新能源汽车技术全套教学课件

新能源汽车技术

全套可编辑PPT课件绪论项目一纯电动汽车的概述项目二动力蓄电池及管理技术项目三驱动电机及控制技术项目四整车控制及轻量化技术项目五纯电动汽车其他关键技术项目六混合动力电动汽车项目七燃料电池电动汽车全课导航绪

论0.1概述0.2分类0.3发展前景0.1新能源汽车概述1.概念

根据我国工业和信息化部发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》，新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或者主要依靠新型能源驱动的汽车。新能源汽车概念：

石油短缺、环境污染、气候变暖等问题已成为世界各国面临的共同挑战，汽车产业由传统燃油汽车向新能源汽车转型已成为大势所趋。2.背景在节能减排方面，我国承诺于2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和（简称“双碳”目标），从碳达峰到碳中和的时间远远短于发达国家所用的时间，这就需要我们做出巨大的努力。有利于缓解石油短缺问题，有助于建设环境友好型社会在优化能源结构的同时，还可以实现汽车制造技术的突破，从而推动我国经济健康稳定发展3.意义我国纯电动汽车的发展现状

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由于汽车工业是我国国民经济的重要支柱产业，在国民经济和社会发展中起着至关重要的作用，因此发展新能源汽车已成为我国经济和社会发展的必由之路。发展新能源汽车意义如下：3.意义近年来，节能环保压力促进了汽车技术向低碳化方向发展，互联网、大数据、云计算、人工智能、新能源、新材料等技术的发展，给汽车产业带来了巨大变革，在技术层面推动了传统燃油汽车向新能源汽车的转变。以电力驱动为主线的“三电（电池、电机、电控）”技术成为新能源汽车的核心技术，与之配套的充电、储能等辅助技术则推进了新能源汽车的实际应用。物联网、智能技术的革新推动了智能网联汽车技术的发展，促进了汽车产业与其他领域的跨界融合，为实现“SCSTSV”（smartcities，SC，即智慧城市；smarttransport，ST，即智能交通；smartvehicles，SV，即智能汽车）愿景奠定了基础。0.2新能源汽车的分类1．纯电动汽车纯电动汽车是一种驱动能量完全由电能提供，由驱动电机驱动的汽车。驱动电机所用电能来源于车载可充电储能系统（动力蓄电池）或其他能量储存装置。２．混合动力电动汽车混合动力电动汽车是指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车。（1）可消耗的燃料（2）可再充电能/能量储存装置小贴士：在我国，不可外接充电式（非插电式）混合动力电动汽车未被列入新能源汽车行列，故此类汽车不属于本书所介绍的新能源汽车范畴。按照动力系统结构形式的不同，可分为：２．混合动力电动汽车混合动力电动汽车串联式混联式并联式按照外接充电能力的不同，可分为：混合动力电动汽车可外接充电式不可外接充电式插电式混合动力电动汽车就属于此类３．燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车纯燃料电池电动汽车混合燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是指以燃料电池系统为单一动力源，或者以燃料电池系统与车载可充电储能系统为混合动力源的电动汽车。0.3新能源汽车的发展前景进入二十一世纪后，我国汽车产业开始高速发展，现已经成为世界第一汽车生产和销售大国。未来10～15年，我国将全面掌握高比能、高安全动力蓄电池，高效率驱动电机系统，先进电控系统，全新整车平台，以及高性能长寿命燃料电池等新能源汽车关键装备的生产技术，并达到世界先进水平。燃料电池电动汽车是全球汽车动力系统转型升级的一个重要发展方向，也是我国新能源汽车发展战略的重要组成部分。新能源汽车将逐渐成为汽车产业的主流产品，汽车产业将基本实现电动化转型。前景课堂小结老师在APP中生成作业布置二维码，放在此处即可二维码放置处作业布置文旌客服联系方式对课件有修改、优化建议作业布置遇到问题想免费使用平台免费建课请扫描右侧二维码，添加客服微信解决文旌客服（全书只有第一章放此页）谢谢新能源汽车技术

绪论项目一纯电动汽车的概述项目二动力蓄电池及管理技术项目三驱动电机及控制技术项目四整车控制及轻量化技术项目五纯电动汽车其他关键技术项目六混合动力电动汽车项目七燃料电池电动汽车全课导航项目一纯电动汽车的概述项目一

纯电动汽车的概述当前，随着新一轮科技革命和产业变革的孕育和兴起，新能源汽车产业正进入加速发展的新阶段，这不仅为我国经济增长注入了强劲新动能，也有助于应对气候变化的挑战、改善全球生态环境和推动汽车产业的转型升级。

纯电动汽车是新能源汽车的重要分支，在我国新能源汽车保有量中的占比高达80%。预计到2035年，纯升级。纯电动汽车是新能源汽车的重要分支，在我国新能源汽车保有量中的占比高达80%。预计到2035年，纯电动汽车将成为新销售车辆的主流。本项目主要介绍纯电动汽车的系统组成、技术条件等基础知识，以及纯电动汽车的动力性和经济性等特性，为后续任务的学习奠定基础。项目导读学习目标(1)掌握纯电动汽车各系统的结构。(2)熟悉纯电动汽车的技术条件。(3)掌握纯电动汽车动力性的分析方法。(4)掌握纯电动汽车经济性的分析方法。(1)能够识别纯电动汽车的主要设备。(2)能够分析纯电动汽车的动力性和经济性。(1)培养科学严谨、精益求精的工匠精神。(2)养成严肃认真、一丝不苟的工作作风。知识目标技能目标素质目标任务1.2分析纯电动汽车的特性任务1.1认识纯电动汽车项目导航任务1.1

认识纯电动汽车任务引入

纯电动汽车与传统燃油汽车不同，它是靠驱动电机将电能转换成机械能来驱动车辆行驶的。

纯电动汽车主要由动力蓄电池系统、驱动电机系统、整车控制系统、辅助系统等电动系统，以及车身、底盘等常规系统组成。与传统燃油汽车相比，纯电动汽车无须发动机，其驱动电机相当于传统燃油汽车的发动机，动力蓄电池相当于传统燃油汽车的油箱。

任务要求：学生从动力蓄电池系统、驱动电机系统、整车控制系统、辅助系统等方面认识纯电动汽车的结构和原理。任务引入表1知识与技能要求任务内容认识纯电汽车学习程度识记理解应用学习任务动力蓄电池系统●驱动电机系统●整车控制系统●辅助系统●实训任务认识纯电动汽车的基本结构●熟悉各系统主要设备及其安装位置●分析纯电动汽车的工作原理●自我勉励任务工单——认识纯电动汽车1．任务描述学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，在实训车辆或整车实训平台上认识纯电动汽车各系统的基本结构，熟悉各系统主要设备的结构特点及安装位置，分析纯电动汽车的工作原理。序号名称型号与规格单位数量备注2．工具和器材准备各小组根据实训所用纯电动汽车的型号，收集、整理该车的基本结构、功能特点等相关资料，并进行工作规划，将实训所需的工具和器材填入表2中。任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施各小组按照最终实施方案，系统地认识实训车辆，并将实施内容及完成情况填入表中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结相关知识1.1.1动力蓄电池系统1.1.2驱动电机系统1.1.3整车控制系统1.1.4辅助系统

