《新能源汽车概论》高职新能源汽车技术及其相关专业全套教学课件

新能源汽车概况模块一全套可编辑PPT课件新能源汽车概况纯电动汽车混合动力汽车燃料电池汽车其他类型新能源汽车电动汽车动力蓄电池电动汽车用电动机电动汽车再生制动能量回收系统电动汽车充电技术010203新能源汽车的定义与分类发展新能源汽车的必要性新能源汽车的发展教学目标通过本模块的学习,学生能够掌握新能源汽车的定义与分类,认识到发展新能源汽车的必要性,了解新能源汽车的发展。教学要求知识要点能力要求相关知识新能源汽车的定义与分类掌握新能源汽车的定义与分类根据国内的规定,掌握新能源汽车的概念;根据驱动汽车的能源不同,掌握新能源汽车的类型发展新能源汽车的必要性了解大力发展新能源汽车的原因能源紧缺、环境污染、气候变暖是发展新能源汽车的根本原因新能源汽车的发展了解国内外新能源汽车的发展国内外纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的发展知识链接随着汽车保有量的大幅度增加,人、车、自然之间的矛盾不断加剧,人们开始把目光从传统的燃油汽车转向新能源汽车。国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》中指出,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。该规划提出发展愿景:到2025年,我国新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。因此,新能源汽车产业发展将成为我国汽车行业的新导向。新能源汽车的定义与分类学习单元一学习单元一

新能源汽车的定义与分类一、新能源汽车的定义新能源汽车的定义相对传统汽油、柴油燃料汽车而言。2017年1月，工业和信息化部《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》明确：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，包括插电式混合动力(含增程式)汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等。新能源汽车使用的电源包括超级电容器、燃料电池、镍氢蓄电池以及锂离子电池等。目前这些电池技术尚未完全成熟，是制约新能源汽车发展的主要原因，导致其在续驶、动力及成本上与传统汽车仍有差距。1.插电式混合动力(含增程式)汽车二、新能源汽车的分类根据上述定义，新能源汽车主要包括以下类别：增程式电动汽车是一种在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能,当车载可充电储能系统无法满足续驶里程要求时,可启动车载辅助供电装置为动力系统提供电能,以延长续驶里程的电动汽车。增程式电动汽车由纯电动汽车派生而来,相较于纯电动汽车,其追加了增程器(发动机+发电机),目的是进一步提升纯电动汽车的续驶里程,尽量避免频繁地停车充电。图1-1所示为问界M7汽车。图1-1问界M7汽车学习单元一

新能源汽车的定义与分类图1-2比亚迪驱逐舰05汽车学习单元一

新能源汽车的定义与分类插电式混合动力汽车是一种将纯电动系统和现有混合动力系统相结合的产物,其特征是车辆可以使用外部电源充电。它保持了混合动力汽车的大部分特点,但把混合动力汽车的功率型电池替换为容量更大的能量型电池,因此动力蓄电池有足够的能量来保证车辆在纯电动模式下能行驶一定的距离。图1-2所示为比亚迪驱逐舰05汽车。2.纯电动汽车纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。它将蓄电池作为储能动力源,通过储能装置向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶。纯电动汽车的驱动能量完全由电能提供,并通过电动机驱动。纯电动汽车的电动机相当于燃油汽车的发动机,车载电源相当于燃油汽车油箱中的燃料。图1-3所示为比亚迪宋PLUSEV汽车。图1-3比亚迪宋PLUSEV汽车学习单元一

新能源汽车的定义与分类3.燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料,在燃料电池中经电化学反应产生电能,并将其作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池的电化学反应是将化学能转化为电能,即通过氢氧的化学反应生成水并释放电能,因此最早的燃料电池汽车直接采用氢燃料。燃料电池的能量通过氢气和氧气的化学作用产生,整个化学反应过程几乎不产生二氧化碳等温室气体,同时不经过燃烧过程,能量转化率较高。因此,从能源的利用和环境保护方面来讲,燃料电池汽车是一种理想的绿色新型环保汽车。图1-4所示为丰田Mirai汽车。图1-4丰田Mirai汽车学习单元一

新能源汽车的定义与分类4.其他新能源汽车气体燃料汽车是指利用可燃气体作为能源驱动的汽车,目前气体燃料汽车主要有压缩天然气汽车、液化天然气汽车、液化石油气汽车。图1-5所示为比亚迪F3汽车。图1-5比亚迪F3汽车生物燃料汽车是指燃用生物燃料或掺有生物燃料燃油的汽车,目前使用最广泛的燃料是醇类燃料和生物柴油。图1-6所示为吉利远景X3汽车。图1-6吉利远景X3汽车学习单元一

新能源汽车的定义与分类发展新能源汽车的必要性学习单元二学习单元二

发展新能源汽车的必要性一、能源紧缺世界能源主要包括石油、天然气、煤炭等传统能源,以及水能、风能、太阳能、核能等新型能源。按其基本形态划分,能源可分为一次能源和二次能源。一次能源是指直接取自自然界,没有经过加工或转换的能量资源,包括煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、地热能、核能等二次能源是指由一次能源加工转换以后得到的能源,如汽油、柴油、电力、煤气、液化石油气、沼气和焦炭等。2023年，全球一次能源消费总量增长2%，可再生能源占比14.6%，化石燃料占比近81.5%。学习单元二

发展新能源汽车的必要性2023年产量达9600万桶/天（创纪录），2023年石油产品消费量超1亿桶/天；全球石油探明总储量仅可供消费50年左右。石油2023年均价较2022年下降30%，产量稳定，液化天然气供应量增长近2%，需求增幅0.02%；中国是全球最大液化天然气进口国。天然气2023年价格平均下跌46%，产量和消费量均创历史新高，中国占世界煤炭总消费量的56%。煤炭2023年太阳能和风能装机容量增长67%，太阳能占新增装机容量75%，中国占太阳能新增容量四分之一、风能新增容量66%。可再生能源目前汽车的主要燃料是石油中的汽油和柴油,即石油资源。全球石油需求持续增长,但石油产量的增长趋势有所下降。全球能源消费结构中,石油、天然气占据很大的比重,虽然全球石油消费的速度有所放缓,但按照现在全球超过1亿桶/天的石油消耗来看,当前世界石油探明总储量只可供全球消费50年左右,能源消费结构的转型是当今的世界性难题。图1-7OPEC预测的2040年全球一次能源消费结构学习单元二

发展新能源汽车的必要性我国是一个能源短缺的国家,已探明石油储量约占世界储量的2%,但我国却是世界上的能源消耗大国,石油的消耗量仅次于美国,位居世界第二位。随着我国汽车保有量的增加,石油消耗量也随之增长,进一步使我国石油对外依存度上升。因此,为缓解能源紧缺的问题,摒弃传统的交通能源动力系统,发展可持续性的新能源汽车势在必行。学习单元二

发展新能源汽车的必要性二、环境污染随着汽车保有量的持续增加,交通拥堵、燃料燃烧带来的环境污染、能源过度消耗乃至气候变化等问题日益凸显,对我们生存的地球造成巨大威胁。近年来,许多国家大力发展新能源汽车,以求降低汽车工业发展所带来的环境污染问题和能源紧张问题。汽车在行驶过程中产生的危害主要有排放污染、噪声污染和电磁波污染等,其中排放污染最为严重。学习单元二

