課題純電動汽車其他關(guān)鍵技術(shù)

課時2課時(90min)

知識目標(biāo)：

(1)了解傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的充電模式和連接方式.

(2)掌握交、直流充電設(shè)備的作用以及充電接口的觸頭布置方式。

(3)熟悉常用的高壓安全防護及充電保護技術(shù).

(4)掌握制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和制動能量回收的實現(xiàn)過程。

(5)熟悉制動能量回收控制策略。

教學(xué)目標(biāo)

技能目標(biāo)：

(1)能夠分析充電系統(tǒng)的工作原理和特點。

(2)能夠分析制動能量回收控制策略。

素質(zhì)目標(biāo)：

(1)弘揚追求突破、追求革新的創(chuàng)新精神。

(2)堅固樹立安全生產(chǎn)意識和集體責(zé)任感。

教學(xué)重點：傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的充電模式和連接方式交、直流充電設(shè)備的作用以及充電接口的觸頭布

置方式，常用的高壓安全防護及充電保護技術(shù)，制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和制動能量回收的實現(xiàn)過程

教學(xué)重難點

教學(xué)難點：傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的充電模式和連接方式交、直流充電設(shè)備的作用以及充電接口的觸頭布

置方式，常用的高壓安全防護及充電保護技術(shù)，制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和制動能量回收的實現(xiàn)過程

教學(xué)方法案例分析法、問答法、討論法、講授法

教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材

教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟

【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)通過APP或其他學(xué)習(xí)軟件，完成課

前任務(wù)

課前任務(wù)

請大家了解充電系統(tǒng)的相關(guān)知識，了解制動能量回收系統(tǒng).

【學(xué)生】完成課前任務(wù)

【教師】使用APP進行簽到

考勤

【學(xué)生】班干部報請假人員及原因

【教師】提出以下問題，隨機邀請學(xué)生進行回答：

你認(rèn)為充電系統(tǒng)的核支術(shù)是什么？為什么？

問題導(dǎo)入

【學(xué)生】思考、舉手回答

【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，講述“任務(wù)引入”的相關(guān)內(nèi)容

【教師】講解充電技術(shù)、制動能力回收技術(shù)等相關(guān)知識

傳授新知

一、交流充電

【教師】請學(xué)生結(jié)合教材，討論交流充電的充電模式與連接方式，并隨機遨請學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答，講解交流充電

1.充電模式和連接方式

充電模式是指連接車輛到電網(wǎng)（電源）為動力蓄電池供電的方法，有模式L模式2、模式3、模

式4四種。連接方式是指使用電纜和連接器將車輛接入電網(wǎng)（電源）的方法，分為A、B、C三種。根

據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分通用要求》（GB/T18487.1—2015），傳導(dǎo)充電系統(tǒng)的

充電模式、連接方式分別如表5-4、表5-5所示（詳情見教材）。

不同充電模式與連接方式的組合，所需要的充電方法和充電設(shè)備也不盡相同。

【你問我答】

【教師】組織學(xué)生分為兩組：充電模式組和連接方式組，兩組互相提問充電模式和連接方式的具

體內(nèi)容

【學(xué)生】思考、提問、回答

【教師】點評學(xué)生的回答，鼓勵回答較好的同學(xué)

2.交流充電方法

交流充電是指以較低的交流電流經(jīng)車載充電機對動力蓄電池進行充電。交流充電的充電時間較長，

一般為10~20ho交流充電可以充分利用電力低谷時段對車輛進行充電，B斜氐電網(wǎng)負(fù)擔(dān)和充電成本，

減少電能損耗，并任長動力蓄電池的使用壽命.

常用的交流充電方法有恒電壓充電、恒電流充電、階段充電等。

【小貼士】

選擇合適的充電方法不僅能夠最大限度地發(fā)揮動力蓄電池的性能，還可以延長動力蓄電池的使用

壽命.

