新能源汽车技术（微课版） 课件 项目四 纯电动汽车

新能源汽车技术项目四纯电动汽车任务一认知纯电动汽车的结构与原理任务一认知纯电动汽车的结构与原理一、纯电动汽车的分类1.按储能装置分类纯电动汽车目前所采用的储能装置主要有铅酸蓄电池、锂电池、镍氢蓄电池、钠硫蓄电池等。由于纯电动汽车以蓄电池作为唯一能源，所以蓄电池的各项性能指标很大程度地决定了汽车的行驶性能，如纯电动汽车的续驶里程和加速（或爬坡）的动力性能分别与蓄电池的比能量和比功率有关。2.按驱动电机分类纯电动汽车按其驱动电机类型来分，主要有直流电机、交流电机、永磁无刷电机、开关磁阻电机四类。任务一认知纯电动汽车的结构与原理一、纯电动汽车的分类3.按驱动结构布局分类这实际上是按驱动传递方式来分类，由于电机驱动的灵活性可以有多种组合方式，归纳其典型的基本结构主要有四种：传统的驱动模式、电机-驱动桥组合式驱动方式、电机-驱动桥整体式驱动方式、轮毂电机分散驱动方式。4.按用途分类纯电动汽车按其用途来分，目前主要有电动公交车和电动轿车两类。由于纯电动汽车的能量不富裕特点，它也较适合于某些性能要求不高的特定车辆，如游览观光车、高尔夫球场车、电动自行车、电动三轮车和残疾人自驾车等，当然按定义来说该类特定车辆不应属于汽车纯电动汽车电力驱动系统的组成与工作原理如图4-2所示，按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。二、纯电动汽车电力驱动系统图4-2电力驱动系统组成框图任务一认知纯电动汽车的结构与原理1.车载电源模块车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。（1）蓄电池电源蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。（2）能源管理系统能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。（3）充电控制器充电控制器是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。二、纯电动汽车电力驱动系统任务一认知纯电动汽车的结构与原理2.电力驱动主模块电力驱动主模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置等组成。由于加速踏板、制动踏板等操纵装置对于汽车驾驶人来说，是十分熟悉和习惯使用的操纵装置。为适应驾驶人的传统操纵习惯，电动汽车仍保留了加速踏板、制动踏板及有关操纵手柄或按钮等。不过在电动汽车上是将加速踏板、制动踏板的机械位移量转换为相应的电信号，输入到中央控制单元来对汽车的行驶实行控制。对于离合器除了采用前述驱动结构中第一种传统的驱动模式外就都省去了。而对于档位变速杆为遵循驾驶人的传统习惯，一般仍需保留，同样除了传统的驱动模式外也就只有前进、空档、倒退三个档位，并且以开关信号传输到中央控制单元来对汽车进行前进、停车、倒车控制。3.辅助模块辅助模块包括辅助动力源、动力转向单元、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。各个装置的功能与传统汽车上的基本类同，其结构原理按电动汽车的特点有所区别。二、纯电动汽车电力驱动系统任务一认知纯电动汽车的结构与原理纯电动汽车底盘是整个汽车的基体，不仅起着支承蓄电池、电机、驱动控制器、汽车车身、空调及各种辅助装置的作用，同时也将电机的动力进行传递和分配，并按驾驶人的意志（加速、减速、转向、制动等）行驶。按传统汽车的归类或叙述习惯，汽车底盘应包括传动系、行驶系、转向系和制动系四大系统。转向系包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等，它按能源不同被分为机械转向系和动力转向系两大类，机械转向系与传统汽车的完全一致。制动系由供能装置、控制装置、传动装置、制动器四个基本部分组成，按其功用不同被分为行车制动系、驻车制动系、应急制动系和辅助制动系等，对于电动汽车由于可利用电机实现再生制动进行能量回收，并且还可利用电磁吸力实现电磁制动，因此随着技术的发展其制动系也将会有较大的变化。