发展新能源汽车的必要性1.汽车的排放污染汽车排放污染(图1-8)是城市大气污染的主要原因之一。图1-8汽车排放污染学习单元二

发展新能源汽车的必要性一氧化碳：使人缺氧，轻者头痛、无力、眩晕，重者深昏迷甚至危及生命。碳氢化合物：刺激鼻腔和呼吸黏膜，引发呼吸道疾病。氮氧化物：抑制中枢神经，导致呼吸系统失调。细微颗粒物：吸附有毒、致病或致癌物质，危害健康。二次污染物：一次污染物经大气化学反应生成光化学烟雾、酸雨等。光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物在阳光的作用下发生光化学反应生成二次污染物,后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾。图1-9所示为光化学烟雾。会刺激眼睛引发红眼病，诱发哮喘、恶化呼吸系统疾病、损害肺部功能，加速人体衰老和材料老化，降低大气能见度引发交通事故。我国兰州西固石油化工区曾出现过光化学烟雾。图1-9光化学烟雾1)光化学烟雾学习单元二

发展新能源汽车的必要性酸雨是指pH小于5.6的酸性降水,主要是人为向大气中排放大量酸性物质所造成的。其中,汽车排放的尾气是形成酸雨的重要原因。酸雨可导致土壤酸化、诱发植物病虫害、使农作物大幅减产、腐蚀建筑材料和破坏生态环境等。图1-10所示为酸雨对森林造成的破坏。图1-10酸雨对森林造成的破坏2)酸雨二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多,酸雨的问题越来越突出,因此汽车的节能减排对控制酸雨的意义非常重大。我国酸雨主要分布在是长江以南-云贵高原以东地区。学习单元二

发展新能源汽车的必要性2.减少汽车排放污染的措施我国通过制定和实施汽车油耗标准法规,逐步降低汽车油耗水平。近年来,我国汽车行业相关标准不断升级。从2021年起,乘用车燃料消耗量限值管理及企业平均燃料消耗量评价正式进入第五阶段,目标是到2025年,乘用车新车平均燃料消耗量目标为4.0L/100km,接近国际先进水平。(1)不断完善和升级汽车油耗标准。学习单元二

发展新能源汽车的必要性我国通过制定和实施汽车排放标准法规,逐步提高汽车排放控制水平,降低汽车尾气排放量。①欧洲制定了旨在限制汽车污染物排放的标准。欧

Ⅴ

标准（2009年实施）柴油轿车氮氧化物排放量≤180mg/100km（降20%）、颗粒物排放量降80%；欧

Ⅵ

标准（2014年实施）氮氧化物排放量≤80mg/100km，对人体健康益处增加60%~90%。(2)不断完善和升级汽车排放标准。学习单元二

发展新能源汽车的必要性②我国：“国六”标准（《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》）分别于2020年、2019年实施，重型柴油车氮氧化物和颗粒物限值较“国五”分别降低77%和67%。表1-1所示为轻型汽车“国五”排放标准和“国六”排放标准排放限值的对比。表1-1“国五”排放标准和“国六”排放标准排放限值的对比学习单元二

发展新能源汽车的必要性(3)提高燃油品质,研究开发新的代用燃油。图1-11无铅汽学习单元二

发展新能源汽车的必要性燃油品质很大程度上限制了汽车排放污染物的水平,推迟了汽车排放法规的实施,因此需要尽快提高我国的燃油品质。汽车发动机使用尾气净化装置的必要条件之一就是使用无铅汽油,因此汽油无铅化是提高汽油品质的重点。此外,开发清洁燃料也是目前解决汽车尾气污染的重要措施。清洁燃料主要有氢气、压缩天然气、液化石油气、乙醇等,其可以减少60%~90%的有害物质排放量。图1-11所示为无铅汽油。(4)改善城市交通环境。图1-12夜间交通拥堵的城市学习单元二

发展新能源汽车的必要性即使每辆汽车都能达到国家规定的排放标准,也不能保证城市的交通污染就能达到环保标准要求,还需要疏导交通,优化路网布局,合理分配车流,提高机动车运行速度,改善汽车运行工况,降低机动车污染物排放。图1-12所示为夜间交通拥堵的城市。三、气候变暖温室气体包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、含氯氟烃(CFCs)等其中,二氧化碳是全球最重要的温室气体,是造成气候变暖的主要原因,它主要来自化石燃料的燃烧。大气中二氧化碳含量升高会增强大气层对太阳光中红外线辐射的吸收,阻止地球表面的热量向外散发,使地球表面的平均气温上升,造成气候变暖。因此,控制住大气中的二氧化碳的含量可有效缓解温室效应带来的影响,从而控制气候变暖。图1-13所示为温室效应的形成过程。图1-13温室效应的形成过程学习单元二

发展新能源汽车的必要性学习单元二

发展新能源汽车的必要性《世界能源统计年鉴2024》显示，2023年由能源使用、工业过程、放空燃烧及甲烷排放产生的二氧化碳当量排放量增长2.1%，打破2022年纪录。其中，能源相关排放量超40吉吨，直接能源使用产生的排放量超35吉吨，均为有史以来第一次。汽车常用的燃料为石油,其燃烧会产生大量的二氧化碳。如果大气中的二氧化碳含量增加1倍,温室效应将造成全球平均气温上升2~4.5℃。气候变暖对全球的影响比较大,其会给海水提供动能,容易形成超大型台风、飓风、海啸;土地干旱(图1-14),农作物产量降低,出现食物短缺等问题;冰川融化(图1-15),海平面随之升高,导致许多地区被淹没;气候干燥,容易出现山火等。这些都会威胁人类的生存环境。图1-14土地干旱图1-15冰川融化新能源汽车的发展学习单元三学习单元三

新能源汽车的发展一、国外新能源汽车的发展20世纪90年代，欧美发达国家制定严格汽车尾气排放标准，推动汽车企业研发新能源汽车，各国出台扶持政策，北美侧重混合动力系统，日本重视氢燃料电池应用。1.纯电动汽车的发展19世纪30年代，欧洲开始研究电动汽车；1881年，法国工程师古斯塔夫・特鲁夫的铅酸蓄电池三轮车成为世界第一辆电动汽车(图1-16)，19世纪30年代因燃油汽车崛起暂别市场。20世纪90年代，受空气质量和温室效应问题影响，纯电动汽车重新受关注，但铅酸蓄电池性能不足导致研发停滞；高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统应用后，其在续驶里程、快充等方面取得进步。图1-16世界上第一辆电动汽车学习单元三

新能源汽车的发展表1-2欧洲部分国家2023年5月的纯电动汽车销量情况美、日、欧等地区已规模化商业化推广，主要应用于小型乘用车、大型公交车、邮政车辆等。学习单元三

新能源汽车的发展攻关重点：提高电池性能、降低成本、提升动力电池能量密度。2.混合动力汽车的发展图1-17四驱版本油电混合动力汽车学习单元三

新能源汽车的发展混合动力汽车距今已有上百年的历史,费迪南德·保时捷在19世纪末就开发出一款油电混合动力汽车,甚至造出了四驱版本(图1-17)。但直到20世纪90年代,混合动力汽车才引起世界各大汽车公司的重视,日本、美国和欧洲各大汽车公司纷纷开始研制混合动力汽车。学习单元三

新能源汽车的发展日本处于领先地位，1997年丰田普锐斯成为世界首款批量生产的混合动力汽车，目前已推出第五代，全球累计销量超500万辆；通用SaturnVUE、奥迪Q5等也为代表车型。欧洲技术起步较晚，与美国合作共享技术，多用于高油耗车型；混合动力商用车（公交车、市政用车、军车等）快速发展，奔驰、沃尔沃等推出相关产品。发展方向：提高混合度实现向电气化转化，前期为单电机并联、双电机并联和混联方案，后期为插电式方案；发动机与电动机集成、传动系统与电动机集成是主要趋势。3.燃料电池汽车的发展图1-18格罗夫燃料电池学习单元三

