新能源汽车

东风旅行车新能源汽车培训讲义,讲师：黄旭涛 2016年5月29日,简介,新能源汽车的概念,采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。,新能源汽车的分类,1.电动汽车(纯电动汽车BEV、混合动力电动汽车HEV和燃料电池汽车FCEV） 2.气体燃料汽车（利用可燃气体作为能源驱动如天然气和液化石油气） 3.生物燃料汽车（燃用生物燃料如乙醇燃料汽车和生物柴油汽车等） 4.氢燃料汽车（使用气体氢作为内燃机的燃料，以氢为主要能量驱动） 5.利用太阳能、原子能等其他能量形式驱动的汽车,简介,新能源汽车,电动汽车,混合动力汽车,纯电动汽车,燃料电池汽车,能量流耦合,混合程度,并联式,混联式,串联式,增程式,微度混合,轻度混合,中度混合,重/全混合,插电式,代用燃料汽车,节能汽车,简介,串联式混合动力系统结构,简介,电机,控制总成,超级电容组,电能传递,机械能传递,纯电动模式,电量充足,混合动力车工作原理说明,简介,Page 6,电机,发动机,控制总成,超级电容组,发电机,电能传递,机械能传递,串联模式,电量不足,串联混合动力车工作原理说明,简介,电机,发动机,离合器,控制总成,超级电容组,发电机,电气连接,机械连接,混联式混合动力系统结构,简介,发动机,电机,控制总成,超级电容组,离合器,电气连接,机械连接,MT手动挡并联系统,MT,耦合器,简介,工作模式,匀速工况,制动工况,起步、加速,并联式混合动力车工作原理说明,10米纯电动城市客车,主要技术参数：,产品主要特点：底盘、车身、电气控制一体化设计CAN数字网络通讯，实时监测车辆动态特征智能仪表显示系统电池组智能监控与管理电池组快换设计电池管理器（BMS）5A主动均衡，确保电池一致性车辆跛行技术能量制动回收技术安全防灾专有技术无油涡旋打气泵，确保气路无油,可延伸至11米、12米；,东风新能源客车介绍,12米气-电混合动力城市客车（插电式PLUG-IN),主要配置及技术参数,产品主要特点：系统采用先进的控制算法实现了发动机配合ISG电机的协调控制，解决了离合器前后端动力源转速差带来的滑摩影响；数据采集系统功能和可靠性，可以精确记录毫秒级动力系统实时数据，可图形化显示，便于数据回放和故障原因分析及控制策略改善 ；基于状态机原理的状态控制策略；先进的智能故障诊断技术；电池管理器（BMS）5A主动均衡；,东风新能源客车介绍,东风新能源客车介绍,10-12米纯电动警务平台车,主要技术参数：,适应于警务特点的电气系统一体化开发CAN数字网络通讯，实时监测车辆特征；超强的警务指挥系统350兆专网通信340兆专网图传内外8路视频监控音箱扩音系统全方位摄像系统超大面积办公区、来访区、接待区、休息区保证48小时的自用电源供应；可外接电源，保证屯警街面；电池管理器（BMS）5A主动均衡。,产品特点：,1、可延伸至12米，增加办公面积； 2、可用油电混合改装；,御风纯电动公务车介绍,纯电动公务车,主要技术参数：,产品特点：前轮前驱全冲压车身结构；豪华内装配置；智能仪表系统；制动能量回收；电池管理系统5A智能均衡；可选装无线充电系统；可直接改装为中巴客运车；,备注：46KWH的座位数10-17，61KWH的配10-15座；,御风纯电动公务车介绍,车辆采用交流永磁同步电机，不仅具备功率密度大、调速性能好、运行效率高等特点，且体积小、噪声低；整车通过碰撞及侧翻试验，相关试验结果均达到国家法规安全的要求，安全更可靠；整车通过严寒及高温路况试验，保证车辆可以适应各种恶劣环境；采用全承载式框架式车身结构，被动安全性好。可有效降低地板和整车重心高度，高速行驶安全性、稳定性好；采用国际先进水平的主动安全系统。