三、纯电动汽车底盘任务一认知纯电动汽车的结构与原理纯电动汽车车身主要由车身本体、开启件（各种门、窗、行李箱和车顶盖等）、各种座椅、内外饰附件和安全保护装置（保险杠、安全带、安全气囊等）组成。针对纯电动汽车能源少的特点，对汽车车身的外形造型应尽可能缩小其迎风面积来降低空气阻力，并采用轻型高强度材料来减轻汽车自身的重量。对车内的各个部件的布局也相当重要，由于电动汽车动能的传递主要是通过柔性的电缆，即减少了大量用刚性的机械件连接部件的动能传递，因此电动汽车各部件的布置具有较大的灵活性，并且蓄电池组也可分散布置，作为配重物来布局。纯电动汽车各个部件的总体布局的原则是：符合车辆动力学对汽车重心位置的要求，并尽可能降低车辆质心高度。四、纯电动汽车车身任务一认知纯电动汽车的结构与原理新能源汽车技术项目四纯电动汽车任务二认知纯电动汽车整车控制器任务二认知纯电动汽车整车控制器一、整车控制器组成与原理纯电动汽车整车控制系统主要分为集中式控制和分布式控制两种方案。集中式控制系统的基本思想是整车控制器独自完成对输入信号的采集，并根据控制策略对数据进行分析和处理，然后直接对各执行机构发出控制指令，驱动纯电动汽车的正常行驶。集中式控制系统的优点是处理集中、响应快和成本低；缺点是电路复杂，并且不易散热。分布式控制系统的基本思想是整车控制器采集一些驾驶人信号，同时通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统通信，电机控制器和电池管理系统分别将各自采集的整车信号通过CAN总线传递给整车控制器。整车控制器根据整车信息，并结合控制策略对数据进行分析和处理，电机控制器和电池管理系统收到控制指令后，根据电机和电池当前的状态信息，控制电机运转和电池放电。分布式控制系统的优点是模块化和复杂度低；缺点是成本相对较高。任务二认知纯电动汽车整车控制器一、整车控制器组成与原理图4-3所示为典型分布式整车控制系统示意图，整车控制系统的顶层是整车控制器，整车控制器通过CAN总线接收电机控制器和电池管理系统的信息，并对电机控制器、电池管理系统和车载信息显示系统发送控制指令。电机控制器和电池管理系统分别负责驱动电机和动力电池组的监控与管理，车载信息显示系统用于显示车辆当前的状态信息等。图4-3典型分布式整车控制系统示意图任务二认知纯电动汽车整车控制器二、整车控制器基本功能1.对汽车行驶控制的功能电动汽车的驱动电机必须按照驾驶人意图输出驱动或制动转矩。当驾驶人踩下加速踏板或制动踏板时，驱动电机要输出一定的驱动功率或再生制动功率。踏板开度越大，驱动电机的输出功率越大。因此，整车控制器要合理解释驾驶人操作；接收整车各子系统的反馈信息，为驾驶人提供决策反馈；对整车各子系统的发送控制指令，以实现车辆的正常行驶。2.整车的网络化管理整车控制器是电动汽车众多控制器中的一个，是CAN总线中的一个节点。在整车网络管理中，整车控制器是信息控制的中心，负责信息的组织与传输、网络状态的监控、网络节点的管理以及网络故障的诊断与处理。任务二认知纯电动汽车整车控制器二、整车控制器基本功能3.对制动能量的回收纯电动汽车区别于内燃机汽车的重要特征就是能够进行制动能量回收，这是通过将纯电动汽车的电机工作在再生制动状态来实现，整车控制器分析驾驶人制动意图、动力电池组状态和驱动电机状态等消息，并结合制动能量回收控制策略，在满足制动能量回收的条件下对电机控制器发送电机模式指令和转矩指令，使得驱动电机工作在发电模式，在不影响制动性能的前提下将电制动回收的能量储存在动力电池组中，从而实现制动能量回收。4.整车能量管理和优化在纯电动汽车中，动力电池除了给驱动电机供电以外，还要给电动附件供电，因此，为了获得最大的续驶里程，整车控制器将负责整车的能量管理，以提高能量的利用率。在电池的SOC值比较低的时候，整车控制器将对某些电动附件发出指令，限制电动附件的输出功率，来增加续驶里程。任务二认知纯电动汽车整车控制器二、整车控制器基本功能5.对车辆状态的监测和显示整车控制器通过直接采集信号和接收CAN总线上的数据的方式获得车辆运行的实时数据，包括速度、电机的工作模式、转矩、转速、电池的剩余电量、总电压、单体电压、电池温度和故障等信息，然后通过CAN总线将这些实时信息发送到车载信息显示系统进行显示。