纯电动汽车在传统燃油汽车的基础上取消了发动机系统，同时增加了动力蓄电池系统、驱动电机系统、整车控制系统、充电系统、制动能量回收系统、安全保护系统等电动系统。1.1.1动力蓄电池系统1．动力蓄电池系统的基本结构

动力蓄电池系统是纯电动汽车的动力源，用于储存和提供电能。

动力蓄电池系统主要由动力蓄电池箱、动力蓄电池、BMS、辅助元器件等组成。1.1.1动力蓄电池系统用于支撑、固定和保护动力蓄电池系统，主要由上盖、下托盘、正负极引出插孔、采集线接口、维修开关等组成。1.1.1动力蓄电池系统1．动力蓄电池系统的基本结构动力蓄电池箱动力蓄电池辅助元器件BMS主要用于检测电池单体的电压、电流及动力蓄电池的总电压、总电流、温度等状态信息，并控制动力蓄电池充放电，以防止动力蓄电池过充电和过放电。用于储存和提供电能，通常先由多个电池单体串/并联组成电池模块，再由多个电池模块串联组成电池包。主要包括继电器、预充电阻、熔断器、电流传感器、温度传感器、动力蓄电池内部线缆和高/低压连接器等。

动力蓄电池系统首先接收和储存由充电系统和制动能量回收系统提供的电能，然后通过高压配电盒为驱动电机、电动压缩机、PTC加热器等高压电气设备供电；同时，通过DC/DC变换器进行电压/功率变换，然后为低压电气设备供电，并为低压辅助电池充电。动力蓄电池放置在密闭的动力蓄电池箱内，通过高压连接器与高压配电盒相连，输出高压直流电。BMS实时采集动力蓄电池的电压、电流、温度等数据，监控动力蓄电池的工作状态，并通过总线网络与整车控制器（vehiclecontrolunit，VCU）进行通信，从而对动力蓄电池系统的充放电进行综合管理。

国货之光：在动力蓄电池技术方面，我国宁德时代、比亚迪两大企业都具有国际领先优势。1.1.1动力蓄电池系统2．动力蓄电池系统的工作原理1.1.2驱动电机系统纯电动汽车的驱动电机系统构成：驱动电机电机控制系统驱动电机系统用于将动力蓄电池系统输送来的电能转换成机械能电机控制器冷却系统减速器总成驱动电机及MCU在运行时会产生大量热能，冷却系统用于将这部分热能传递至外界，使驱动电机及MCU工作在一个温度相对稳定的环境中。对驱动电机进行启动、加减速、制动等运行状态的控制，并实时进行状态和故障监测，以保障驱动电机系统安全可靠地运行。是驱动电机的传动装置，用于将驱动电机的机械能传递至车轮，使车辆达到相应的车速。

整车控制系统是纯电动汽车的“大脑”，负责整车信息的采集、处理和传递，并对纯电动汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性等进行综合控制。

整车控制系统主要由VCU及相关控制线路组成，可分为低压电控系统、高压电控系统、整车网络管理系统三部分。1.1.3整车控制系统1．整车控制系统的基本结构低压电控系统：用于控制低压电气设备和电路，如低压辅助电池的充电控制，车灯、刮水器等低压电气设备的电源控制，VCU和高压系统各控制电路的电源控制。高压电控系统：用于控制高压电气设备，如动力蓄电池、驱动电机、电动压缩机、DC/DC变换器等。高压电控系统可根据车辆行驶的功率需求，实现从动力蓄电池到驱动电机的能量转换与传输控制。整车网络管理系统：用于VCU与电机控制系统、BMS、车身控制系统、信息显示系统等子系统之间的通信与管理。VCU一般通过CAN总线与各子系统进行通信。1.1.3

整车控制系统1．整车控制系统的基本结构（1）整车控制模式的判断和驱动控制。（2）整车能量优化管理。（3）整车通信网络管理。（4）制动能量回收控制。（5）故障诊断和处理。（6）车辆状态监测与显示。1.1.3整车控制系统2．整车控制系统的主要功能（1）VCU通过CAN总线和I/O端口来获取启动信号、充电信号、加速/制动踏板位置信号、当前车速等状态信息和整车故障信息（如有），以此来判断当前需要的整车工作模式，如充电模式、行驶模式等；根据当前车辆状态和相关参数，计算车辆的转矩输出能力，然后结合当前车辆行驶需要的转矩，计算出合理的输出转矩，从而实现对车辆的驱动控制。（2）整车控制系统可对电能分配进行合理优化，以提高车辆的续驶里程。（3）整车控制系统以VCU为中心组建整车通信网络，通过与BMS、MCU、空调控制器等模块的通信，实现信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理、信息优先权的动态分配和网络故障的诊断与处理等网络管理功能。（4）纯电动汽车可在车辆制动时对制动能量进行回收，以提高车辆的续驶里程。（5）整车控制系统持续监测整车的状态，并进行故障诊断。（6）整车控制系统可对车辆状态进行实时监测，并将各子系统的状态信息发送给信息显示系统，通过数字仪表盘显示车辆状态信息，如驱动电机的转速和温度，动力蓄电池的剩余电量，车辆的车速、行驶里程等信息。交流充电系统（慢充）直流充电系统（快充）纯电动汽车的常规充电系统，它是使用民用220V单相交流电源（家用电源或交流充电桩），通过车载充电机进行整流变换，将220V单相交流电变换为高压直流电，然后为动力蓄电池充电一般使用工业380V三相交流电作为电源，将电源提供的交流电变成高压、大电流的直流电，然后直接为动力蓄电池充电。1.1.4辅助系统1．充电系统供电设备交流充电接口高压充电线束车载充电机高压配电盒交流充电系统为交流充电桩和充电连接装置，也可以是家用电源连接供电设备和车内的高压充电线束连接交流充电接口与车载充电机，将交流充电桩输入的220V单相交流电输送至车载充电机用于将220V单相交流电转换成动力蓄电池所需的高压直流电整车的高压配电管理，对各电能输出线路进行控制，并具有过电流保护、过电压保护、高温保护等功能。1.1.4辅助系统1．充电系统1.1.4辅助系统1．充电系统供电设备直流充电接口高压充电线束高压配电盒直流充电系统直流充电桩和充电连接装置组成，可将380V三相交流电转换成动力蓄电池所需的高压直流电直流充电桩和充电连接装置组成，可将380V三相交流电转换成动力蓄电池所需的高压直流电将高压直流电输送给动力蓄电池，同时对动力蓄电池的电源输出及分配进行管理，实现对各支路电气设备的保护用于连接直流充电接口和高压配电盒，将直流充电桩输入的高压直流电输送至高压配电盒