德国Bosch公司最新版本的Bosch8.0 ABS防抱死制动系统；电子制动力分配系统EBD，辅助制动系统BAS；胎压监控系统TPMS，实时显示四轮轮胎压力和温度。,A08纯电动公务车,御风纯电动公务车介绍,1.前舱保险丝盒 2.高压配电箱 3.12V直流转换器 4.动转控制器 5.制动及离合器储液罐,御风纯电动公务车介绍,仪表各部分说明,单体最低电压,单体最高电压,单体最低温度,单体最高温度,低压蓄电池电压,动力电池容量,目录,概述 基本组成 车载储能系统 充电 驱动系统 辅助电动化系统,概述,纯电动汽车是以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶的车辆。动力驱动系统、车载储能系统是电动汽车的核心，也是区别于传统汽车的最大不同点。 纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，动力电池组相当于原来的油箱，电能是二次能源。 纯电动汽车优点众多，“能源转换效率高、有利于智能化”最具特点！,概述,电动汽车能源转换效率,煤、核能等100%,58%能量损耗,42%能量转换为电能,电池,充入汽车的电能100%,67%能量推动汽车,充电过程损耗17%,电机损耗7%,变流损耗3%,辅助机件损耗5%,机械传动耗损1%,车轮,能源综合转换效率为42% 67%28%,概述,85%能量转换为汽油,石油,油箱,汽油机汽车能源转换效率,17.9%能量推动汽车,热耗损65.3%,摩擦耗损8.5%,燃料耗损4.2%,传动系统耗损1.6%,辅助机件耗损2.5%,注入油箱的汽油,车轮,能源综合转换效率为85% 17.9%15%,概述,随着汽车电子技术的发展，汽车智能化技术正在逐步得到应用。它使汽车的操纵越来越简单，动力性和经济性越来越高，行使安全性越来越好。 电动汽车的电池、电机、电控本身就是建立在智能化、网络化基础上的。它们不仅可以在单个系统内通讯，还可以同时与多个系统通讯，以便选取更好的控制策略！目前，随着互联网技术在电动汽车上应用，电动汽车的智能化程度将会得到进一步提升！,概述,仪表,车载电池,车辆CAN总线,BMS控制系统,智能化、网络化优良的载体,行车记录仪,记录行驶时车辆运行状态及与网络通讯,辅助系统,集成控制器,电机控制器,车辆通讯示意图,基本组成,纯电动汽车主要由以下几个方面组成： 1. 车辆储能系统 2. 动力驱动系统 3. 车辆控制系统 4. 车身与底盘 5. 车辆辅助电动化系统 6. 车辆安全保护系统,基本组成,纯电动汽车的运转原理与传统汽车基本相似，只是在使用能源及驱动方式上有所改变。 储能系统相当于油箱； 驱动系统相当于发动机； 控制系统相当于ECU； 辅助电动化系统（空调、打气泵、DCDC、电加热、动力转向）输出能量不变，只是以电能为动力源罢了； 车身与底盘变化不大； 安全保护则是因为车辆所使用动力源为高压直流电，为了确保人员、车辆安全而增加的一项功能。,基本组成,动转,DC/DC,空调,主电机,控制器,管理电池,池箱一号电,池箱三 号电,池箱二 号电,纯电动汽车基本组成示意图,基本组成,车辆储能系统主要由动力蓄电池及电池管理系统组成。目前发展方向是提高蓄电池的能量密度、提高蓄电池的使用效率及降低成本。车辆驱动系统主要由电动机控制器及电动机组成。目前发展方向是提高能量转换效率、提高稳定性及降低成本。 车身与底盘主要注重降低风阻系数、轻量化车身、底盘空间较大易存放更多的电池组，用以提高车辆续航里程。 车辆辅助电动化系统主要由动力转向、空调、打气泵、电加热及DCDC等组成。