此外整车控制器定时检测CAN总线上各模块的通信，如果发现总线上某一节点不能够正常通信，则在车载信息显示系统上显示该故障信息，并对相应的紧急情况采取合理的措施进行处理，防止极端状况的发生，使得驾驶人能够直接、准确地获取车辆当前的运行状态信息。任务二认知纯电动汽车整车控制器二、整车控制器基本功能6.故障诊断与处理连续监测整车电控系统，进行故障诊断。故障指示灯指示出故障类别和部分故障码。根据故障内容，及时进行相应安全保护处理。对于不太严重的故障，能做到低速行驶到附近维修站进行检修。7.外接充电管理实现充电的连接，监控充电过程，报告充电状态，充电结束。8.诊断设备的在线诊断和下线检测负责与外部诊断设备的连接和诊断通信，实现UDS诊断服务，包括数据流的读取，故障码的读取和清除，控制端口的调试。任务二认知纯电动汽车整车控制器三、典型整车控制器——吉利EV450整车控制器吉利EV450整车控制器（VCU）通过各种传感器及各控制器反馈的信息，判断当前车辆所处运行状态，合理控制整车行为。吉利EV450整车控制器安装位置及实物如图4-5、图4-6所示。图4-5吉利EV450整车控制器的位置图4-6吉利EV450整车控制器实物图任务二认知纯电动汽车整车控制器三、典型整车控制器——吉利EV450整车控制器整车控制器作为新能源的关键控制部件之一，具有协调控制动力系统、底盘系统、高低压能源系统、热管理系统、安全保护及具备故障诊断等功能。（一）吉利EV450整车控制器功能吉利EV450整车控制器功能有：车辆行驶功能、充电功能、高压上下电、辅助功能、系统安全、CAN通信、诊断等功能。（二）加速踏板作为系统的安全性保障之一，加速踏板位置传感器集成在加速踏板内，设计成双输出传感器。两个传感器的输出电压信号都随加速踏板的位置增加而增加。当驾驶人踩下加速踏板，表现起步或加速意图时，该传感器将踏板位置信号转换成电压信号，通过硬线传递给VCU。任务二认知纯电动汽车整车控制器三、典型整车控制器——吉利EV450整车控制器（三）制动踏板制动踏板开关：当驾驶人踩下制动踏板，表现制动或减速意图时，该开关将踏板位置信号转换成电压信号，通过硬线传递给VCU。制动踏板开关内部有两组开关，一组为常闭开关，一组为常开开关。VCU通过两组开关输出电压的变化判断驾驶人的制动或减速意图。（四）整车控制1.启动和停止车辆启动（KEYON）状态一当启动开关置于“ON”档，PEPS（无钥匙进入/启动系统）控制继电器给电池管理系统（BMS）和电机控制器（PEU）供电，并通过CAN发送相关控制命令，完成整车各子系统的唤醒。车辆就绪（READY）状态一当启动开关置于，“START”档，整车控制器（（VCU）通过CAN向电池管理系统（BMS）和电机控制器发送相关控制命令，使车辆进入行驶临界状态。但当充电机处于连接状态、动力电池电量过低、整车低压欠压时，车辆无法进入“READY”临界状态。任务二认知纯电动汽车整车控制器三、典型整车控制器——吉利EV450整车控制器（五）制动控制电动汽车的制动可分为以下2种模式，不同模式应辅以不同的控制策略。（1）紧急制动时：出于安全考虑，应以传统机械摩擦制动为主，再生制动仅起辅助作用。此时车辆根据不同的初始速度，由ESC系统控制制动力的大小。（2）中轻度制动时：汽车在正常工况下的制动过程，如遇红灯减速、停车或滑行、靠边停车等，分为减速与停止两个过程。电气制动负责减速过程，机械摩擦制动负责停止过程。（六）冷却控制驱动电机、电机控制器、车载充电机、动力电池采用水冷却方式。水冷系统采用电子冷却水泵，其提供了电机冷却所需冷却液的循环动力。在车辆处于行驶状态下，VCU根据温度传感器采集的电机、PEU，IGBT温度信号，并结合车辆行驶速度，发送PWM信号控制水泵转速，调节冷却液流量.任务二认知纯电动汽车整车控制器三、典型整车控制器——吉利EV450整车控制器（七）驾驶模式控制车辆有2种驾驶模式：ECO模式、SPORT模式。ECO模式为车辆行驶的默认模式。