1）恒電壓充電

恒電壓充電是最基本的交流充電方法。先設(shè)定一個期望電壓，交流充電系統(tǒng)按照期望電壓開始充

電,充電電流隨充電的進行不斷減小；當(dāng)充電電流小于一定值時，充電過程結(jié)束。

恒電壓充電的最大特點是控制簡單。此外，由于充電終期只有很小的電流流過，因此動力蓄電池

的析氣量小，充電能耗小。但由于充電初期充電電流較大，容易對動力蓄電池的極板造成沖之，嚴(yán)重

時會損壞動力蓄電池，因此，在充電初始階段，一定要采取保護措施，限制最大充電電流,恒電壓充

電一般用于車輛行駛中途的補給充電。

2）恒電流充電

恒電流充電是以恒定較大的電流為動力蓄電池充電。為了補償動力蓄電池自放電的影響，在動力

蓄電池將要充滿電時，通常會改用恒定的小電流為動力蓄電池充電，即浮充電。

恒電流充電可對動力蓄電池模塊中電壓偏低的電池單體進行完全充電,消除電池單體之間的電壓

不均衡；但這種方法的充電時間很長，且動力蓄電池的析氣量大、充電能耗大。恒電流充電是目前純

電動汽車廣泛使用的一種交流充電方法.

3）階段充電

階段充電比較常用的方法有二階段充電和三階段充電，其特性曲線見教材。

二階段充電采用恒電流充電和恒電壓充電相結(jié)合的方法，首先以恒電流將動力蓄電池充電至預(yù)定

的電壓值，然后改用恒電壓充電的方法完成剩余的充電過程。一般兩個階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二

階段所保持的恒電壓。

三階段充電在充電開始和結(jié)束階段均采用恒電流充電，中間階段采用恒電壓充電。三階段充電先

以恒電流將動力蓄電池充電至預(yù)定的電壓值，再采用恒電壓充電，前兩個階段之間的轉(zhuǎn)換電壓一般是

第二階段所保持的恒電壓；當(dāng)充電電流衰減到預(yù)定值時，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段，采用恒電流充

電，后兩個階段之間的轉(zhuǎn)換電流一股就是第三階段所保持的恒電流。三階段充電可以有效減小動力蓄

電池的析氣量。

【分組討論】

【教師】組織學(xué)生分為三組：恒電壓充電組、恒電流充電組和階段充電組，討論三種充電方法的

優(yōu)缺點，每組派學(xué)生代表起立向大家匯報各自的優(yōu)缺點

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】點評學(xué)生的回答，鼓勵回答較好的同學(xué)

3,交流充電設(shè)備

交流充電的充電設(shè)備主要為車載充電機和交流充電樁。

1）車載充電機

如車載充電機是常用的車載交流充電設(shè)備，通常作為標(biāo)準(zhǔn)配置固定在車上。當(dāng)車輛需要充電時，

只需將車載充電機通過連接裝置與民用220V交流電源連接即可，用戶可以獨立完成。

2）交流充電樁

使用交流充電樁充電是純電動］氣車充電的一種重要選擇。交流充電樁一般設(shè)置在街邊、超市、辦

公樓或停車場等處。

交流充電樁的布置規(guī)模一般匕匕較大，以便能夠同時為多輛汽車充電.駕駛員只需要將車停放在指

定位置，連接充電設(shè)備,即可開始為車輛充電。

4.交流充電接口

純電動汽車采用傳導(dǎo)充電時，充電接口一般由供電接口、充電連接裝置、車輛接口等組成。

國家標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第2部分：交流充電接口》（GB/T20234.2—2015）規(guī)

定了交流充電接口插頭、插座的觸頭布置方式，詳情見教材。

【你問我答】

【教師】PPT展示交流充電接口圖，邀請學(xué)生說出其對應(yīng)接口的意義和作用

【學(xué)生】觀看、思考、回答

【教師】點評學(xué)生的回答，鼓勵回答較好的同學(xué)

二、直流充電

直流充電是以較高的直流電流在短時間內(nèi)直接為動力蓄電池充電。直流充電的充電時間短，可在

10-30min完成，但所使用的充電器（樁）安裝成本相對較高，充電能耗較大，對動力蓄電池的使用

壽命也有一定的影響.此外，直流充電對電網(wǎng)要求較高，通常需要電網(wǎng)為其提供較大的瞬時功率。

【經(jīng)驗傳承】

低壓輔助電池不能直接進行直流充電，因為短時間內(nèi)接受大量電荷會導(dǎo)致低壓輔助電池失效。

1.直流充電方法

【教師】請學(xué)生結(jié)合教材，討論直流充電的常用充電方法，并隨機邀請學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答，講解直流充電