主要发展方向为控制器集成、利于智能化控制、配件体积减小、降低成本及便于维护。 安全保护系统是为了确保驾驶人员、乘员、维护人员及车辆的安全而存在的。作用形式主要是以故障报警及智能化控制。但智能化控制程度较低,车载储能系统,纯电动汽车的车载储能系统主要由动力蓄电池及电池管理系统(BMS)组成。 蓄电池为车辆提供电能（动力源），再通过驱动电机把电能转换为机械能，以此来驱动车辆行驶； BMS可以全程监测、控制蓄电池的充放电过程，确保安全。并且它还可以通过车辆CAN总线与集成控制器通讯，一起采用更加合理的控制策略来控制车辆，高效率的使用动力电池。,电机控制器,驱动电机,高压配电箱,电能传输,机械能传输,车载电池,BMS控制系统,CAN总线,集成控制器,CAN线,仪表,车载储能系统,车载储能系统,纯电动汽车的蓄电池就像传统汽车的油箱。属于可循环充电的二次电池。 目前主要有铅酸电池、镍氢电池、 锂离子电池 、有机溶剂 、锌空气电池几种可适用纯电动汽车。而锂离子电池因其能量密度大、性能稳定、安全性高等优点应用较为广泛。锂离子电池中又以磷酸铁锂、三元材料锂离子电池用量较大。,车载储能系统,车载储能系统,电池术语及其定义,1.容量： 指电池在一定的放电条件下所放出的实际电荷量，单位是Ah或mAh。 2.额定容量（Ah）： 生产厂家标明的电池容量。 3.额定电压： 电池正负极材料因化学反应所造成的电位高低之差，利用这个反应所产生的电压称为额定电压。 4.内阻： 指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。由欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。其大小主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。,车载储能系统,5.自放电： 电池在开路状态下，其储存的电量在一定条件下的保持能力。 6.荷电（SOC）： 剩余电量与额定容量或时间容量的比值。 7.充放电倍率： 电池在规定的时间内放出其额定容量所需要的电流值，它在数据上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。 以100Ah电池为例： 0.3C充放电=0.3*100=30A； 0.5C充放电=0.5*100=50A； 1C充放电=1*100=100A； 2C充放电=2*100=200A。,电池术语及其定义,车载储能系统,锂离子电池的单体电压低、单体容量小。而电动汽车所需的电源平台电压较高、容量较大，电池在使用中必须成组。成组的电气联接使用电池混联（既有串联、又有并联）方式。片面的讲混联中串联是为了提高电源平台电压，并联是为了电源增大容量。但是，无论哪种电池的成组方式都是考虑到使用、安全，经过精密计算、严格实验后得出的。,车载储能系统,电池并联,电池串联,电池混联,串联后正负两极,车载储能系统,电池串联主要特点：电压升高Ua = Uc1 + Uc2 + Uc+ U(cn)Ua = U(cn) Ua :总电压 cn :电池总数量 2. 容量不变Ah = Aha Aha :单体容量 Ah :总体容量3. 电量增加Q = UaAhb Q = 电量,电池并联主要特点：电压不变Ua = U U :单体电压容量增大Ah = Ahb =Ahc1 + Ahc2 + Ahc3 + AhAh(cn) 3. 电量增加Q = UaAhb,车载储能系统,我们以EQ6640CLBEV车型为例，为大家介绍一下电池的成组使用。