SPORT模式为运动档，当驾驶人按下“SPORTMODE”开关，车辆将进入SPORT模式，此时控制系统将使车辆具有更好的动力性能，同时也会造成电能消耗增加。（八）限功率模式（跛行）当发生特定故障但未达到断电程度时，动力电源不切断，但系统会限制电机输出的最大功率，车辆行驶最高车速将降低（车速值根据故障类型设置不同），使车辆可以开回家，或开到就近的维修站点，即“跛行”。（九）动力切断控制电动车采用高压动力，在车辆发生碰撞或严重故障（绝缘故障、动力电池验证过温/过压、动力电机过流/过温等）时，VCU要求BMS切断高压回路上的继电器，确保人员安全。任务二认知纯电动汽车整车控制器三、典型整车控制器——吉利EV450整车控制器（十）高压互锁VCU通过检测动力电池、车载充电机、PTC加热器、空调压缩机互锁回路状态，判断高压回路连接是否正常，并传输给VCU，当高压互锁回路不通时，车辆无法正常上电（见图4-10）。（十一）智能充电长期停放的车辆容易造成低压蓄电池馈电，当低压蓄电池严重馈电将会导致车辆无法启动上电。为避免这一问题，本车具有智能充电功能。车辆停放过程中辅助控制器（VCU）将持续对电源蓄电池电压就行监控，当电压低于设定值时，VCU将唤醒BMS，同时VCU也将控制电机控制器通过DC/DC对低压蓄电池进行充电，防止低压蓄电池馈电。新能源汽车技术项目四纯电动汽车任务三分析典型纯电动汽车任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车（一）帝豪EV450驱动电机系统帝豪EV450驱动电机系统包括驱动电机、电机控制器以及电机冷却系统。1.帝豪EV450驱动电机帝豪EV450驱动电机与电机控制器一起安装在前机舱靠右的位置，如图4-12所示。图4-12帝豪EV450驱动电机安装位置任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车吉利帝豪EV450是吉利新能源重点打造的一款纯电动精品中级轿车，基于超百万销量的帝豪平台精心打造。帝豪EV450拥有国际领先的三电技术，采用宁德时代三元锂电池，综合工况续驶里程可达400km以上，60km/h等速续航里程超过450km。帝豪EV450动力系统主要部件位置如图4-11所示。图4-11帝豪EV450动力系统主要部件位置图任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车2.帝豪EV450电机控制器帝豪EV450电机控制器安装位置都是在前机舱驱动电机的上部。帝豪EV450电机控制器安装位置和外观分别如图4-15和图4-16所示。图4-15帝豪EV450电机控制器安装位置图4-16帝豪EV450电机控制器外观任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车3.帝豪EV450电机冷却系统电动水泵由低压电路驱动，为电机控制器内冷却液的循环提供压力。电机控制器根据冷却液温度变化调节水泵转速，给定目标转速（占空比）信号，接受冷却水泵实际转速（频繁）信号，在电动水泵的驱动下冷却液在管路中的流向如图4-18所示。图4-18帝豪EV450冷却液在管路中的流向任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车（二）帝豪EV450动力蓄电池系统帝豪EV450动力蓄电池系统包括动力蓄电池和蓄电池管理系统。1.帝豪EV450动力蓄电池帝豪EV450采用由宁德时代生产的三元锂动力蓄电池，以钴酸锂、锰酸锂或镍酸锂等化合物为正极，以可嵌入锂离子的碳材料为负极，使用有机电解质。动力蓄电池总成安装在车体下部，动力蓄电池的组成部件包括：各模组总成、CSC（CellSupervisionCircuit，电池监控单元）采集系统、电池控制单元（BMU，BatteryMonitoringUnit）、电池高压分配单元（B-BOX），维修开关等部件。电池组额定电压为346V，峰值功率为150kW，额定功率为50kW，电池容量为150A·h。BMS可以将动力蓄电池相关参数上报VCU，由VCU控制动力蓄电池的充电功率和放电功率。