制动能量回收系统就是把纯电动汽车不需要的或有害的惯性运动所产生的机械能转换为电能，并回馈至动力蓄电池，同时产生制动力矩，使车辆迅速减速的系统。

制动能量回收系统也称再生制动系统，它可在车辆滑行、减速或下坡时，将车辆行驶过程中的机械能转换为电能，储存在动力蓄电池或其他车载储能装置中。制动能量回收对提高纯电动汽车的能量利用率具有重要意义。1.1.4辅助系统2．制动能量回收系统

纯电动汽车上有大量高压电气设备，因此必须设置安全保护系统，以确保驾乘人员和维修人员的安全。

纯电动汽车常用的安全保护系统有高压防护系统和充电保护系统等。此外，纯电动汽车必须配备故障自诊断系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时，自动控制高压系统断电，以防止事故的发生。1.1.4辅助系统3．安全保护系统课堂小结任务1.2分析纯电动汽车的特性任务引入

比亚迪全新高端汽车品牌仰望及其核心技术“易四方”正式发布，新能源硬派越野车U8和纯电动高性能超级跑车U9盛装亮相。“易四方”技术是一套以四电机独立驱动为核心的动力系统，它从感知、决策、执行三个维度围绕新能源汽车的特性进行了全面重构，颠覆了传统燃油汽车动力系统的能力体系，国内汽车技术的飞跃式发展和国产汽车品牌的快速崛起。任务引入表1知识与技能要求任务内容分析纯电动汽车的特性学习程度识记理解应用学习任务纯电动汽车的技术条件●纯电动汽车的动力性●纯电动汽车的经济性●实训任务分析纯电动汽车的动力性●分析纯电动汽车的经济性●自我勉励任务工单——分析纯电动汽车的动力性和经济性1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，查阅相关技术资料，收集、整理实训车辆的各项技术参数，并分析该纯电动汽车的动力性和经济性。序号名称内容描述单位数量备注2．工具和器材准备

各小组查阅相关资料，熟悉实训车辆的结构特点和技术参数，并进行工作规划，将实训所需的各项数据资料填入表中。任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地分析实训车辆的动力性和经济性，并将实施内容及完成情况填入表中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结相关知识1.2.1纯电动汽车的技术条件1.2.2纯电动汽车的动力性1.2.3纯电动汽车的经济性

我国国家标准《纯电动乘用车技术条件》（GB/T28382—2012）规定了座位数在5座及以下的纯电动乘用车的技术条件。1．质量分配要求2．安全要求3．动力性要求4．低温启动性能要求5．续驶里程要求6．可靠性要求7．车辆上安装的动力蓄电池的要求1.2.1纯电动汽车的技术条件扫码或点击图片播放视频

车辆的驱动电机及动力蓄电池系统应合理布置，使质量分布均衡。车辆的动力蓄电池总质量与整车整备质量的比值不宜大于30%。1．质量分配要求1.2.1纯电动汽车的技术条件2．安全要求（1）《电动汽车安全要求》（GB18384—2020）对电动汽车特殊安全的规定。（2）《乘用车制动系统技术要求及试验方法》（GB21670—2008）对制动性能的规定。（3）《汽车正面碰撞的乘员保护》（GB11551—2014）和《汽车侧面碰撞的乘员保护》（GB20071—2006）对乘员保护的规定。（4）在设计车辆时应考虑车辆启动、车速低于20km/h时，能够给车外人员发出适当的提示性声响

根据最大工作电压的不同，将电气元件或电路的电压等级分成了A、B两级。小贴士1.2.1纯电动汽车的技术条件3．动力性要求（1）30min最高车速。按照《电动汽车动力性能试验方法》（GB/T18385—2005）规定的试验方法，车辆能够持续行驶30min以上的最高平均车速应不低于80km/h（2）加速性能。按照《电动汽车动力性能试验方法》（GB/T18385—2005）规定的试验方法，车辆从0km/h到50km/h所用的加速时间应不超过10s，从50km/h到80km/h所用的加速时间应不超过15s。（3）爬坡性能。按照《电动汽车动力性能试验方法》（GB/T18385—2005）规定的试验方法，车辆通过4%坡度的爬坡速度应不低于60km/h，通过12%坡度的爬坡速度应不低于30km/h，车辆最大爬坡度应不低于20%。1.2.1纯电动汽车的技术条件4．低温启动性能要求车辆在−20℃±2℃的试验环境温度下，浸车8h后，应能正常启动、行驶。5．续驶里程要求根据《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法第1部分：轻型汽车》（GB/T18386.1—2021）规定的试验方法，车辆的工况法续驶里程应大于80km。1.2.1纯电动汽车的技术条件01里程分配02故障03车辆维护04性能复试6．可靠性要求1.2.1纯电动汽车的技术条件车辆的可靠性应满足以下要求:里程分配：可靠性行驶试验的总里程为15000km，其中强化坏路2000km，平坦公路6000km，高速公路2000km，工况行驶5000km。动力性试验里程及各试验间的行驶里程等可计入可靠性行驶试验里程。故障：在整个可靠性行驶试验的过程中，VCU、总线系统、动力蓄电池系统、驱动电机系统、充电系统等不应出现危及人身安全、引起主要总成报废、对周围环境造成严重危害的故障（致命故障）；也不应出现影响行车安全、引起主要零部件和总成严重损坏，或用易损备件和随车工具不能在短时间内排除的故障（严重故障）。其他系统和零部件参照相关标准的要求。车辆维护：车辆的正常维护应按照车辆制造厂的规定；整个可靠性行驶试验期间，不应更换动力系统的关键部件，如驱动电机及MCU、动力蓄电池及BMS、充电系统等。性能复试：可靠性行驶试验结束后，应进行30min最高车速、续驶里程复试。30min最高车速的复测值应不低于初始测试值的80%，且应不低于70km/h；工况法续驶里程的复测值应不低于初始测试值的80%，且应不低于70km。

（1）一般要求。动力蓄电池根据其类型，应符合行业标准《电动汽车用铅酸蓄电池》（QC/T742—2006）、《电动汽车用锂离子蓄电池》（QC/T743—2006）或《电动汽车用金属氢化物镍蓄电池》（QC/T744—2006）的要求。

（2）低温容量。动力蓄电池在环境温度为−20℃时的容量与常温下的容量之比，应不小于70%。根据动力蓄电池的类型，试验方法应符合上述三个行业标准中相应的条款。7．车辆上安装的动力蓄电池的要求1.2.1纯电动汽车的技术条件1．驱动电机的特性1.2.2纯电动汽车的动力性

指驱动电机的转矩与转速之间的关系。不同类型的驱动电机之间的机械特性差异较大。若驱动电机具有较大范围的恒功率运行区域，则其最大转矩通常较大。工作特性机械特性

驱动电机通常在低速运行时呈现恒转矩特性，在高速运行时呈现恒功率特性。纯电动汽车动力性指标最高车速加速性能爬坡性能2．纯电动汽车的动力性分析1.2.2纯电动汽车的动力性

当车辆达到最高车速时，驱动电机处于恒功率运行状态，此时车辆的驱动力与行驶阻力（空气阻力+车轮滚动阻力）处于平衡状态，反映在平衡图上，驱动力与行驶阻力两条曲线的交点A处对应的车速即最高车速，约为110km/h。