,车载储能系统,动力连接,电池箱连接示意图,车载储能系统,箱体介绍,前箱,模块负极,模块负极（充电）,模块正极,内部通讯,出风口,进风口,电池,BMS从控,车载储能系统,车辆1号电池箱电池排布方式为36串（图中一串表示8并）。二级零件号为21EV06-01051。,总负输出,充电输入,接2号箱负,车载储能系统,箱体介绍,中箱,出风口,模块负极,模块正极（充电）,进风口,内部通讯,模块正极,电池,BMS从控,熔断器,车载储能系统,车辆3号电池箱电池排布方式为8P48S(图中1串表示8并）。二级零件号为21EV06-01052。,接2号箱正,总正输出,充电输入,车载储能系统,箱体介绍,后箱,进风口,模块负极,出风口,内部通讯,模块正极,电池,BMS从控,熔断器,车载储能系统,车辆2号电池箱电池排布方式为8P20S(图中1串表示8并）。二级零件号为21EV06-01053,接1号箱正,接3号箱负,车载储能系统,电池管理系统（ BMS ）作为电池保护与管理的核心部件，不仅可以安全、高效的使用电池。还可以与车辆通讯，以便使车辆选用更好的控制策略，更好的运营车辆。 具体功能如下：数据采集、剩余电量（SOC）估算、充放电控制、（均衡、热量、安全）管理、通讯（与自身、车辆）及故障报警。,车载储能系统,电池管理系统（BMS）主要硬件设施包括：主控板、绝缘检测板、电流传感器各一个，从控板、温度传感器N个及线束若干。各自主要功能如下： 主控板：剩余电量（SOC）估算、充放电控制、（均衡、 热量、安全）管理、通讯及故障报警。 从控板：电池电压、温度采集及通讯。 电流传感器：反馈充放电电流。 绝缘检测板：采集绝缘电阻及通讯。 温度传感器：反馈电池温度。,车载储能系统,车载储能系统,主控板接插件介绍,车载储能系统,从控板接插件定义,车载储能系统,从控板电压采集，采用在单串电池与从控板之间装设导线的方式获取电压信号。,总负,总正,电压采集线依次从总负到总正顺序排列,车载储能系统,绝缘检测板接插件定义,充电,电动汽车的充电目前大约有以下三种形式： 传导式：以电缆为传输介质，直接传输电能的形式。 感应式：基于电磁感应原理，在空间范围内进行无线传输电能的形式。 快换式：通过全自动或半自动机械设备进行车载电池的快速更换形式。,传导式充电又以其成本低、传导效率高的优点得到广泛应用。 缺点：需人工操作、连接部分易损坏、安全性较低（需安全详细的操作、保养规程）。,充电,传导式充电分为两种类型： 交流充电：由交流充电桩提供220v或380v交流电。由车载充电机完成交流到直流的转换。充电时间较长。 直流充电：由非车载充电机完成交流（市 电）到直流的转换。充电机功率较大。在 当前电池状态下，可实现快速充电。,充电,交流充电设施 交流充电桩 车载充电机,1.输出是交流电（AC）2.使用七孔充电枪,充电,直流充电设施 直流充电柜 充电桩,1.输出直流（DC)2.使用的是9孔充电枪,充电,电机控制器,电池储能系统,非车载充电设备,驱动电机,高压配电箱,动力传输,输能量传,直流充电动态工作图示,充电,直流充电机安装基本注意事项： 选择合适场地，考虑防尘、防潮、防腐蚀及利于车辆进出等。 选取容量足够的三相五线制电源。 选取适配的开关设备、电缆。 充电机需固定且底座需抬高15cm左右。 电气安装需满足国标安全用电要求。 建立车辆限位及充电机防撞设施。 充电人员必须经专业培训方可上岗。,充电,直流充电基本流程： 关闭车辆总电源及充电机控制电源。 牢固连接充电插头、插座。 开启充电机控制电源并查看通讯是否正常。 开启充电机并观察车辆仪表。 停机后（1.BMS停机；2.手动停机）,关闭充电机控制电源。 拔掉充电插头放置妥当，关闭车辆插座护盖。,充电,驱动系统,电动汽车驱动系统由牵引电动机、电动机控制器、机械传动装置、车轮等构成。