新能源汽车的发展1839年,英国科学家威廉·格罗夫发明了第一个燃料电池,即格罗夫燃料电池(图1-18)。他猜想,如果氢气可以被煤、木材和其他易燃材料所替代,燃料电池就可以作为一种商业化的电源。但直到弗朗西斯·托马斯·培根研究的培根电池才使燃料电池由实验走向实用,并在20世纪60年代早期应用于太空计划,其改进后被作为阿波罗登月计划的宇宙飞船用电池。学习单元三

新能源汽车的发展近几十年，受环境、能源问题及制氢技术进步推动，美国、日本、欧洲等开展研发，跨国联盟联合推出相关产品。2015年被视为燃料电池汽车元年（丰田Mirai进入初期商业化），该车功率113kW，输出转矩335N・m，续驶里程500km；本田、三菱等也推出相关车型。日本规划2025年生产200万辆燃料电池汽车，2030年建设1800座加氢站；技术攻关焦点：提高可靠性和耐久性，美国研发的全新锂硫电池可实现700次充放电循环，能量密度有望达2600Wh/kg。二、国内新能源汽车的发展学习单元三

新能源汽车的发展21世纪初，科技部“十一五”“863”计划启动新能源汽车重大项目，建立“三纵三横”研发布局（“三纵”：混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车；“三横”：电池、电机、电控），基本掌握核心技术，构建关键零部件体系，实现小批量生产和局部商业化示范。图1-19电动汽车“三纵三横”研发布局学习单元三

新能源汽车的发展2012年2014年2015年起国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》明确纯电驱动为主要战略取向，同年实施新能源汽车车船税优惠。国务院办公厅《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》从8个方面提出30条政策，促进产业转型升级。新能源汽车补贴标准调整，技术门槛提高、补贴退坡；2017年《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》建立积分交易机制，2020年、2023年两次修改，2023年修改内容包括调整积分计算方法、建立积分池管理、优化积分管理制度。(1)调整新能源车型积分计算方法。学习单元三

新能源汽车的发展为助力实现“双碳”目标,促进节能与新能源汽车产业高质量发展,工业和信息化部等五部门于2023年6月再次修改《积分办法》,自2023年8月1日起施行。本次主要修改了以下三点。综合考虑技术进步、成本下降和积分合规成本变化情况,按照积分供需平衡原则,调整《积分办法》附件2《新能源乘用车车型积分计算方法》,将新能源乘用车标准车型分值平均下调40%左右,并相应调整了积分计算方法和分值上限。同时,考虑到后续新能源积分比例和分值要求仍需要根据实际情况不断进行修改,《积分办法》中规定,工业和信息化部可以根据实际情况及时对《新能源乘用车车型积分计算方法》作出调整。学习单元三

新能源汽车的发展(2)建立积分灵活性交易机制。为应对积分供需失衡问题,稳定积分价格,新增“新能源汽车积分池管理”一章,建立积分池管理制度。当年度新能源汽车正积分与负积分供需比超过2倍时启动积分池存储,允许企业按自愿原则将新能源汽车正积分存储至积分池,该部分积分存储有效期5年。当年度新能源汽车正积分与负积分供需比未达到1.5倍时释放积分池中的积分,允许企业提取储存的新能源汽车正积分,当年度未使用的新能源汽车正积分将返还积分池。学习单元三

新能源汽车的发展(3)优化其他积分管理制度。一是考虑未来碳管理需要,增加企业平均碳排放水平公示要求,提出适时研究建立与其他碳减排体系的衔接机制;二是为方便企业进一步做好积分相关工作,延长企业负积分抵偿报告提交时间和完成负积分抵偿归零时间;三是为提高积分交易灵活性,规定企业购买的正积分可以抵偿和结转;四是为保障数据统计更为准确,调整了核算年度内车辆统计基准。当前,我国新能源汽车大数据技术步入快车道,构建了全球最大的车联网平台,国家、地方政府和企业三级监管体系。车联网平台具有新能源汽车运行安全监测、财政补贴核算、节能减排交易、产品质量分析和为各类用户提供多种服务五大功能。图1-20“十四五”新能源汽车国家重点研发专项学习单元三

新能源汽车的发展学习单元三

新能源汽车的发展为了推动新能源汽车的发展,我国制定了一系列发展规划。例如,《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》提出,到2025年我国新能源汽车新车销售量应达到汽车新车销售总量的20%左右。为此,科技部出台重大举措,实施“十四五”新能源汽车国家重点研发专项,深化“三纵三横”研发布局,提出整车平台、能源动力、电驱系统、智能驾驶、车网融合和支撑技术六大攻关领域。图1-20所示为“十四五”新能源汽车国家重点研发专项。目前我国新能源汽车产业发展进入关键时期,即汽车工业向创新驱动转型,抢占技术制高点,引领产业变革,确保我国汽车行业的可持续发展。现在仍存在如企业投入不足、政府协调统筹作用还没有充分发挥等问题,这需要我们破除体制机制壁垒,推动有效市场和有为政府更好结合,形成协同发展的强大合力。感谢观看！纯电动汽车模块二010203纯电动汽车的类型纯电动汽车的结构原理纯电动汽车的特点040506纯电动汽车的关键技术纯电动汽车的技术条件纯电动汽车的能量管理系统07纯电动汽车典例教学目标通过本模块的学习,学生能够熟悉纯电动汽车的类型,掌握纯电动汽车的结构原理、特点和能量管理系统,了解纯电动汽车的关键技术、技术条件和典型车型。教学要求知识要点能力要求相关知识纯电动汽车的类型熟悉纯电动汽车的类型按用途不同、动力源不同分类的纯电动汽车纯电动汽车的结构原理掌握纯电动汽车的结构原理电力驱动控制系统、纯电动汽车驱动系统的布置形式纯电动汽车的特点掌握纯电动汽车的特点纯电动汽车的优缺点知识链接发展纯电动汽车是解决内燃机汽车诸多问题的重要途径之一,因此将对调整我国产业结构、提高重点领域的创新能力和市场竞争能力产生深远影响。各国争相对纯电动汽车进行了大量的研究与发展,我国作为世界汽车生产大国,应跟随世界的潮流,加快纯电动汽车的发展。知识要点能力要求相关知识纯电动汽车的关键技术了解纯电动汽车的关键技术纯电动汽车的四大关键技术纯电动汽车的技术条件了解纯电动汽车的技术条件《纯电动乘用车技术条件》(GB/T28382—2012)纯电动汽车的能量管理系统掌握纯电动汽车能量管理系统纯电动汽车能量管理系统的组成、电池管理系统纯电动汽车典例了解纯电动汽车的典型车型小鹏2023款P7i

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Max、奇瑞eQ7等车型纯电动汽车的类型学习单元一学习单元一

纯电动汽车的类型一、按用途不同分类纯电动汽车按照其用途的不同,可分为电动轿车、电动货车、电动客车和电动专用车四种。(1)电动轿车是目前最常见的纯电动汽车,已批量生产进入汽车市场。目前国内代表品牌有比亚迪、小鹏、北汽、蔚来等,国外代表品牌有特斯拉、大众等。(2)电动货车包含电动微卡、电动轻卡、电动中卡和电动重卡。电动微卡随着电子商务的发展应用于末端物流配送;电动轻卡主要应用于运输量大的快递行业、电子商务自建物流行业和租赁行业等;电动中卡主要应用于环卫等领域;电动重卡主要应用于港口短途倒运市场、市政专用类和矿产短途倒运等。图2-1所示为电动货车。图2-1电动货车学习单元一