由于驱动电机会受其最高转速的限制，因此在通过上述方法得出最高车速后，还需进行校验，以保证最高车速对应的驱动电机转速不超过驱动电机的最高转速，否则，应以驱动电机的最高转速所对应的车速作为车辆的最高车速。2．纯电动汽车的动力性分析1.2.2纯电动汽车的动力性最高车速

使用两挡减速器的纯电动汽车的车速与时间关系曲线如图，由图可知，该车从静止状态（v=0km/h）到50km/h所用的加速时间约为7.5s，满足相关标准规定的不超过10s的要求；从50km/h到80km/h所用的加速时间约为6.5s，满足相关标准规定的不超过15s的要求。2．纯电动汽车的动力性分析1.2.2纯电动汽车的动力性加速性能

纯电动汽车的爬坡性能主要取决于驱动电机的机械性能，坡度越大，驱动电机需要输出的转矩越大，转速就越低。

该车通过4%坡度的爬坡速度约为75km/h（二挡），满足相关标准规定的不低于60km/h的要求；通过12%坡度的爬坡速度约为36km/h（一挡），满足相关标准规定的不低于30km/h的要求；车辆最大爬坡度为24%，满足相关标准规定的不低于20%的要求。2．纯电动汽车的动力性分析1.2.2纯电动汽车的动力性爬坡性能

在进行试验时，纯电动汽车须按照试验循环行驶工况中规定的车速和时间程序行驶。根据《中国汽车行驶工况第1部分：轻型汽车》（GB/T38146.1—2019），中国汽车行驶工况是指在中国交通环境下，描述特定车辆（如乘用车、商用车、城市客车等）行驶特征的时间-速度曲线。1.试验循环行驶工况1.2.3纯电动汽车的经济性

能量消耗率是指车辆经过规定的试验循环后，对动力蓄电池重新充电至试验前的容量，将从电网上得到的电能（能量消耗量）除以试验行驶里程所得的值，单位为Wh/km。续驶里程能量消耗率

续驶里程包括等速续驶里程和工况法续驶里程，主要用于纯电动汽车动力蓄电池、驱动电机及传动效率、车辆的实用性等方面的综合评价。2.纯电动汽车的经济性指标1.2.3纯电动汽车的经济性课堂小结老师在APP中生成作业布置二维码，放在此处即可二维码放置处作业布置谢谢观看新能源汽车技术

绪论项目一纯电动汽车的概述项目二动力蓄电池及管理技术项目三驱动电机及控制技术项目四整车控制及轻量化技术项目五纯电动汽车其他关键技术项目六混合动力电动汽车项目七燃料电池电动汽车全课导航项目一纯电动汽车的概述项目二

动力蓄电池及管理技术

当前，全球新能源汽车竞争的焦点主要集中在动力蓄电池、驱动电机等核心部件的研发与产业化方面。我国动力蓄电池技术已走在了世界前列，动力蓄电池的产业化规模也稳居世界首位。BMS能够在充分发挥动力蓄电池优越性能的同时，对其进行多重保护，以延长动力蓄电池的使用寿命，降低纯电动汽车的运行成本。我国BMS行业起步较晚，但其市场规模逐步扩大，技术水平也得到了快速提升。

本项目主要介绍动力蓄电池的结构和工作原理，以及BMS的基本功能和基本结构。项目导读学习目标（1）掌握锂离子电池的结构和工作原理。（2）掌握锂离子电池的特点和应用。（3）熟悉超级电容与飞轮电池的结构、工作原理和特点。（4）熟悉钠离子电池的特点。（5）掌握BMS的基本功能和基本结构。（1）能够识别动力蓄电池的基本结构。（2）能够分析BMS的主要性能。（1）能够识别动力蓄电池的基本结构。（2）能够分析BMS的主要性能。知识目标技能目标素质目标项目导航任务2.1认识动力蓄电池任务2.2分析BMS的性能任务2.1

认识动力蓄电池任务引入

目前，纯电动汽车搭载的动力蓄电池通常为锂离子电池。主要分为两种。三元锂电池锂离子电池磷酸铁锂电池能量密度较高，对应的汽车续驶里程也相对较高，并且在耐低温性能上具有很大优势，故应用较多能量密度较低，但安全性要高于三元锂电池。除上述两种锂离子电池外，动力蓄电池还包括超级电容、飞轮电池、钠离子电池等类型，它们的结构和工作原理各不相同，性能也有差异。

任务要求：学生从锂离子电池、超级电容、飞轮电池等方面认识动力蓄电池。任务引入表1知识与技能要求任务内容认识动力蓄电池学习程度识记理解应用学习任务锂离子电池的结构、类型、特点和应用●锂离子电池的工作原理●超级电容的分类、结构、工作原理和特点●飞轮电池的结构、工作原理和特点●实训任务识别动力蓄电池的基本结构●分析动力蓄电池的基本结构●自我勉励任务工单——认识动力蓄电池1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，在整车或动力蓄电池实训平台上识别动力蓄电池的基本结构，分析动力蓄电池的工作原理和主要部件的功能。序号名称型号与规格单位数量备注2．工具和器材准备

各小组查阅资料，熟悉实训车辆所用动力蓄电池的类型、结构特点和相关技术参数，并进行工作规划，将实训所需的工具和器材填入表2中。表2任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地认识实训车辆所用动力蓄电池，并将实施内容及完成情况填入表3中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表3相关知识2.1.1锂离子电池2.1.2超级电容2.1.3飞轮电池

锂离子电池是一种将锂离子作为活性物质的化学电池。锂离子电池的电解质一般为非水溶液。非水溶液由有机溶剂或非水无机溶剂加入无机盐制成，其中有机溶剂主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁内酯等，非水无机溶剂主要有亚硫酰氯、液体二氧化硫等，无机盐主要有高氯酸锂、氯化铝锂、氟硼酸锂、溴化锂等。2.1.1锂离子电池经验传承

锂和水接触会立即发生剧烈反应，因此不能用水溶液作为电解质，且必须对全部材料和零部件进行严格脱水和可靠密封。锂电池遇水现象1．锂离子电池的结构和类型2.1.1锂离子电池

在锂离子电池中，正极材料的成本占整个电池成本的40%以上，且在当前的技术条件下，锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料。锂离子电池根据正极材料的不同，可分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元锂电池、磷酸铁锂电池等类型。

不同类型的锂离子电池，其结构也有所不同，但一般都是由正极、负极、隔膜、电解质（图中未标出）、电池外壳、保护阀等组成的，如图1所示。图12．锂离子电池的工作原理2.1.1锂离子电池

关于锂离子电池的工作原理，目前人们是以固体物理学中嵌入的概念来解释的。这里的嵌入是指可移动的客体粒子（分子、原子、离子）可逆地嵌到具有合适尺寸的主体晶格中的网络空格点上的方式。锂离子电池的正极和负极材料都是由锂离子和电子的混合导体嵌入化合物形成的。2．锂离子电池的工作原理2.1.1锂离子电池充电时，锂离子从正极材料晶格中脱出，通过电解质和隔膜后嵌入到负极材料晶格中；放电时，锂离子从负极材料晶格中脱出，通过电解质和隔膜后嵌入到正极材料晶格中。