它是电动汽车最重要的系统之一，决定着车辆性能的好坏。它通过加速踏板、制动踏板及档位操作输出信号，控制驱动电动机使车辆运行。当车辆减速制动时，电动机处于发电状态，给储能动力源充电。我们称这种现象为“再生制动”，它能使车辆续航能力提长15%20%。,驱动系统,电机控制器,电池储能系统,充电接口,驱动电机,高压配电箱,动力传输,输能量传,驱动系统动态工作图示,驱动系统,再生制动动态工作图示,电机控制器,电池储能系统,充电接口,驱动电机,高压配电箱,动力传输,输能量传,驱动系统,车辆动力驱动电气原理：,动力电源,高压箱,主电机控制器,主电机,整车控制器,档位信号,制动信号,油门信号,冷却水泵,动转,散热风扇,预充信号,主接触器信号,控制电源,驱动系统,主电机控制器与整车关系图,驱动系统,驱动系统按所使用电动机分类，在电动汽车上，目前大约有三种： 直流电机驱动系统：采用有刷直流电机，用斩波器控制方式控制。 交流电机驱动系统：采用转子为鼠笼式三相异步电机，用矢量变频调速方式控制。 永磁同步电机交流驱动系统：采用永磁同步无刷直流电机和三相永磁同步电机。,三种驱动系统中，永磁同步电机交流驱动系统效率最高、体积最小、重量最轻、控制精准，也没有直流电机的换向器各电刷等缺点。 目前在电动汽车上得到了一定的使用。但是，该类系统现在还存在成本较高缺点，在可靠性和使用寿命等指标上也比感应电动机差。另外，对较大功率的电机，要做到体积小、重理轻尚存在一定难度。,驱动系统,永磁同步电机交流驱动系统：东风御风电机控制器,此控制器是一种专用的DC/AC电压源逆变器，采用IGBT作为功率开关器件。主电路为两电平，三相桥式结构。冷却方式为水冷。,控制器的直流输入,控制器的交流输出,控制器的主要功能是将输入的直流电逆变成电压、频率可调（简称VVVF ）的三相交流电用于驱动永磁/异步电动机或者将制动时永磁/异步电动机发出的三相交流电整流成直流电回馈到超级电容或电池进行储存。,驱动系统,CAN网路总线,整车控制器,电池管理系统,辅助控制系统,仪表显示,信号输入后BMS检测信号反馈,主电机控制器,信号经由CAN线网络输入整车控制器,进行输出控制,输出信号经由CAN线到仪表显示,为了精准控制车辆，此驱动电机控制器与车辆其它系统采用CAN网络通讯。,驱动系统,逆变IGBT模块,支撑电容,预充电接触器,放电电阻,预充电电阻,主接触器,熔断器,前端电压,后端电压,交流电流传感器,直流电流传感器,电机控制器电气原理图,驱动系统,预充电过程,驱动系统,电驱动系统驱动过程,驱动系统,电驱动制动能量回收过程,驱动系统,支撑电容放电过程,驱动系统,主电机控制器整体实物图,熔断器,电压检测板,直流电流传感器,电源板,主接触器,交流电流传感器,控制板,低压信号插头,支撑电容,放电电阻,磁环：防止电磁干扰,驱动系统,永磁同步电机交流驱动系统：东风御风电机,此电机为三相交流永磁同步电动机。转子为永磁材料所制，功率因数高。冷却方式为水冷。,主电机冷却水口,电机三相交流线,辅助电动化系统,辅助电动化系统是指：为了保证车辆在运行过程中的操纵性、安全性及舒适性，而存在一些功能系统。这些功能与传统汽车相似，只是由电能为其提供动力来源。它主要包括动力转向、空调、打气泵、电加热及DCDC等。 目前，辅助电动化系统的子系统大多运用单一工作模式，不利于节能，车辆操纵、安全及舒适性较低。各个子系统集成、智能化控制是其发展方向。,辅助电动化系统,动力转向,DCDC,空调,打气泵,电加热,辅助电动化系统,辅助电动化系统结构、功能示意图,辅助电动化系统,纯电动汽车的动力转向多采用电动机拖动液压油泵，利用油泵产生的强油压来驱动机械