纯电动汽车的类型(3)电动客车目前有电动公交车、电动面包车和电动大巴等。目前国家正推进新能源汽车商业化进程,公交客车是新能源商业化的先锋。截至目前,全国城市公交车电动化比例已超七成,发展速度极其之快。图2-2所示为电动公交车。图2-2电动公交车(4)电动专用车主要是指电动环卫车、电动三轮车、电动观光车和残疾人自驾车等。图2-3所示为电动三轮车。图2-3电动三轮车学习单元一

纯电动汽车的类型二、按动力源不同分类纯电动汽车按照其动力源不同,可分为以纯蓄电池组作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。1.以纯蓄电池组作为动力源的纯电动汽车以纯蓄电池组作为动力源的纯电动汽车只装置了蓄电池组。图2-4所示为以纯蓄电池组作为动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统。图2-4以纯蓄电池组作为动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统学习单元一

纯电动汽车的类型2.装有辅助动力源的纯电动汽车以纯蓄电池组作为动力源的纯电动汽车,其蓄电池的比能量和比功率较低,蓄电池组的质量和体积较大。因此,在某些纯电动汽车上装有辅助动力源,如发动机-发电机组、超级电容器等,由此改善纯电动汽车的启动性能和加速性能,增加续驶里程等。图2-5所示为装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统。图2-5装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统纯电动汽车的结构原理学习单元二纯电动汽车主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。与内燃机汽车相比,纯电动汽车除了电力驱动控制系统外,其他部分基本类同;有些部件因驱动方式不同,已被简化或省去了。因此电力驱动控制系统不仅决定了整个纯电动汽车的结构组成及性能特征,更是纯电动汽车的核心,相当于内燃机汽车中的发动机。它通过机电一体化方式与其他系统结合,这也是纯电动汽车区别于传统内燃机汽车的最大不同点。学习单元二

纯电动汽车的结构原理学习单元二

纯电动汽车的结构原理一、电力驱动控制系统纯电动汽车的电力驱动控制系统主要由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。图2-6所示为电力驱动控制系统的组成与工作原理。蓄电池输出电能,通过驱动控制器驱动电机运转产生动力,再通过底盘上的机械传动装置将动力传给车轮,使纯电动汽车能够行驶。图2-6电力驱动控制系统的组成与工作原理1.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、电机和机械传动装置等组成。为适应驾驶员的传统操纵习惯,电动汽车保留了加速踏板、制动踏板及相关操纵手柄或按钮等;一般需保留变速杆,除了传统的驱动模式外只有前进挡、空挡和倒挡三个挡位,并且以开关信号传输到中央控制单元来对汽车进行前进、停车和倒车控制。学习单元二

纯电动汽车的结构原理中央控制单元不仅是电力驱动主模块的控制中心,也要对汽车的控制起到协调作用。它根据驾驶员输入的挡位杆、加速踏板与制动踏板的信号,向驱动控制器发出相应的控制指令,对电机进行启动、加速、降速和制动控制。在纯电动汽车降速和下坡滑行时,整车控制器配合车载电源模块的能量管理系统进行发电反馈,即使蓄电池反向充电。汽车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流及有关故障诊断等信息还需传输到辅助模块的驾驶室显示操纵台进行相应的数字或模拟展示,也可采用液晶屏幕显示来提高其信息量。(1)中央控制单元。学习单元二

纯电动汽车的结构原理驱动控制器是按中央控制单元的指令和电机的速度、电流反馈信号,对电机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器必须与电机配套使用。(2)驱动控制器。电机在纯电动汽车中承担着电动机和发电机的双重功能,即在纯电动汽车正常行驶时发挥其主要的电动机功能,将电能转换为机械旋转能;而在降速和下坡滑行时进行发电,将车轮的惯性动能转换为电能。电机与驱动控制器所组成的驱动系统是电动汽车中最为关键的部件,电动汽车的运行性能主要就取决于驱动系统的类型和性能,它直接影响着车辆的各项性能指标,如车辆在各工况下的行驶速度、加速与爬坡性能以及能源转换效率。(3)电机。机械传动装置是将电机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴,从而带动汽车车轮前进或后退。(4)机械传动装置。2.车载电源模块车载电源模块主要由蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器三部分组成。学习单元二

纯电动汽车的结构原理蓄电池电源是纯电动汽车的动力源,是能量的储存装置,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。为满足电机驱动的要求,可以采用多个12V或24V的蓄电池串联成高压直流电池组,再通过DC-DC转换器供给所需的不同电压,或者直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组。(1)蓄电池电源。学习单元二

纯电动汽车的结构原理能量管理系统的主要功能是在汽车行驶过程中进行能源分配,协调各功能部分工作的能量管理,使有限的能源最大限度地得到利用。为提高蓄电池性能的稳定性和延长其使用寿命,需要实时监控蓄电池的使用情况,对蓄电池的温度、电解液浓度、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间或放电电流等蓄电池状态参数进行监测;对有关参数进行显示和报警,其信号流向驾驶室显示操纵台,以便驾驶员随时掌握并配合其操作。(2)能量管理系统。充电控制器把电网供电的方式转换为对蓄电池充电要求的方式,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。(3)充电控制器。3.辅助模块辅助模块包括驾驶室显示操纵台、动力转向单元、辅助装置和辅助动力源等。各个装置的功能与传统汽车上的基本相同,其结构与原理因纯电动汽车的特点有所区别。学习单元二

纯电动汽车的结构原理(1)驾驶室显示操纵台。驾驶室显示操纵台类似于燃油汽车驾驶室的仪表盘,其功能根据纯电动汽车驱动的控制特点有所增减,信息指示更多地选用数字或液晶屏幕显示。(2)动力转向单元。动力转向单元是为实现汽车转弯而设置的,它由方向盘、转向机构、转向器和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力,通过转向机构和转向器使转向轮偏转一定的角度,从而实现汽车转向。学习单元二

纯电动汽车的结构原理(3)辅助装置。辅助装置主要有照明设备、空调、电动门窗、车载音响设备、风窗除霜清洗器、各种声光信号装置、电动座椅调节器等。这些辅助装置可以提高汽车的操控性和乘员的舒适性,可根据实际需求选用。(4)辅助动力源。辅助动力源是为纯电动汽车各种辅助装置提供所需动力的电源。一般为12V或24V的直流低压电源,主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动门窗等辅助装置提供所需的电能。学习单元二

纯电动汽车的结构原理二、纯电动汽车驱动系统的布置形式纯电动汽车驱动系统布置的原则: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。车辆的整个结构布局需要重新设计并全面考虑各种因素。纯电动汽车的驱动系统布置形式主要有传统驱动方式、电动机-驱动桥组合式驱动方式、电动机-驱动桥整体式驱动方式及轮毂电动机驱动方式四种。1.传统驱动方式图2-7所示为传统驱动方式,其仍然采用传统燃油汽车驱动系统的布置方式,包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等,只是将发动机换成电动机,通常用于改造型纯电动汽车。变速器通常有2~3个挡位,可以提高纯电动汽车的启动转矩,增加纯电动汽车低速时的后备功率,但这种驱动系统布置形式结构复杂、效率低,不能充分发挥驱动电机的性能。传统驱动方式主要用于早期的纯电动汽车,省去了较多的设计,也适用于对原有汽车的改造。学习单元二

纯电动汽车的结构原理图2-7传统驱动方式在此基础上,还有一种简化的传统驱动系统布置形式,即去掉离合器,采用固定速比减速器,这样可减轻机械传动装置的质量。由于采用调速电机,其变速器也可相应简化。驱动桥内的机械式差速器使得汽车在转弯时左右车轮以不同的转速行驶。学习单元二