在整个充放电过程中，锂离子往返于正、负极之间。同时，由于隔膜的作用，电子只能通过外电路由正极移动至负极（充电时）形成充电电流，或由负极移动至正极（放电时）形成放电电流。2．锂离子电池的工作原理2.1.1锂离子电池

锂离子电池内部时刻都在发生副反应。在每次充放电循环中，任何能够产生或消耗锂离子（或电子）的副反应都会改变锂离子电池容量的平衡，并且这种改变是不可逆的。经过多次循环累积，锂离子电池的性能将会出现衰退甚至失效。因此，通常使用锂离子电池的充放电循环次数来表示其使用寿命。（1）单体工作电压高（2）能量密度高（3）循环寿命长（4）自放电率低（5）无记忆性（6）可实现快速充电（7）对环境无污染（8）能够制造成任意形状3．锂离子电池的特点2.1.1锂离子电池锂离子电池有许多显著特点，它的优点主要表现在以下几个方面。锂离子电池的单体工作电压为3.2～3.8V，是传统镍氢电池和镍镉电池单体工作电压的3倍。锂离子电池的能量密度可达

260Wh/kg，是传统镍镉电池的2倍、镍氢电池的1.5倍。目前锂离子电池的循环寿命可达2000次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了其他多种动力蓄电池。锂离子电池的自放电率仅为6%～8%，远低于镍镉电池（25%～30%）和镍氢电池（15%～20%），与铅酸蓄电池相当。锂离子电池可以根据要求随时充电，而不会降低其充放电性能，即不存在电池记忆效应。锂离子电池中不存在镉、铅、汞等对环境有污染的有害物质。能够制造成任意形状，目前以圆柱形和方形为主。3．锂离子电池的特点2.1.1锂离子电池锂离子电池也有一些不足，主要表现在以下两个方面。（1）成本高（2）与BMS配套使用成本高主要是因为正极材料中钴的价格高，但按单位能量（Wh）价格来计算，较镍氢电池低，与镍镉电池持平，但高于铅酸蓄电池，且电解质提纯困难。电池单体需要过充电保护、过放电保护等保护电路，电池模块则需要与BMS配套使用。点击播放微课视频

通过严格筛选，选出一致性好的多个电池单体。

通过精密设计，将其组装成为电池模块，并加装电池单体监控与管理装置。

将多个电池模块组成一个电池包，并加上保护电路和保护壳体，才能构成动力蓄电池。4．锂离子电池的应用2.1.1锂离子电池电池单体是组成动力蓄电池的最小单元。电池单体是不能直接使用的。4．锂离子电池的应用2.1.1锂离子电池1）三元锂电池

三元锂电池是指以镍钴锰酸锂（LiNixCoyMn1-x-yO2，NCM）或镍钴铝酸锂（LiNixCoyAl1-x-yO2，NCA）等三元复合材料为正极材料的锂离子电池。NCM三元锂电池因综合了钴酸锂电池和锰酸锂电池的优点是目前国内应用较多的动力蓄电池。目前，纯电动汽车上应用较多的动力蓄电池是三元锂电池和磷酸铁锂电池。4．锂离子电池的应用2.1.1锂离子电池2）磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池是一种以磷酸铁锂（LiFePO4）为正极材料的锂离子电池。其电池单体的额定电压为3.2V，充电终止电压为3.6～3.65V，放电终止电压为2.0V。磷酸铁锂电池三元锂电池安全性能优异对过充电的承受能力较好热稳定性能好循环寿命长价格低廉能量密度较三元锂电池低低温性能差充放电倍率低在纯电动汽车长续航和快速充电需求不断提升的背景下，其应用受到一定限制近年来出现的钠离子电池在能量密度方面较磷酸铁锂电池的略低，但在低温性能和快速充电方面具有明显的优势，特别适用于高寒地区的高功率应用场景。

超级电容（supercapacitor）又称为电化学电容，是二十世纪七八十年代发展起来的一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它是介于蓄电池和普通电容器之间的一种新型储能装置。2.1.2超级电容1．超级电容的分类2.1.2超级电容

超级电容主要利用由电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的可逆化学吸附，来实现电能的储存。超级电容按照不同的方式可以分为不同的种类，具体如下：１．按照电极结构是否对称２．按照工作原理的不同３．按照电解质的不同对称电容器超级电容不对称电容器双电层超级电容超级电容混合型超级电容液体电解质超级电容超级电容固体电解质超级电容2．超级电容的结构和工作原理2.1.2超级电容下面以双电层超级电容为例，介绍超级电容的结构和工作原理。1）结构双电层超级电容主要由电极、电解质、集电极、隔膜等组成，如图3所示。（1）电极具有内阻小、导电率高、表面积大且尽量薄等特点。电极材料主要有碳电极材料、金属氧化物及其水合物电极材料、导电聚合物电极材料等类型。（2）电解质需要有较高的导电性（内阻小）和足够的电化学稳定性，以提高电池单体的电压。电解质的材料可分为有机类和无机类两种，也可分为液态类和固态类两种。（3）集电极多由导电性能良好的金属和石墨制成，如泡沫镍、镍网（箔）、铝箔、钛网（箔）及碳纤维等。（4）隔膜主要用于防止双电层超级电容相邻的两个电极之间发生短路。为保证接触电阻较小，隔膜应尽量薄，且通常采用多孔结构。图3电极电解质集电极隔膜2．超级电容的结构和工作原理2.1.2超级电容下面以双电层超级电容为例，介绍超级电容的结构和工作原理。2）工作原理

双电层超级电容的充放电过程纯属物理过程。电解质和隔膜位于两个多孔活性炭电极之间，电荷沿集电极成对排列。当电压加载到两个电极上时，正极吸引电解质中的负离子，负极吸引电解质中的正离子，从而在两个电极的表面形成一个双电层超级电容，使其电荷储存量增大。

当两个电极之间的电压低于电解质的氧化还原电极电压时，电解质界面上的电荷不会脱离电解质，超级电容处于正常工作状态（通常在3V以下）超级电容两端的电压超过电解质的氧化还原电极电压，则电解质发生分解，超级电容处于非正常工作状态。随着超级电容的放电，正、负极上的电荷被外电路释放，电解质界面上的电荷相应地减少。3．超级电容的特点2.1.2超级电容1）超级电容的优点

超级电容一般用作纯电动汽车的辅助电源。在车辆起步、加速、爬坡等行驶工况下，超级电容能够提供大电流，可以在确保纯电动汽车动力性的同时，有效地保护锂离子电池，延长锂离子电池的使用寿命。在车辆制动时，超级电容可接受大电流充电，能很好地回收制动能量。3．超级电容的特点2.1.2超级电容1）超级电容的优点（1）容量高（2）放电电流高（3）充放电效率高（4）循环寿命长（5）工作温度范围宽（6）环保，