任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车2.帝豪EV450蓄电池管理系统(BMS)(1）蓄电池管理系统的组成与功能帝豪EV450的蓄电池控制单元（BMU）安装在动力蓄电池内。动力蓄电池由17个蓄电池模组通过高压连接片串联而成。每个蓄电池模组都安装有温度和电压信号采样线，将这些信号传递给蓄电池控制单元。蓄电池控制单元包含13个插接器接口，每个插接器接收不同的蓄电池模组信息，包括单体电压、电流、温度及整车高压绝缘等信息。蓄电池管理系统(BMS)能够对动力蓄电池组总电压、总电流每个测点温度和单体蓄电池的电压参数进行实时监控，进行故障诊断、SOC（剩余电量)计算、短路保护、漏电监测、报警显示、充放电模式选择等。BMS可以将动力蓄电池相关参数上报VCU，由VCU控制动力蓄电池的充电和放电功率。任务三分析典型纯电动汽车一、吉利帝豪EV450纯电动汽车（三）帝豪EV450充电系统1.帝豪EV450充电系统组成帝豪EV450的车载充电系统由交流充电口、直流充电口、车载分线盒、电池管理控制器、电机控制器和动力电池组等组成。2.帝豪EV450充电系统的工作原理现以帝豪EV450的车载充电系统的功能为例进行介绍，纯电动汽车车载充电系统的功能包括：快充（直流高压充电）、慢充（交流高压充电）、充电锁功能、低压充电、智能充电和制动能量回收等。（1）快充（直流高压充电）当直流充电设备接口连接到整车直流充电口，直流充电设备发送充电唤醒信号给BMS，BMS根据动力电池的可充电功率，向直流充电设备发送充电电流指令。同时，BMS吸合系统高压正极继电器和高压负极继电器，动力电池开始充电。充电时间：48分钟可充电80%。（2）慢充（交流高压充电）当车辆处于交流充电模式下，车载充电机检测交流充电接口的CC、CP信号（充电枪插入、导通信号）并唤醒BMS，BMS唤醒车载充电机并发送指令充电，同时闭合主继电器，动力电池开始充电。充电时间：预估13h～14h可充满。新能源汽车技术项目四纯电动汽车任务四维护纯电动汽车任务四维护纯电动汽车一、标准主要特点中华人民共和国交通运输行业标准《纯电动汽车维护、检测、诊断技术规范》（JT/T1344—2020）规定的纯电动汽车维护作业一般要求、以及日常维护、一级维护和二级维护。1.纯电动汽车的分类、分级维护要求将纯电动汽车维护项目分为常规维护和电动系统专用装置维护，常规维护是指为维持纯电动汽车上的制动系、转向系、行驶系、传动系等机械系统（部件）及低压电气系统的完好技术状况或工作能力而进行的作业。该部分的维护作业按照现行国家标准《汽车维护、检测、诊断技术规范》（GB/T18344）的规定执行。电动系统专用装置维护指为维持纯电动汽车上的高压系统及其相关附件的完好技术状况或工作能力而进行的作业。依据现行部令规章，将纯电动汽车维护分为日常维护、一级维护和二级维护，其中，日常维护由驾驶人进行，一级维护和二级维护由专业人员进行。任务四维护纯电动汽车一、标准主要特点2.纯电动汽车的维护作业安全要求明确了纯电动汽车高压系统维护的有关安全要求，旨在指导维护人员做好安全防护，强化维护作业的安全意识和规范性，标准从作业环境、应急设备、作业人员、人员防护、车辆状态等5个方面提出要求，包括：作业场地应干燥，并设置警示隔离区和警示牌，确保维护作业过程人员安全；要求在作业区域配备消防及高压防护应急设备，用于紧急情况下对人或车采取应急救助措施；基于行业普遍做法，明确维护作业人员应取得电工特种作业操作证并经专业培训合格后上岗，以确保作业人员充分掌握了高压系统部件的维护安全基础知识；要求高压系统维护作业人员应由2人及以上协同操作，确保意外情况下能及时发现和处置；要求维护作业人员应做好安全防护，穿戴安全防护装备，在维护作业前对车辆进行有效断电，确保维护作业过程绝缘安全。此外，对于车辆维修维护手册规定有其他操作安全和故障防护特殊要求的，还应遵循主机厂相关规定要求，旨在要求维护人员进一步通过汽车生产企业的维护技术资料，全面掌握相关作业安全要求。任务四维护纯电动汽车一、标准主要特点3.纯电动汽车的维护、检测、诊断的项目及要求1）要求对动力蓄电池进行均衡维护，具体结合主机厂的车辆维修维护手册或使用说明书规