纯电动汽车的结构原理2.电动机-驱动桥组合式驱动方式图2-8所示为电动机-驱动桥组合式驱动方式,其取消了离合器、变速器和传动轴,主要由电动机和减速器及差速器组成。这种布置形式的机械传动机构紧凑,传动装置体积小,传动效率高,容易布置,进一步降低了整车质量。但它对电动机的调速要求较高,需要电动机具有较大的启动转矩和后备功率,以确保纯电动汽车在启动、爬坡、加速超车等场景下的动力性能。电动机-驱动桥组合式驱动方式通常用于低速纯电动汽车。图2-8电动机-驱动桥组合式驱动方式学习单元二

纯电动汽车的结构原理3.电动机-驱动桥整体式驱动方式图2-9所示为电动机-驱动桥整体式驱动方式,其是将电动机装到驱动轴上,直接由电动机实现变速和差速转换。这种驱动方式使得纯电动汽车更加灵活,在复杂的路况中有良好的整车动力性能,同时进一步减轻了整车质量,提高了传动效率。但这种驱动方式同样对电动机有较高的要求,不仅要求电机控制系统有较高的控制精度,还要具备良好的可靠性,从而保证纯电动汽车能平稳行驶。电动机-驱动桥整体式驱动方式在小型纯电动汽车上得到了普遍应用。图2-9电动机-驱动桥整体式驱动方式学习单元二

纯电动汽车的结构原理4.轮毂电动机驱动方式图2-10轮毂电动机驱动方式图2-10所示为轮毂电动机驱动方式,其与电动机-驱动桥整体式驱动方式比较接近,是将电动机直接安装在驱动轮上,由电动机直接驱动车轮行驶。这种方式大大简化了驱动系统中的机械部分,提高了车内空间的利用率,传动效率更高。其中轮毂电动机直接驱动方式[图2-10(a)]适用于平路或负载较小的场合,带轮边减速器的轮毂电动机驱动方式[图2-10(b)]适用于丘陵或山区以及要求过载能力较高的场合。纯电动汽车的特点学习单元三一、纯电动汽车的优点与燃油汽车相比,纯电动汽车具有以下优点。学习单元三

纯电动汽车的特点(1)零排放、噪声低。纯电动汽车使用电能作为动力源,避免了传统汽车尾气排放对空气的污染;同时,纯电动汽车无内燃机产生的噪声。(2)结构简单,使用、维修方便。纯电动汽车较内燃机汽车结构简单,运转、传动部件少,维修保养工作量小。(3)能源效率高。纯电动汽车的能源效率已经超过了燃油汽车,更加适宜于在城市道路中运行;当车辆制动或减速时,电动机转化为发电机,实现制动减速时能量的再利用。(4)节约能源。纯电动汽车的应用能有效降低人类对石油资源的依赖,提升能源供应的多样性。电力可由天然气、水能、太阳能、核能、风能和潮汐能等能源转化而来。(5)可实现对电网的削峰填谷。纯电动汽车可以在夜间给动力蓄电池充电,避开用电高峰,有利于电网均衡负荷,大大提高电网的工作效益。二、纯电动汽车的缺点与燃油汽车相比,纯电动汽车具有以下几种缺点。学习单元三

纯电动汽车的特点(1)续驶里程短。目前动力蓄电池的单位质量能够储存的能量较少,单次充电后可续驶里程有限。(2)使用成本高。动力蓄电池技术研发还需加强,动力电源(电池)的寿命短,使用成本高。(3)配套设施不完善。充电桩等配套设施不完善,还需加强配套基础设施的建设。(4)安全性。纯电动汽车的制动性能相较于燃油汽车并不太稳定,容易出现失控的现象,安全性有待进一步提高。纯电动汽车的关键技术学习单元四一、电池及管理技术纯电动汽车有四大关键技术:电池及管理技术、电机及控制技术、整车控制技术和整车轻量化技术。学习单元四

纯电动汽车的关键技术电池是纯电动汽车的动力源泉,也是制约纯电动汽车发展的关键因素。要使纯电动汽车更具竞争力,关键就是要开发出高比能量、高安全性、高比功率、长寿命、宽温区并且低成本的电池。电池组的性能直接影响整车的加速性能、续驶里程以及制动能量回收的效率等。学习单元四

纯电动汽车的关键技术电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本及可靠性,影响电池性能的所有参数必须得到优化。纯电动汽车的电池在使用中发热量很大,电池温度影响电池中电化学系统的运行、循环寿命和充电可接受性、安全性和可靠性等。为了达到最佳的性能和寿命,需将电池组的温度控制在一定的范围内,减小不均匀的温度分布,以避免模块间的不平衡,防止电池性能下降,消除相关的潜在危险。由于电池组的设计既要密封、防水、防尘、绝缘,又要考虑空气流流场分布、均匀散热,所以电池组的散热通风设计成为纯电动汽车研究的一个重要领域。二、电机及控制技术学习单元四

纯电动汽车的关键技术纯电动汽车的电机属于特种电机,是纯电动汽车的关键部件。要使纯电动汽车有良好的使用性能,电机应具有较宽的调速范围及较高的转速,足够大的启动转矩,体积小、质量小、效率高,且具有动态制动强和能量回馈的性能。纯电动汽车所用的电机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。随着电机及驱动系统的发展,控制系统趋于智能化和数字化。模糊控制、变结构控制、自适应控制、神经网络控制、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术,都将单独应用或结合应用于纯电动汽车的电机控制系统。它们的应用将使系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强、参数变化具有鲁棒性,可大大提高整个系统的综合性能。三、整车控制技术学习单元四

纯电动汽车的关键技术整车控制技术是纯电动汽车“三电”技术体系中承担控制与管理功能的部分,对整车动力性、经济性、安全性、环境适应性、使用便捷性及功能扩展性等均具有直接影响,被认为是汽车产品获取市场竞争力的关键核心技术之一。纯电动汽车整车控制系统由整车控制器、通信系统、部件控制器及驾驶员操纵系统组成，核心功能是结合驾驶员操作与工况，在保障安全和动力性的前提下优化工作模式，其网络结构采用高速CAN总线（驱动系统）和低速总线（车身系统），高速总线节点为各子系统电子控制单元，低速总线节点按物理位置实现区域自治。随着汽车电子控制技术发展，整车控制系统信息获取量与智能化水平提升，为适配综合化、智能化控制需求，车载网络应运而生，连接分散的电子控制装置形成整车网络化控制系统，当前主流车载网络标准包括CAN、LIN、MOST、FlexRay等。四、整车轻量化技术学习单元四

纯电动汽车的关键技术整车轻量化技术始终是汽车技术重要的研究内容。纯电动汽车由于布置了电池组,整车质量增加较多,轻量化问题更加突出,可以采用以下措施减小整车质量。(1)通过对整车实际使用工况和使用要求的分析,对电池的电压、容量,电机的功率、转速和转矩,以及整车性能等车辆参数的整体优化,合理选择电池和电动机参数。(2)通过结构优化和集成化、模块化优化设计,减小动力总成、车载能源系统的质量。其包括对电机及驱动器、传动系统、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计,使系统得到优化;通过电池、电池箱、电池管理系统(battery

management

system,BMS)、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散,实现系统优化。学习单元四

纯电动汽车的关键技术(3)积极采用轻质材料,如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。(4)利用CAD技术对车身承载结构件(如前后桥、新增的边梁、横梁等)进行有限元分析研究,用计算和试验相结合的方式实现结构最优化。纯电动汽车的技术条件学习单元五1.质量分配纯电动汽车主要以使用动力蓄电池的纯电动乘用车为主。《纯电动乘用车技术条件》(GB/T

28382—2012)规定了座位数在5座及以下的纯电动乘用车的技术要求。学习单元五

纯电动汽车的技术条件2.行李箱容积车辆的电机及动力蓄电池系统应合理布置,质量分布均衡;车辆的动力蓄电池(包含电池箱及箱内部件)总质量与整车整备质量的比值,不宜大于30%。车辆应具有适宜的行李箱容积。对于4座及5座车辆,按GB/T