免维护（7）可长时间放置

超级电容的容量远高于普通电容的容量。超级电容的容量一般为0.1～6000F，是同体积普通电容的2000～6000倍。由于超级电容采用了特殊的工艺，其等效电阻很小，电容很大，而内阻较小，这就使得超级电容具有很高的峰值电流，可达几百甚至几千安培，且其功率密度是锂离子电池的10～100倍，可达10000W/kg。超级电容可以在数十秒到数分钟内进行快速充放电。由于充放电过程对超级电容的电极材料结构无任何负面影响，其充放电循环寿命可达500000次，使用时间可达90000h。超级电容可以在−40～70℃的温度范围内正常工作，温度对超级电容电极材料反应速率的负面影响较小。相对于传统的铅酸蓄电池和镍镉电池，超级电容所使用的材料无毒、安全、环保，且超级电容在使用过程中无须维护。超级电容会因长时间放置而导致其电压下降，但只要对其充电便可使其电压复原，而超级电容的容量不会因此受到影响。3．超级电容的特点2.1.2超级电容2）超级电容的缺点超级电容作为动力蓄电池，目前还存在以下缺点。（1）线性放电（2）能量密度低（3）工作电压低（4）自放电率高超级电容线性放电的特性使它无法完全放电。目前超级电容可储存的能量比化学电池要少得多。超级电容单体工作电压低，需要将多个电容串联来提升工作电压。超级电容的自放电率比化学电池要高。1．飞轮电池的基本结构2.1.3飞轮电池

如图4所示，飞轮电池的主要部件有飞轮、轴承、电机、电力电子转换器和真空容器等。飞轮电池的电机通过轴承与飞轮连接在一起，可作为发电机或电动机使用。图41．飞轮电池的基本结构2.1.3飞轮电池轴承的作用是支撑高速旋转的飞轮。轴承主要承受飞轮的质量，以及飞轮因中心偏离而产生的离心力和因高速旋转而产生的陀螺效应力。目前飞轮电池中的轴承主要有超导悬浮轴承、永磁悬浮轴承、电磁悬浮轴承、机械轴承四种。轴承飞轮是飞轮电池的核心器件。当飞轮以一定的角速度旋转时，它就具有了一定的动能。飞轮电机是飞轮电池的核心动力部件。它既能以电动机模式运行，又能以发电机模式运行，是一个双向电机。电机用于实现电能和机械能的相互转换，完成充电（储存机械能）和放电（释放机械能）过程。电机真空容器的主要作用是为飞轮和电机提供真空环境。飞轮在高速旋转时，会带动周围的空气剧烈流动，造成巨大的空气阻力。因此，飞轮电池通常将电机和飞轮密封在一个真空容器中，以减少空气阻力。真空容器电力电子转换器通过控制电机，实现电能和机械能之间的相互转换。输入的电能经过电力电子转换器转换后驱动电机，而输出的电能也是经过电力电子转换器转换后为负载提供符合要求的电能。电力电子转换器2．飞轮电池的工作原理2.1.3飞轮电池当飞轮达到设定的最高转速后，飞轮电池处于能量保持状态。当飞轮电池接收到释放能量的控制信号时，飞轮电池向外放电，电机作为发电机运行，高速旋转的飞轮利用其惯性作用带动电机减速运行，电机释放的电能通过电力电子转换器转换为负载所需频率和电压的电能，机械能转换为电能。

由此，整个飞轮电池实现了电能的输入、储存和输出。飞轮电池的工作原理如图所示。飞轮电池进行充电时，电机作为电动机运行，由工频电网提供的电能经电力电子转换器驱动电机加速，电机带动飞轮加速储能，能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮中。3．飞轮电池的特点2.1.3飞轮电池能量密度和功率密度高：飞轮电池的能量密度和功率密度高于一般的化学电池，其能量密度可达200Wh/kg，功率密度可达10000W/kg。能量转换效率高、充电快。体积小、质量小：与化学电池和燃料电池相比，飞轮电池的体积小、质量小。工作温度范围宽：飞轮电池对环境温度没有严格限制。使用寿命长：飞轮电池不受重复充放电的影响，其循环充放电次数可达数百万次，预

期寿命可达20年以上。维护周期长：飞轮电池的轴承采用磁悬浮形式，且飞轮在真空环境下运转，其机械损坏很小，维护周期长。课堂小结任务2.2

分析BMS的性能任务引入

新能源汽车起火的原因非常复杂，大致可以归纳为两类：

①车辆动态运行时，因剧烈碰撞导致动力蓄电池起火，而传统燃油汽车也难以避免类似的问题，对此人们不应过度地去解读动力蓄电池的质量、安全等问题，而是需要更多地关注车辆被动安全对驾乘人员生命的保障能力；

②车辆静态放置时，动力蓄电池系统管理不完善、通信不兼容或与充电设备通信障碍等，导致车辆对动力蓄电池的过充电、短路、漏液等问题不能提前监控、报警，从而引起动力蓄电池热失控，出现自燃、起火，这方面需要通过BMS实现对动力蓄电池的安全管理。

任务要求：学生从BMS的基本功能和结构两方面认识BMS，分析BMS的特性。任务引入表4知识与技能要求任务内容分析BMS的性能学习程度识记理解应用学习任务BMS的基本功能●BMS的基本结构●实训任务认识BMS的基本功能和基本结构●分析BMS的特性●自我勉励任务工单——分析BMS的性能1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，收集、整理相关技术资料，熟悉实训车辆所用BMS的基本功能，认识其基本结构，分析其主要性能。序号名称内容描述单位数量备注2．数据资料准备

各小组查阅资料，熟悉实训车辆所用BMS的结构特点和技术参数，并进行工作规划，将实训所需的各项数据资料填入表5中。表5任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地分析实训车辆所用BMS的性能，并将实施内容及完成情况填入表6中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表6相关知识2.2.1BMS的基本功能2.2.2BMS的基本结构BMS通常包括检测模块与运算控制模块两大功能模块。其中检测模块主要负责测量电池模块的电压、电流、温度以及电池单体的电压，运算控制模块根据这些信号进行状态估算并发出相应的控制指令。因此，运算控制模块是BMS的大脑，状态估算是BMS的核心技术。不同生产厂家和型号的BMS，其性能也不尽相同，但一般都具有以下基本功能。2.2.1BMS的基本功能1．信息采集2.2.1BMS的基本功能

由于多种原因，在动力蓄电池中个别电池单体会出现性能下降的情况，使得动力蓄电池在充电时不能充足电，在放电时很快便将电能放尽，这就要求BMS采集各个电池单体的电压、电流，了解电池单体的具体状态信息。此外，BMS还需要采集动力蓄电池的总电压、总电流、温度等信息。动力蓄电池的这些基本信息是BMS所有顶层计算、控制逻辑的基础。1）基本信息的采集