常用的直流充電方法主要有脈沖充電、變電流間歇充電、變電壓間歇充電等。

1）脈沖充電

脈沖充電首先采用脈沖電流對動力蓄電池進行充電，停止一段時間后再用脈沖電流進行充電，如

此循環(huán)。脈沖充電遵循動力蓄電池固有的充電接受率，充電脈沖使動力蓄電池充滿電，脈沖間歇使動

力蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合，進而被吸收掉，這有效緩解了動力蓄電池在

充電過程中的濃差極傷口歐姆極化斕，減輕了動力蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪恒電流充電能夠更加順

利地進行。脈沖充電可以增大動力蓄電池的放電容量，減少動力蓄電池在充電時的發(fā)熱量，提高充電

效率，縮短充電時間，但能量轉(zhuǎn)換效率較低，且對動力蓄電池的損害較大。

2）變電流間歇充電

變電流間歇充電是建立在恒電流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上的，是將脈沖充電中恒電流充電階段改

成人員直接或間接接觸高壓電。同時，充電接口在車輛未充電時應(yīng)不帶電，以防止人員誤碰。

2H氐壓電路與高壓電路物理隔離

低壓電路一股采用負(fù)極與車身搭鐵，而高壓電路的正極和負(fù)極（或三相交流電路）均與車身金屬

之間絕緣，從而實現(xiàn)低壓電路與高壓電路的物理隔離.為防止高壓漏電，通常還會設(shè)置絕緣檢測裝置，

對高壓正、負(fù)極母線與車身金屬之間的絕緣電阻進行檢測。當(dāng)檢測到絕緣電阻過低時，高壓上電繼電

器動作，切斷高壓電路，并在儀表盤上顯示相關(guān)故障信息。

3）高壓電路與《氐壓電路電氣隔離

DC/DC變換器負(fù)責(zé)高壓電路與低壓電路的電氣連接，它采用變壓器實現(xiàn)高壓電路與低壓電路電氣

隔離，防止高壓電"串"入低壓電路.同時，如果UC/DC變換器的殼體發(fā)生高壓漏電，也可通過絕緣

檢測裝置檢測到，并及時切斷動力蓄電池的高壓輸出。

4）高壓互鎖

高壓回路在斷開時會有觸電和母線短路的隱患。通常對整個高壓回路設(shè)置一個導(dǎo)通環(huán)，當(dāng)高壓回

路斷開時，導(dǎo)通環(huán)傳送的信號就會中斷，控制系統(tǒng)會控制高壓上電繼電器斷開，切斷動力蓄電池的高

壓輸出。同時，DC/AC逆變器內(nèi)的電容器通過電阻自行放電。

5）維修開關(guān)

工作人員在進行檢測、維修時，高壓上電繼電器會斷開，以確保切斷動力蓄電池的高壓輸出.但

是如果發(fā)生誤操作，如轉(zhuǎn)動啟動開關(guān)，會使高壓上電繼電器重新接通，此時高壓電路輸出的高電壓（電

流）便會對工作人員造成危害。因此，純電動汽車一股設(shè)置有專門的維修開關(guān)，用于切斷動力番電池

的高壓輸出，以保證工作人員的安全。

6）碰撞高壓防護

BMS會根據(jù)來自安全氣囊碰撞識別裝置的觸發(fā)信號，斷開高壓上電繼電器，并停止制動能量回收

模式，將母線電容器自動放電，以保證車輛發(fā)生碰撞后，動力蓄電池停止輸出高壓電。

7）過充電、過熱保護

純電動汽車應(yīng)設(shè)有過充電、過熱保護功能。當(dāng)動力蓄電池充滿電，或因充電導(dǎo)致充電系統(tǒng)、動力

蓄電池過熱時，應(yīng)自動切斷充電電路，防止動力蓄電池過充電。

【師生互動】

【教師】組織學(xué)生展開討論：主動安全技術(shù)包含哪些？具體內(nèi)容是什么？

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】點評學(xué)生的回答，鼓勵回答較好的同學(xué)

【師生互動】

【教師】請學(xué)生閱讀材料，并隨機邀請學(xué)生回答以下問題：請說一說制動能量回收系統(tǒng)的重要性

為鼓勵先進節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用，助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)，我國在2021-2023年度企業(yè)平