19514测量,行李箱容a积不宜小于0.3m3。3.安全要求学习单元五

纯电动汽车的技术条件车辆的特殊安全、制动性能、乘员保护等应符合以下规定。(1)GB/T18384对纯电动汽车特殊安全的规定。(4)车辆在设计时应考虑车辆启动、车速低于20km/h时,能够给车外人员发出适当的提示性声响。(2)GB21670对制动性能的规定。(3)GB11551和GB20071对乘员保护的规定。4.动力性能要求学习单元五

纯电动汽车的技术条件车辆的动力性能应满足以下要求。(1)30min最高车速。按照GB/T

18385规定的试验方法测量30min最高车速,其值应不低于80km/h。(2)加速性能。按照GB/T

18385规定的试验方法测量车辆0~50km/h和50~80km/h的加速性能,其加速时间应分别不超过10s和15s。(3)爬坡性能。按照GB/T

18385规定的试验方法,测量车辆爬坡车速和车辆最大爬坡度,应符合下列要求:车辆通过4%坡度的爬坡车速不低于60km/h;车辆通过12%坡度的爬坡车速不低于30km/h;车辆最大爬坡度不低于20%。5.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。学习单元五

纯电动汽车的技术条件6.续驶里程按照GB/T

18386测量工况法续驶里程,其值应大于80km。7.操纵稳定性要求按照QC/T

480进行操纵稳定性试验,其指标应满足QC/T

480的要求。8.可靠性要求车辆的可靠性应满足以下要求。学习单元五

纯电动汽车的技术条件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,高速路2000km,工况行驶5000km(工况按照GB/T

19750);可靠性行驶试验前的动力性能试验里程,以及各试验间的行驶里程等可计入可靠性试验里程。(1)里程分配。可靠性试验中，整车控制器及总线系统、动力蓄电池及管理系统等核心系统和设备，不得出现致命故障（危及人身安全、导致主要总成报废等）和严重故障（影响行车安全、主要零部件严重损坏且短时间无法排除等），其他系统和零部件需符合相关标准要求。(2)故障。学习单元五

纯电动汽车的技术条件车辆的正常维护和充电应按照车辆制造厂的规定;整个行驶试验期间,不应更换动力系统的关键部件,如电机及其控制器、动力蓄电池及管理系统、车载充电系统(如果有)等。(3)车辆维护。可靠性试验结束后进行30min最高车速、续驶里程复试。其30min最高车速复测值应不低于初始所测值的80%,且应不低于70km/h;工况法续驶里程复测值应不低于初始所测值的80%,且应不低于70km。(4)性能复试。9.车辆上安装的动力蓄电池的要求车辆上安装的动力蓄电池应满足以下要求。学习单元五

纯电动汽车的技术条件(1)一般要求。动力蓄电池根据其类型,应符合QC/T742、QC/T743或QC/T744的要求。(2)低温容量。在环境温度-20℃时,动力蓄电池模块容量与常温下的容量比应不小于70%。动力蓄电池根据其类型,试验方法按照QC/T742、QC/T743或QC/T744中相应的条款。纯电动汽车的能量管理系统学习单元六一、纯电动汽车能量管理系统的组成纯电动汽车的能量管理系统主要由电池输入控制器、车辆运行状态参数、电池组的状态参数、车辆操纵状态、能量管理系统ECU(电子控制单元)、电池输出控制器、能量管理系统状态显示和电机发电系统等组成,如图2-11所示。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统图2-11纯电动汽车能量管理系统的基本结构二、电池管理系统电池管理系统是能量管理系统的一个子系统。纯电动汽车电池携带的能量是有限的,也是非常宝贵的。为了增加纯电动汽车的续驶里程,对电池系统进行全面的、有效的管理是十分必要的。电池管理系统在汽车运行过程中需完成多种多样的任务,其主要任务是保持纯电动汽车蓄电池性能良好,并优化各蓄电池的电性能,以及保存、显示测试数据等。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统1.电池管理系统的软硬件设计纯电动汽车中电池管理系统的功能和形式主要是根据实际情况确定的,受电池类型、纯电动汽车类型、成本等多种因素影响。电池管理系统包括硬件系统的设计和软件系统的设计。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统图2-12所示为某电池管理系统的结构图。硬件系统的设计取决于电池管理系统所需实现的功能,其核心目标是实现对动力蓄电池组的合理管理,即保证数据采集的准确性、系统通信的可靠稳定性、抗干扰性。在具体实现过程中,根据设计要求确定需要采集电池组的数据类型;根据通信数据量以及整车的要求选用合理的总线;根据采集量以及精度要求确定前向通道的设计。1)硬件系统的设计学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统图2-12某电池管理系统的结构图学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统电流信号检测的精度直接影响电池荷电状态(state