各个电池单体之间，各个电池模块之间，以及电池模块与高压接口之间，都要用电缆连接，这就要求各部分之间具有良好的绝缘性能。因此，BMS需要对整个动力蓄电池系统进行绝缘检测，以免发生漏电、短路等故障。2）绝缘检测1．信息采集2.2.1BMS的基本功能

动力蓄电池系统一般配有自动断电装置。BMS需要对整个高压系统的完整性进行确认，当发现高压系统受到破坏时，应控制自动断电装置切断动力蓄电池的高压电路。3）高压系统的完整性检测

当车辆发生碰撞或倾覆时，BMS应能立即切断动力蓄电池的高压电路，防止高压电引起火灾和人身事故，并防止电解液泄漏，以保证人身安全。有些车型可以利用安全气囊的动作来触发BMS控制自动断电器切断动力蓄电池高压电路。经验传承2．状态估算2.2.1BMS的基本功能

BMS根据采集的信息，采用相应的算法，对动力蓄电池的温度、荷电状态（stateofcharge，SOC）、健康状态（stateofhealth，SOH）、能量状态（stateofenergy，SOE）、功能状态（stateoffunction，SOF）、安全状态（stateofsafety，SOS）等进行估算。动力蓄电池的温度估算是其他状态估算的基础SOC估算受到SOH估算结果的影响SOF是由SOC、SOH、SOS及动力蓄电池的温度共同决定的SOE则与SOC、SOH、动力蓄电池的温度及未来工况有关

温度对动力蓄电池的性能影响较大，目前BMS一般只能测量电池模块的表面温度，而电池模块的内部温度则需要使用热力学模型进行估算。SOC、SOH、SOE都是动力蓄电池的隐性状态，不能由测量设备直接获取，需要BMS来估算。SOF、SOS需要根据对动力蓄电池系统及高压系统检测所得到的数据，依据相应标准判断得出。经验传承2．状态估算2.2.1BMS的基本功能

SOC表示动力蓄电池当前的剩余容量与其充满电状态的容量的比值，常用百分数表示。

SOH表示当前动力蓄电池相对于新动力蓄电池的储存电能的能力，以百分数的形式表示动力蓄电池从寿命开始到寿命结束期间所处的状态，用来定量描述动力蓄电池当前的性能状态。SOE表示当前条件下动力蓄电池可释放的能量与最大可用能量的比值，是反映动力蓄电池能量使用情况的重要指标。

SOF可以被定义为在某一特定时刻，动力蓄电池能够提供给驱动电机等各种电气设备的功率，也可以简单地认为SOF是SOC及温度的函数。

对很多纯电动汽车的动力蓄电池系统来说，BMS不仅要估算特定时刻动力蓄电池对外输出的功率，还要提供动力蓄电池允许充电的最大功率。3．故障诊断2.2.1BMS的基本功能

故障诊断是BMS的重要功能，包括故障检测、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等环节。BMS可通过采集到的传感器信号，采用诊断算法诊断动力蓄电池系统的故障类型，并进行早期预警。当动力蓄电池工作时，BMS可以对其进行故障诊断，实时掌握动力蓄电池的各种状态在非工作状态下，BMS也能将故障信息定位到动力蓄电池的各个部分（包括电池单体）BMS根据故障的严重程度将动力蓄电池的故障等级归纳为尽快维修、立即维修和电池寿命警告三级，并将相应的故障信息传递到组合仪表以警示驾驶员，从而保证动力蓄电池不被过分使用。3．故障诊断2.2.1BMS的基本功能

动力蓄电池系统常见的故障有动力蓄电池自身故障，高压系统、热管理系统等各个子系统的传感器故障，继电器、风扇、泵、加热器等执行器故障，网络故障，以及各种控制器软硬件故障等。

其中，动力蓄电池自身故障包括过电压（过充电）、欠电压（过放电）、过电流、超高温、内部短路、接头松动、电解液泄漏、绝缘性能降低等。4．均衡控制2.2.1BMS的基本功能

均衡控制是BMS根据电池单体信息，采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式，尽可能地使动力蓄电池各电池单体的容量保持一致。

动力蓄电池中各电池单体之间的不一致在其整个生命周期里不可避免地存在。如不采取措施，电池单体在充放电过程中的不一致会导致某些电池单体由于过充电、过放电而提前失效。因此，必须对动力蓄电池中的电池单体进行均衡控制，将各个电池单体充放电性能的恶化程度降至最小或使其消失。点击播放微课视频5．热管理2.2.1BMS的基本功能

锂离子电池适宜的工作温度为15～35℃，而纯电动汽车的实际工作温度为−30～50℃，因此必须对动力蓄电池系统进行热管理，在低温时对其进行加热，在高温时对其进行冷却，以充分发挥动力蓄电池的性能。6．充电控制BMS中一般设有充电管理模块，它能够根据动力蓄电池的特性、温度的高低以及车载充电机的功率等级，控制车载充电机给动力蓄电池进行安全充电。7．网络通信2.2.1BMS的基本功能BMS能与VCU等网络节点进行通信；同时，BMS还可以在不拆卸动力蓄电池箱的情况下进行在线参数标定、状态监控、自动生成代码和程序下载（程序更新而不拆卸产品）等。一般车载网络均采用CAN总线技术。8．安全控制与报警BMS在诊断到故障后，可通过车载网络通知VCU，并要求VCU进行有效处理（超过一定阈值时BMS也可以自动切断高压电路），以防止高温、低温、过充电、过放电、过电流、漏电等对车辆和人员造成损害9．信息存储2.2.1BMS的基本功能BMS可用于存储关键数据，如荷电状态、健康状态、能量状态、功能状态、累积充放电安时数、故障码和一致性状态等。10．电磁兼容

纯电动汽车的使用环境有时会比较恶劣，因此BMS通常具有良好的抗电磁干扰能力；同时BMS对外辐射很小，可与纯电动汽车的其他系统更好地兼容。

一般由主控制板和从控制板组成。这种结构形式可以是一个电池模块配备一个从控制板，如果电池模块的电池单体数量少于12个，就会造成采样通道的浪费（采样芯片一般有12个通道）

也可以用2～3个从控制板控制所有的电池模块，通道利用率较高、成本较低、系统配置灵活，可适应不同容量、不同规格的动力蓄电池。

将所有的电气元件都集中到一块控制板上，可以保证采样芯片具有较高的通道利用率，且采样芯片与主芯片之间可以采用菊花链通信。

这种结构形式的电路设计相对简单，产品成本较低，但所有的采集线束都会连接到控制板上，对BMS的安全性要求较高，并且菊花链通信的稳定性相对较差，比较适合动力蓄电池容量较小、形式相对固定的场合。2.2.2BMS的基本结构BMS可分为集中式和分布式两种结构形式。集中式结构分布式结构2.2.2BMS的基本结构

以某型号BMS为例，介绍BMS的基本结构。如图6所示，在1个电池模块内装有以下元件：1个采集单元和1个均衡单元若干个r采集单元若干个均衡单元1个主控单元1个显示单元CAN总线图62.2.2BMS的基本结构1．采集单元