均燃料消耗量積分核算中，對標(biāo)準(zhǔn)配置制動能量回收系統(tǒng)、高效空調(diào)且具有循環(huán)外節(jié)能效果的車型，

其燃料消耗量相應(yīng)減免一定額度（可累加）。

……（詳見教材）

【學(xué)生】閱讀、思考、回答

【教師】總結(jié)、點評學(xué)生的回答

四、制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

【教師】請學(xué)生結(jié)合教材，討論制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并隨機邀請學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答，講解制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

目前，純電動汽車普遍采用電池儲能式制動能量回收，在制動能量回收過程中需要將機械能轉(zhuǎn)換

成電能并產(chǎn)生電氣制動力矩，在車輛需要時將電能轉(zhuǎn)換成機械能來驅(qū)動車輛。能量轉(zhuǎn)換的工作可由驅(qū)

動電機或輪轂電機完成。

以采用四輪輪轂電機0區(qū)動的純電動汽車為例，該制動能量回收系統(tǒng)主要由輪轂電機、MCU、逆變

器、制動控制器、動力蓄電池及BMS等組成。車輛的釗動過程是由液壓摩擦制動與輪轂電機再生制

動協(xié)調(diào)完成的。當(dāng)車輛進行制動時，制動控制器根據(jù)不同的制動工況發(fā)出不同的指令,通過MCU控

制輪轂電機進行能量回收。

【頭腦風(fēng)暴】

【教師】組織學(xué)生掃碼觀看”制動能量回收系統(tǒng)”視頻(詳見教材)，并討論其結(jié)構(gòu)組成

【學(xué)生】掃碼觀看視頻、思考、討論

【教師】總結(jié)學(xué)生討論結(jié)果

五、制動能量回收的實現(xiàn)過程

【教師】請學(xué)生結(jié)合教材，討論制動能量回收的實現(xiàn)過程，并隨機邀請學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答，講解制動能量回收的實現(xiàn)過程

制動能量回收的實現(xiàn)過程一般如下。

(1)在制動開始時，BMS將動力蓄電池的SOC發(fā)送給制動控制器。當(dāng)SOC>80%時，不進行

能量回收當(dāng)70%<SCI<20%時制動能量回收受動力蓄電池允許的最大充電電流制約當(dāng)SCI<70%

時，制動能量回收不受動力蓄電池允許的最大充電電流制約。

(2)制動控制器接收由壓力變送器傳送的制動主缸壓力信號，并計算出車輛所需的輪轂電機制動

強度上限。

(3)制動控制器根據(jù)輪轂電機的轉(zhuǎn)速，計算輪轂電機實際能夠提供的制動強度。

(4)比較需求的輪轂電機制動強度上限和輪轂電機實際能夠提供的制動強度，并將結(jié)果作為電信

號發(fā)送給MCU.

(5)輪轂電機工作在發(fā)電機狀態(tài)下，對外輸出交流電,MCU通過逆變器限制輪轂電孔產(chǎn)生的最

高電壓并對電壓進行升壓，以滿足動力蓄電池的充電要求，從而將電能轉(zhuǎn)移到動力蓄電池中。

(6)為了保護動力蓄電池，BMS需要時刻監(jiān)測動力蓄電池的溫度,如果溫度過高則停止制動能量

回收。

六、制動能量回收控制策略

【教師】請學(xué)生結(jié)合教材，討論影響制動能量回收的因素，并隨機邀請學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答，講解制動能量回收的控制策略