of

charge,SOC)的准确度,因此要求电流转换隔离放大单元在较大范围内有较高的精度,较强的抗干扰能力,较快的响应速度,较高的线性度和较好的零漂、温漂抑制能力。电流转换隔离放大单元是用电流型霍尔元件将-400~400A的电流转换为电压信号。电流的采样精度要求为1%。电池的温度是判断电池能否正常使用的关键性参数,电池组之间的温度差异会造成电池组各单体之间的不均衡,缩短电池寿命;当电池的温度超过一定值时,有可能造成电池的损坏。系统中的温度采样单元是通过数字化温度传感器完成采样的,温度采样精度可达0.5℃。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统电池的电压是判断电池组质量的重要依据,要求系统能得到电池组在同一时刻的电压值的变化和各电池组的电压值,通过算法找出问题电池组,因此电压的采样精度要求比较高,采用单片机内部自带的A/D转换(模数转换)功能,精度可达0.1V。纯电动汽车中电机等强电磁干扰源的存在对系统的抗干扰性提出较高要求,系统应从硬件设计、印制电路板制作和软件程序方面提高抗干扰性。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统本硬件系统是基于ATMEGA8L单片机进行设计的。电压采样的实现。电压采样是对纯电动汽车电池组的电压进行采样。每个电池组由10个单体蓄电池构成,本系统中共有14个电池组。图2-13所示为电压采样系统原理图。（1）图2-13电压采样系统原理图ATMEGA8L通过逻辑控制单元,控制高压开关阵列的通断来采样电池组电压,电压信号经过线性隔离器件,再经放大后输入ATMEGA8L的A/D转换器。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统电流采样的实现。电流的采样值是估计电池SOC的主要依据,因此对电流采样的精度,抗干扰能力,零漂、温漂抑制能力和线性度误差的要求都很高。这里采用电流传感器LT308,该传感器是基于霍尔原理的闭环(补偿)电流传感器,具有高精度、良好线性度和最佳反应时间,同时抗干扰能力强。其一次的额定电流为300A,满足系统设计的要求;二次的额定电流为150mA,电流转换率为1∶2000。供电电源为±12V或±15V。图2-14所示为电流采样电路示意图。（2）学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统温度采样的实现。温度传感器采用增强型单总线数字温度传感器DS18B20,与DS1820相比,其在转换时间、测温精度、分辨率和传输距离等方面有较大改进。温度检测系统采用直接电源供电方式。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有较强的上拉,上拉开启时间最大为10ms。图2-15所示为温度采样电路示意图。（3）图2-14电流采样电路示意图学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统图2-15温度采样电路示意图单点、多点温度检测,在系统安装及工作之前,都应将主机逐个与DS18B20挂接,读出其序列号。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统抗干扰措施的设计。干扰可以沿各种线路侵入单片机系统,主要分为供电系统干扰、空间干扰和过程通道干扰。干扰对单片机系统的作用可以分为三个部位:（4）一是输入系统,干扰叠加在信号上,使数据采集误差增大,特别在前向通道的传感器接口是小电压信号输入时,此现象会更加严重;二是输出系统,使各输出信号混乱,不能正常反映单片机系统的真实输出量,导致一系列严重后果;三是单片机系统的内核,使总线上的数字信号错乱,内部程序指针错乱,程序运行失常,操作状态失灵,更严重的会导致死机,使系统完全崩溃。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统车载CAN通信设计实现。电池管理系统与整车控制系统的通信联系是通过CAN总线来实现的。（5）图2-16CAN通信接口设计原理图在电池管理系统中,CAN通信是由外围设置CAN的操作器和接收器组成的通信模块实现的,其电路主要由四部分组成:微波处理器ATMEGA8L、CAN控制器SAJ1000、高速光电耦合器6N137和CAN总线驱动器82C250。图2-16所示为CAN通信接口设计原理图。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统电池管理系统的软件主要包括三个部分:中央处理单元的管理部分、各ECU的测量与控制部分和整个系统的通信部分。电池管理系统的主要任务是检测电池的电压、电流和温度。通过对测得参数的分析,估计电池的剩余容量并做出各种错误报警。系统软件是基于ATMEGA8L的C语言实现的,主要有系统内存配置、剩余容量估计、参数检测及滤波、CAN通信和数据诊断报警等部分。2)软件系统的设计学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(1)系统内存配置。ATMEGA8L有两种类型的存储器,即程序存储器和数据存储器,前者主要包含可执行程序代码,后者主要包含外部变量、静态变量、系统堆栈。由语言生成的每一块程序或数据存放于存储器空间的一个连续的段中。(2)剩余容量估计。其在系统软件中分为三个部分:开机参数初始化、数据采集及电流积分、根据估计模型计算。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(3)参数检测及滤波。电压、电流都是通过A/D转换器(也称ADC)中断采集的。ADC数据寄存器ADCL和ADCH用来存放ADC转换结果(10位),其中一种是结果的低8位放在ADCL中,高2位放在ADCH的低2位,其他6位为0,称为右对齐模式;另一种是结果的高8位放在ADCH中,低2位放在ADCL的高2位,其他6位为0,称为左对齐模式。在此设计中,采用默认右对齐模式。在读ADCH之前又有一次A/D转换结束,数据寄存器的数据也不会更新,从而保证转换结果不丢失。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(4)CAN通信。CAN通信是电池管理系统与整车控制单元进行通信的中介。电池管理系统把电池的SOC、温度及相关报警信息发送到CAN总线上,中央控制单元接收到数据后对数据进行处理,实现整车的控制。(5)数据诊断报警。电池组相关数据的分析处理是电池管理系统的核心任务,涉及电压、温度等参数的诊断等,并在危险情况下做出紧急处理和报警。2.电池管理系统的功能电池管理系统是电池与用户之间联系的纽带,通过检测各单体动力蓄电池的状态来确定整个动力蓄电池系统的状态,并以此对动力蓄电池系统进行对应的控制调整和策略实施,从而提高电池的使用率,保证动力蓄电池系统安全稳定运行。电池管理系统主要可以实现测量功能、状态估算功能、系统辅助功能、通信与故障诊断功能。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统电池管理系统最基本的功能就是测量单体蓄电池的电压、电流、温度,绝缘检测和高压互锁检测,这是所有电池管理系统顶层计算、控制逻辑的基础。1)测量功能(1)单体蓄电池的电压测量和监控。单体蓄电池的电压,对于电池管理系统有以下作用:作用三是可以用来检测单体蓄电池的运行状态。一是可以用来累加获取整个动力蓄电池的电压值;二是可以根据单体蓄电池电压压差来判断单体蓄电池的差异性;学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(2)电池包电压测量。电池包的总电压用来核算SOC值,是电池包的重要参数之一。单体蓄电池电压采样有一定的时间差异性,因此往往采集电池包电压来作为主参数来进行运算。在诊断继电器的时候,需要电池包内外电压一起比较。(3)电池温度检测。电池温度检测主要依靠NTC温度传感器进行。借助电池温度可以识别是否过载或有电气故障。出现温度异常情况时,必须立即降低电流或完全关闭高电压系统,以免电池进一步损坏。此外,监测温度还用于控制冷却系统,从而确保电池始终在最有利于自身功率和使用寿命的温度范围内运行。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(4)电流测量。电池包往往仅在单体蓄电池这一层级做并联,电池包内的单体蓄电池串联给整车提供电能,所以一般只需要测量一个电流。电流主要通过智能分流器或霍尔电流传感器测量。由于电池管理系统需要处理的瞬时电流数值往往很大,所以需要仔细评估和测量蓄电池包的输出电流和输入电流的量程与精度。(5)绝缘电阻检测。电池管理系统内,一般需要对整个电池系统和高压系统进行绝缘检测,比较简单的方法是依靠电桥来测量总线正极和负极对地线的绝缘电阻。目前在电池包里面应用比较多的是主动信号注入,它可以检测单体蓄电池对系统的绝缘电阻。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(6)高压互锁(high