采集单元（如图7）安装在电池模块内。每个采集单元最多可测量19个电池单体的端电压，还可挂接6个温度测量点和1路风扇控制电路。采集单元的主要技术参数表项目参数供电电源DC24V（±30%）电压测量范围及精度0～5V，±0.2%最大检测周期≤0.2s检测电池单体个数19温度检测路数及精度6路，≤1℃风扇控制路数1路，可驱动6台DC24V/0.15A风扇通信接口1路CAN，1路RS-232运行温度−25～70℃图72.2.2BMS的基本结构2．均衡单元

当动力蓄电池箱内电池单体之间的电压不一致超过规定值时，均衡单元在充电电流小于一定值后，可自动对电池单体进行均衡控制。2.2.2BMS的基本结构3．主控单元

主控单元的功能：负责对电池模块的总电压、总电流进行检测并通过CAN总线与采集单元、均衡单元、显示单元（或车载仪表系统）、车载充电机等通信主控单元的主要技术参数表项目参数供电电源DC24V（±30%）电压测量范围及精度0~750V，±0.2%电流测量范围及精度-300~300A，±0.5%SOC估算精度±8%正负极对绝地缘监测范围0～999.9kΩ通信接口2路CAN，1路RS-485运行温度−25～70℃图82.2.2BMS的基本结构4．显示单元

显示单元的功能：用于显示动力蓄电池的各种状态信息负责存储相关数据（如图9所示）显示单元的主要技术参数表9项目参数供电电源DC24V（±30%）显示屏尺寸及分辨率7in，800×400键盘规格最大外扩64键，支持触摸屏输入最大语音输出功率1W通信接口1路CAN，1路RS-485，1路以太网运行温度−25～70℃图9知识扩展低碳政策指导行业发展2022年1月29日，国家发展改革委、国家能源局发布了《“十四五”新型储能发展实施方案》（以下简称《实施方案》）。《实施方案》指出，新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑，也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。……（详见教材）砥节砺行课堂小结老师在APP中生成作业布置二维码，放在此处即可二维码放置处作业布置谢谢观看新能源汽车技术

绪论项目一纯电动汽车的概述项目二动力蓄电池及管理技术项目三驱动电机及控制技术项目四整车控制及轻量化技术项目五纯电动汽车其他关键技术项目六混合动力电动汽车项目七燃料电池电动汽车全课导航项目一纯电动汽车的概述项目三

驱动电机及控制技术

电机控制系统则用于对驱动电机的工作状态进行实时控制，使其按照人们需要的方向、转速、转矩、响应时间工作

驱动电机可将电能转换为机械能，然后为纯电动汽车提供行驶动力。项目导读纯电动汽车的驱动电机三相异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机等

永磁同步电机功率密度较高，适用于高低速切换及启停频繁的复杂路况，是目前国内纯电动汽车驱动电机的主流技术路径。三相异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机三种常用的驱动电机电机控制系统的基本功能和控制策略MCU的基本结构等本项目主要内容学习目标（1）掌握三相异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机的基本结构。（2）熟悉三相异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机的工作原理。（3）熟悉电机控制系统的基本功能和控制策略。（4）掌握MCU的基本机构。（1）能够识别各类驱动电机的基本结构。（2）能够分析电机控制系统的基本功能和控制策略。（1）坚定民族自豪感和文化自信心。（2）强化历史使命感和社会责任感。知识目标技能目标素质目标项目导航任务3.1认识驱动电机任务3.2认识电机控制系统任务3.1

认识驱动电机任务引入纯电动汽车对驱动电机系统的功率密度、能量密度、转矩响应、调速范围、效率、再生制动、可靠性、电磁兼容性、安全性等性能均有特定的要求。

直流电机结构复杂，维护、运营成本较高，可靠性较差，效率较低现已不常见早期的纯电动汽车多采用三相异步电机结构简单、坚固耐用、成本低、转矩脉动低、噪声低、极限转速高、运行可靠功率密度低、效率低、调速性差目前在少数纯电动汽车的车型中仍有小批量应用永磁同步电机转矩密度高、效率高、功率密度高、调速范围宽、体积小目前已大批量应用于多款纯电动汽车车型中但永磁同步电机存在的制造工艺复杂、成本较高、高温下磁性容易衰退等问题仍有待解决开关磁阻电机结构紧凑、牢固，适合高速运行，成本低、调速范围宽、运行可靠仅在新能源客车上有极小批量应用任务要求：学生从三相异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机的结构和工作原理等方面认识驱动电机。任务引入表1知识与技能要求任务内容认识驱动电机学习程度识记理解应用学习任务三相异步电机●永磁同步电机●开关磁阻电机●实训任务认识驱动电机的结构●分析驱动电机的工作原理●自我勉励任务工单——认识驱动电机1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，在实训车辆或整车实训平台上认识驱动电机的基本结构，分析驱动电机的工作原理及主要零部件的功能特点。序号名称型号与规格单位数量备注2．工具和器材准备

各小组查阅资料，熟悉实训车辆所用驱动电机的类型、结构特点和相关技术参数，并进行工作规划，将实训所需的工具和器材填入表2中表2任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地认识实训车辆所用驱动电机，并将实施内容及完成情况填入表3中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表3相关知识3.1.1三相异步电机3.1.2永磁同步电机3.1.3开关磁阻电机相关知识

驱动电机是将电能转换成机械能，为车辆行驶提供驱动力的电气装置，该装置通常也具备将机械能转换成电能的功能。

纯电动汽车在不同的历史时期采用了不同的驱动电机，最早是采用了控制性能好、成本较低的直流电机。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展，三相异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机显示出比直流电机更加优越的性能，这些驱动电机逐步取代了直流电机。1．三相异步电机的基本结构3.1.1三相异步电机

三相异步电机具有结构简单、制造成本低、结构坚固、维修方便等特点，曾广泛应用于纯电动汽车中。

虽然三相异步电机的种类很多，但结构基本相同，都是由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间有气隙。如图1所示为三相异步电机的基本结构。图11．三相异步电机的基本结构3.1.1三相异步电机1）定子

定子部分包含机座、定子铁芯、定子绕组等，主要用来产生旋转磁场。定子铁芯主要用于固定定子铁芯和定子绕组。机座一般由0.35～0.5mm厚的硅钢片叠压而成，是三相异步电机的磁路部分。定子铁芯的内圆上冲有均匀分布的槽口，用于嵌放定子绕组。定子绕组是三相异步电机的电路部分，嵌放在铁芯槽内，当通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。定子绕组的线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制而成，中小型三相异步电机的定子绕组一般采用圆漆包线，大中型三相异步电机的定子绕组则采用较大横截面积的漆包扁铜线或绝缘包扁铜线。

三相异步电机的三相定子绕组是相互独立的，各相绕组之间的空间电角度为120°，其结构完全对称，一般有六个出线端，即U1、U2、V1、V2、W1、W2，出线端均接在接线盒内。

如图2所示，三相异步电机的定子绕组可以接成星形（Y）或三角形（△）。图21．三相异步电机的基本结构3.1.1三相异步电机2）转子转子铁芯转