1.影響制動能量回收的因素

以采用四輪輪轂電楣區(qū)動的純電動汽車為例，影響其制動能量回收的因素主要有以下幾個方面。

1)輪轂電機的特性

輪轂電機既作為制動能量回收時的發(fā)電機，又作為提供驅(qū)動力的電動機，具空載特性、負(fù)載特性、

功率特性、轉(zhuǎn)矩特性、轉(zhuǎn)速特性、效率特性等機械特性直接影響了制動能量回收的效果。比外，在制

訂制動能量回收控制策略時，還要考慮輪轂電機溫升效應(yīng)的影響。

2)動力蓄電池的特性

在動力蓄電池SOC較高時，應(yīng)不進行制動能量回收或者只進行小功率的制動能量回收,當(dāng)動力蓄

電池SOC較｛氐時，在不影響安全的情況下，應(yīng)適當(dāng)提高制動能量回收效率.在城市道路工況下通常需

要頻繁進行制動能量回收，同時如果充電時間過長或者充電電流過大將影響動力蓄電池的性能，這就

要求動力蓄電池具有較高的充放電循環(huán)壽命和快速充放電能力。

3)車輛行駛工況

車輛在不同工況下行駛時，對制動頻率、制動強度的要求也不同。制動越頻繁、制動強度越低，

車輛可以回收的制動能量就越多。

4）操作的便利性與制動的安全性

車輛在制動時，首先需要保證的是滿足駕駛員的制動需求和制動時車輛對穩(wěn)定性的要求。在此前

提下，應(yīng)盡可能多地回收制動能量。

在車輛滑行階段（駕駛員無制動需求），制動能量回收會使車輛明顯減速，此時為了保證車速，

駕駛員需要踩踏加速踏板；而在車輛制動時，制動能量回收會使輪轂電機提供電氣制動力矩，并與機

械制動力矩共同作用于制動系統(tǒng)，這會加快車輛的制動，容易使車輛出現(xiàn)車輪抱死。因此，在制訂制

動能量回收控制策略時，必須考慮操作的便利性與制動的安全性。

【師生互動】

【教師】結(jié)合影響制動能量回收的因素，討論制動能量回收的控制策略，并邀請學(xué)生回答

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】總結(jié)、點評學(xué)生的回答，鼓勵回答較好的同學(xué)

2.常用的制動能量回收控制策略

1）并聯(lián)式制動能量回幡制策略

并聯(lián)式制動能量回收控制策略是在車輛原有的機械制動基礎(chǔ)上，疊加一部分電氣制動力矩，具有

成本低、改動小的特點，目前應(yīng)用較為廣泛。

當(dāng)制動踏板升度很小時，機械制動力矩存在一段死區(qū)，以作為制動踏板的自由行程，之后將隨制

動踏板開度的增大而加速增大，這與傳統(tǒng)燃油汽車的制動方式一致。電氣制動力矩則不存在死區(qū)，并

隨制動踏板開度的增大而緩慢增大.在制動踏板開度為零的情況下，存在一定的電氣制動力矩，此時

存在能量回收，即滑行能量回收.機械制動力矩與電氣制動力矩同時變化，兩者共同組成總制動力矩。

并聯(lián)式制動能量回收控制策略的優(yōu)點是容易實現(xiàn)，對車輛原有的制動系統(tǒng)改造較少，成本較低；

缺點是制動能量回收效率較低，當(dāng)制動能量回收提供的電氣制動力矩發(fā)生變化時，總制動力矩也發(fā)生

變化，這就使總制動特性不固定。

此外，還有以下兩點需要說明。

（1）滑行能量回收雖然有利于提升車輛的經(jīng)濟性，但考慮到駕駛舒適性，此時的電氣制動力矩要

適當(dāng)小一些，避免由于滑行能量回收導(dǎo)致車速B到氐太快，而使駕駛員不得不踩踏加速踏板來保持車速。

（2）該控制策略未考慮車速變化帶來的影響。

2）串聯(lián)式制動能量回收控制策略

串聯(lián)式制動能量回收控制策略是將機械制動與電氣制動進行耦合，優(yōu)先使用電氣制動，當(dāng)車輛所

需的制動力矩較大，制動能量回收所提供的電氣制動力矩?zé)o法滿足制動需求時，才選擇使用機械制動，

從而在保持制動效果的前提下完成制動能量回收.

采用串聯(lián)式制動能量回收控制策略，與傳統(tǒng)的單機械制動相比，駕駛員的制動感覺基本不變，目

制動能量回收效率明顯提升，但電氣、機械制動力矩均要可調(diào)，這就增加了制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.

同時，為了保證車輛的行駛穩(wěn)定性和安全性，制動能量回收系統(tǒng)要與ABS系統(tǒng)協(xié)調(diào)，這對控制系統(tǒng)的

實時性要求較高。

串聯(lián)式制動能量回收控制策略的優(yōu)點是制動能總回收效率較高；缺點是需要對機械制動系統(tǒng)進行

改造，為實現(xiàn)較好的制動感覺，需要較為復(fù)雜的控制手段與控制邏輯.

【師生互動】

【教師】結(jié)合制動能量回收的控制策略，請討論兩種控制策略的優(yōu)缺點及應(yīng)用場合，并邀請學(xué)生