voltage

inter-lock,HVIL)检测。高压互锁的目的是确认整个高压系统的完整性,当高压系统电路断开或者完整性受到破坏时,需要采取安全措施。①HVIL可以使得在高压总线上电之前,检测整个系统的完整性,即在电池系统主、负继电器闭合给电之前检测。②HVIL主要通过插接器的低压连接电路完成,电池管理系统一般需要提供电路的检测电路。HVIL源有三种不同的方式,分别为5V、12V和PWM波。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统动力蓄电池系统中最核心的部分是剩余电量(SOC)、电池健康度(SOH)和功率边界(SOP)的估算。2)状态估算功能(1)SOC估算。SOC代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值,常用百分数表示。其取值范围为0~1,当SOC=0时,表示电池放电完全;当SOC=1时,表示电池完全充满。在实际应用中,一般以开路电压法估算的SOC值为准。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(2)SOH估算。电池健康度的标准定义是在标准条件下动力蓄电池从充满状态以一定倍率放电到截止电压所放出的容量与其所对应的标称容量的比值,该比值是电池健康状况的一种反映。蓄电池满充容量相对额定容量的百分比,新出电池为100%,完全报废的为0。(3)SOP估算。动力蓄电池功率边界SOP算法的目的就是权衡多种因素的影响,指导控制单元更合理地使用动力蓄电池系统。对于纯电动汽车,动力蓄电池是唯一的能量获取来源,SOP策略相对简单;对于混合动力汽车,动力蓄电池容量小,则必然在运行中需要高倍率输出,对功率平稳输出的优化就更为重要。SOP算法与电芯特性、电池系统性能和整车功率需求都有着密切的关系。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统电池管理系统的辅助功能主要包括热管理控制、继电器控制和充电控制等,一般与整车控制系统或者其他相关的系统联合使用。3)系统辅助功能(1)热管理控制。电池的化学性能受环境温度的影响非常大,为了保证电池的使用寿命,必须让电池工作在合理的温度范围之内,并根据不同的温度为整车控制器提供其所能输出和输入的最大功率。电池管理系统的温度控制主要用到CFD仿真分析,即如何使用最少的温度传感器来有效地监测整个电池包的温度分布,并将监测信息反馈给电池管理系统和整个电池温度管理系统,从而控制整车和电池系统的散热与加热。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(2)继电器控制。动力蓄电池系统一般有多个继电器,电池管理系统至少要完成对继电器的驱动供给和状态检测,继电器控制往往是与整车控制器协调后确认控制器状态。(3)充电控制。电池管理系统的一种主要模式是监控电池系统在充电过程中电池的需求。在交流充电过程中,电池管理系统需要实现脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation,PWM)的控制导引电路的交互;在直流充电过程中,特别需要注意在较高SOC下允许充电的电流。在国标系统中,电池管理系统被要求直接与外部建立通信,交互充电过程中的信息。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统4)通信与故障诊断功能电池管理系统需要给整车控制器发送电池系统的相关信息,在有直流充电的系统中,特别是在国标系统中需要直接与外部直流充电桩进行通信。在某些时候,可能还要有一条备份的诊断和刷新的通信线,用来在主通信线失效的情况下进行数据传输。(1)通信功能。运行故障诊断及容错控制在任何控制器当中都是非常重要的,电池管理系统的故障也会以故障码(DTC)的形式来报警,通过DTC触发仪表板中的指示灯来提醒驾驶人。由于电池的危险性,往往需要车联系统直接进行信息传送,以应对突然出现的事故。(2)故障诊断。3.电池SOC值估算方法动力蓄电池的荷电状态是反映动力蓄电池状态的主要参数之一,也是整车能量分配策略的重要依据之一。在电池管理系统中,SOC值估算是重要研究内容。由于无法直接通过测量的方法得到电池的SOC值,一般采用间接测量电池其他参数的方法来估算SOC值。常见的估算动力蓄电池SOC值的方法有放电法、安时积分法、开路电压法、神经网络法和卡尔曼滤波法。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(1)放电法。在某一温度对电池进行1/3C倍率的恒流放电,直到电池端电压达到最低值,此温度和电流下放电容量即为电流与时间的积,SOC值即为放电容量占电池额定容量的比值。放电法即对蓄电池做放电实验,以放出电量的多少判断蓄电池容量,但实际行车情况中用来行驶的是剩余电量,无法单纯以放电结果作为电量预估标准。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(2)安时积分法。电池在一段时间内放出的容量是电流对时间的积分,故测量电池工作状态下的电流值,计算已放出容量,然后根据电池总容量与已放出容量之差即可计算出当前状态下电池的SOC值。这种方法不需要考虑电池模型,但不可避免会产生误差,当前SOC精度主要依赖初始和瞬时电流的精度,SOC值误差会随着时间而累积,因此需要对SOC值进行校正。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(3)开路电压法。电池的开路电压可以通过直接测量得到,当SOC值较高时,电池的开路电压也比较大。准确的开路电压需要一段时间静置恢复,因为充电和放电过程会让电池内部的化学反应持续一段时间,延长部分极化状态,形成极化电势,提高和降低瞬时开路电压,使单纯的开路电压在实际运行状态下受到行车干扰而变得不准确,故无法在实际情况下进行实时测量。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(4)神经网络法。神经网络法是依据大量的样本数据和神经网络模型,通过大量的数据分析,实时将SOC值与输入端数据建立一定的联系。人工神经网络模型缺少对动态工况的验证,在使用这种模型时,还必须采用大量的变电流工况数据。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统(5)卡尔曼滤波法。卡尔曼滤波法的核心是按照已建立的电池状态模型,根据电流工作时的电流、电压及温度等进行状态递推,得到SOC实时估算值及估算误差。其优点是对初始误差有很强的修正作用;缺点是需要较强的数据处理能力,准确度由电池状态模型决定。目前主流的方法是安时积分法和开路电压法结合,实践起来较为容易,乘用车上的误差可以控制在5%以内。4.电池管理系统常见故障表2-1所示为电池管理系统常见故障。学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统续表学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统续表学习单元六

纯电动汽车的能量管理系统纯电动汽车典例学习单元七一、小鹏2023款P7i

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Max小鹏全新P7i于2023年3月正式上市,定位超智能轿跑,在三电、整车性能、操控性、充电和能耗效率、智能辅助驾驶能力及全车数字化水平上实现全方位的升级和优化,并根据用户需求完成了电动后备箱、座椅舒适性、电吸门等100多项产品优化和舒适配置的升级和提升。图2-17所示为小鹏2023款P7i

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Max。学习单元七

纯电动汽车典例图2-17小鹏2023款P7i702Max小鹏2023款P7i702Max的车身尺寸为4888mm×1896mm×1450mm,轴距为2998mm;整备质量为1980kg,满载质量为2415kg;学习单元七

纯电动汽车典例小鹏2023款P7i702Max的续驶里程为702km,最高车速为200km/h,零百加速时间为6.4s,百公里耗电量为13.6kW·h。充电可采用快充,0.48h可充满电池电量的80%。动力蓄电池采用三元锂电池,电池容量为86.2kW·h;电机采用永磁同步电动机,峰值功率为203kW,峰值转矩为440N·m。二、特斯拉Model

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2023款后轮驱动焕新版特斯拉Model3自2016年发布以来,凭借强大的产品力、波动的价格、优秀的销量,还有各种“失控”“起火”等争议,以及其CEO马斯克的各种行为,让Model

3在国内成为一款有流量、有争议、有实力的爆款车型,热度只增不减,是消费者购买中型车必参考的产品。学习单元七

纯电动汽车典例特斯拉Model32023款后轮驱动焕新版和长续航全轮驱动焕新版,是自2016年Model

3发布以来第一次改款,新车在外观、内饰、配置等处进行了微调。图2-18所示为特斯拉Model

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2023款后轮驱动焕新版。学习单元七

纯电动汽车典例特斯拉Model

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2023款后轮驱动焕新版的车身尺寸为4720mm×1933mm×1442mm,轴距为2875mm;整备质量为1760kg,满载质量为2192kg,储物空间为682L;动力蓄电池采用磷酸铁锂蓄电池,电池容量从60kW·h提升至66kW·h;电机采用永磁同步电动机,峰值功率为194kW,峰值转矩为340N·m。图2-18特斯拉Model32023款后轮驱动焕新版特斯拉Model32023款后轮驱动焕新版的续驶里程为606km,最高车速为200km/h,零百加速时间为6.1s,风阻系数为0.22。充电可采用快充。三、奇瑞eQ7作为超舒适家庭纯电SUV,奇瑞eQ7官宣中文名为“奇瑞舒享家”。奇瑞eQ7源自中国首个铝基轻量化平台打造,凭借超舒适、超安全、超智能和超简约的标杆级产品品质,全面满足家庭用户多元化出行场景需求,受到许多家庭的喜爱,于2023年9月12日全球上市。图2-19所示为奇瑞eQ7。学习单元七

纯电动汽车典例图2-19奇瑞eQ7学习单元七

纯电动汽车典例奇瑞eQ7的车身尺寸为4675mm×1910mm×1660mm,轴距为2830mm;整备质量为1850kg,满载质量为2225kg,储物空间为426~1290L;动力蓄电池采用磷酸铁锂蓄电池,电池容量为67.12kW·h;电机采用永磁同步电动机,峰值功率为155kW,峰值转矩为285N·m。奇瑞eQ7的续驶里程为512km,最高车速为180km/h,零百加速时间为8s,百公里耗电量为14.8kW·h。充电可采用快充,0.5h可充满电池电量的80%。四、蔚来ET72023款蔚来ET7自2021年年初在NIODay上亮相以来,凭借精致动感的外观设计,出色的操控性能以及舒适性,收获了大批拥趸。2023年4月,蔚来汽车在上海车展上发布ET72023款,新款ET7新增15+配置体验,包括新增曙光金车漆、N-Box、前风挡下沿加热、拖挂套装等。图2-20所示为蔚来ET72023款。学习单元七

纯电动汽车典例图2-20蔚来ET72023款学习单元七

纯电动汽车典例蔚来ET72023款的车身尺寸为5101mm×1987mm×1509mm,轴距为3060mm;整备质量为2379kg,满载质量为2900kg,储物空间为503L;