2導(dǎo)通，電感線圈L回路接通，HV電池電流進入電感線圈儲存能量，如圖7.42（a）所示；當(dāng)IGBT2截止，電感線圈回路被切斷，電感線圈L上產(chǎn)生自感電勢與電池電壓疊加經(jīng)二極管D1進入逆變器電路，如圖7.42（b）所示。IGBT2反復(fù)導(dǎo)通、截止，HV電池電壓不斷被提升到650V并送至逆變器。一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理2.交流發(fā)電與整流降壓功能當(dāng)發(fā)動機或車輛減速時，電機永磁轉(zhuǎn)子被驅(qū)動，其磁場切割定子線圈而發(fā)電。此時，控制6個IGBT導(dǎo)通截止，與6個二極管構(gòu)成全控型三相橋式整流電路，將發(fā)電機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流送到降壓直流斬波電路，經(jīng)降壓后送到HE蓄電池儲存。直流降壓斬波電路如圖7.43所示，當(dāng)控制器控制IGBT1導(dǎo)通，使電感線圈上的感生電動勢抵消部分發(fā)電電壓，把DC560V降壓為平均值DC245V的直流電壓，并向HV蓄電池充電，如圖3.43（a）所示。IGBT1截止時，電感線圈產(chǎn)生的自感電勢向電容C充電，消除脈動高壓對電池的沖擊，如圖3.43（b）所示。（1）汽車總布置設(shè)解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理3.解析器的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）解析器的結(jié)構(gòu)

解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。解析器的轉(zhuǎn)子為橢圓形，定子與轉(zhuǎn)子之間的距離隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而變化。交流電流入勵磁線圈A，產(chǎn)生恒定的交變磁場，線圈S和線圈C將輸出與轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的感應(yīng)電壓值。由于轉(zhuǎn)子為橢圓形，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子與檢測線圈的位置關(guān)系固定，由于橢圓轉(zhuǎn)子對應(yīng)兩個檢測線圈的氣隙不同，在檢測線圈中會感應(yīng)出大小不同的電壓波形。（1）汽車總布置設(shè)解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)解析器是可靠性極高且結(jié)構(gòu)緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。緊湊的傳感器，它被用來精確檢測磁極的位置，MGECU根據(jù)它的信號來計算電機的轉(zhuǎn)速。解析器由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括三種線圈：勵磁線圈A、檢測線圈S和檢測線圈C。其外形結(jié)構(gòu)如圖7.44所示。一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理3.解析器的結(jié)構(gòu)與工作原理（2）解析器的工作原理檢測線圈S與檢測線圈C之間保持45°安裝位置關(guān)系，如圖7.45所示。因為勵磁線圈A中為頻率恒定的交流電，因此無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速如何，頻率恒定的磁場均會由轉(zhuǎn)子作用到檢測線圈S和檢測線圈C，轉(zhuǎn)子與檢測線圈氣隙小時，該線圈中產(chǎn)生較大的感應(yīng)峰值。據(jù)此，各線圈輸出的電壓峰值大小隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。MGECU持續(xù)監(jiān)視這些電壓峰值，并連接成虛擬波形。并根據(jù)檢測線圈S和檢測線圈C的虛擬波形計算轉(zhuǎn)子的絕對位置。（1）汽車總布置設(shè)計一、凱美瑞混合動力機電控制系統(tǒng)構(gòu)成與原理4.電機MG1和MG2的驅(qū)動原理變頻器內(nèi)的IGBT管受MGECU輸出指令控制按照規(guī)律在導(dǎo)通（ON）與截止(OFF)之間切換，將650V的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。三相交流電經(jīng)過電機定子線圈的三相繞組時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的永久磁鐵受旋轉(zhuǎn)磁場吸引而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電流的大小大致成正比，且轉(zhuǎn)速由交流電的頻率控制。此外，通過控制旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁鐵的角度，可以有效產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩和高轉(zhuǎn)速。二、電池管理系統(tǒng)實例3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會

HV蓄電池總成由電池模塊、HV接線盒總成、維修插銷連接器、電池智能單元和電池冷卻風(fēng)扇組等成，如圖7.48所示。HV蓄電池由34個電池模塊構(gòu)成，每個電池模塊由6個1.2V的單元電池構(gòu)成，將所有電池模塊串聯(lián)就形成6單元（7.2V）×34模塊=244.8VDC電壓。HV電池的排列結(jié)構(gòu)如圖7.49所示。1.HV蓄電池總成二、電池管理系統(tǒng)實例3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會1.HV蓄電池總成二、電池管理系統(tǒng)實例3.增程式電動汽車特點模型（4）召開選型討論會電池智能單元位于HV蓄電池整體結(jié)構(gòu)的接線盒總成中。電池智能控制單元的功用