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1、第二章 纯电动汽车,第一节 纯电动汽车的概述,电动汽车 电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三大类，纯电动汽车是电动汽车的技术基础。纯电动汽车就定义来说是单纯用蓄电池作为驱动能源的汽车，它是涉及到机械、动力学、电化学、电机学、微电子与计算机控制等多种学科的高科技产品，下图为法国标致101型电动汽车。,概述,概述,纯电动汽车的特点 1、节能，不消耗石油。 2、环保，无污染，噪声和振动小。 3、能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递，各部件的布置具有很大的灵活性。 4、驱动系统布置不同会使系统结构区别很大。 5、采用不同类型的电机(如直流电机和交流电机)会影
2、响到纯电动汽车的质量、尺寸和形状。,概述,纯电动汽车的特点 6、不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。 7、能源效率高，多样化。 8、不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，如蓄电池可通过充电器充电，或者采用替换蓄电池的方式。 9、结构简单，生产工艺相对成熟，使用维修方便。 10、动力电源使用成本高，续驶里程短。,概述,电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三大类,纯电动汽车的结构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。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车类同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化
3、或省去了。为此首先需对电力驱动控制系统重点阐述。,混合动力汽车是指汽车动力传动系由两个或多个能同时运转的单个动力传动系联合组成的汽车，汽车的行驶功率依据实际的汽车行驶状态由单个动力传动系单独或多个动力传动系共同提供。相比常规内燃机汽车和纯电动汽车，下图所示的混合动力汽车动力传动系增加了整车能量管理和综合控制系统，其主要作用在于以优化发动机的工作效率为目标，协调发动机和驱动电机之间的动力分配，同时进行动力电池组的电量管理。,依据组成混合动力汽车的两个或多个能同时运转的单个动力传动系之间动力联合位置的不同，混合动力汽车还具有串联、并联和混联三种基本的类型。,串联混合动力汽车,混合动力汽车结构与原理
4、,并联混合动力汽车的概念,混合动力汽车结构与原理,混联式混合动力汽车的概念,混合动力汽车结构与原理,燃料电池汽车与普通燃油汽车相比，其外形和内部空间几乎没有什么区别，不同之处在于动力系统。,燃料电池汽车的结构与原理,第二节 纯电动汽车的驱动系统,第二节、纯电动汽车的驱动系统,燃油汽车主要由发动机，底盘、车身和电气四大部分组成，纯电动汽车的结构与燃油汽车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机，电力驱动控制系统的组成与工作原理如图所示，它由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。,电力驱动主模块主要包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置和车轮等。它的功用是将存储在蓄
5、电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。,电力驱动主模块 1、中央控制单元。中央控制单元不仅是电力驱动主模块的控制中心，也要对整辆电动汽车的控制起到协调作用。它根据加速踏板与制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行起动、加速、降速、制动控制。在电动汽车降速和下坡滑行时，中央控制器配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈，即使蓄电池反向充电。对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、电压信息还需传输到辅助模块加以显示。,纯电动汽车的结构与原理,电力驱动主模块 2、驱动控制器。驱动控制器功能是按中央控制单元的指令和电动机的速
6、度、电流反馈。信号，对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与电动机必须配套使用，目前对电动机的调速主要采用调压、调频等方式，这主要取决于所选用的驱动电动机类型。,纯电动汽车的结构与原理,电力驱动主模块 3、电机。电机在电动汽车中被要求承担着电动和发电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械旋转能；而在降速和下坡滑行时又被要求进行发电，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。,纯电动汽车的结构与原理,电力驱动主模块 4、机械传
7、动装置。电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。由于电动机本身就具有较好的调速特性，其变速机构可被大大简化，较多的是为放大电动机的输出转矩仅采用一种固定的减速装置。又因为电动机可带负载直接起动，即省去了传统内燃机汽车的离合器。并由于电动机可以容易地实现正反向旋转，所以也无需通过变速器中的倒档齿轮组来实现倒车。,纯电动汽车的结构与原理,驱动控制器是按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反馈信号，对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器必须和电动机配套使用。中央控制单元根据加速踏板和制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电
8、动机进行启动、加速、减速、制动控制。电机在电动汽车中被要求承担电动和发电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能；在减速和下坡滑行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转化为电能。机械传动装置是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。,二、 驱动系统布置形式,电动汽车的驱动系统是电动汽车的核心部分，其性能决定着电动汽车运行性能的好坏。电动汽车的驱动系统布置取决于电机驱动系统的方式，可以有多种多样。常见的驱动系统布置形式如图所示。,(1) 传统的驱动模式。 图（a）与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器，只是将发动机换成电动机，属于改造
9、型电动汽车。这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率。,(2) 电动机-驱动桥组合式驱动模式。 图（b）和（c）取消了离合器和变速器，但具有减速差速机构，由1台电动机驱动两车轮旋转。优点是可以继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器。,(2) 电动机-驱动桥组合式驱动模式。 这种方式对电动机的要求较高，不仅要求电动机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。,(3) 电动机-驱动桥整体式驱动模式。 图（d）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。这种传动方式同样对电动机有较高的要
10、求，大起动转矩和后备功率，不仅要求控制系统有较高的控制精度，而且要具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶的安全、平稳。,(4) 轮毂电机驱动模式。 图（e）和（f）同图（d）布置方式比较接近，将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车轮行驶。,第三节、动力电池管理系统,1.电池管理系统的功能和构成原理2.电池管理系统方案3.电池电压采集方法4.电池温度采集方法5.电动汽车电池管理系统举例,1.电池管理系统的功能和构成原理,(1)数据采集在电池管理系统中，数据采集是对电池作出合理有效管理和控制的基础。(2)状态估计(SOC估算)电池荷电状态(SOC)确定是电池管理系统的重点和难点。(3)能量
11、管理能量管理是指对电池充放电控制，即根据SOC、电池健康状态(SOH)和温度来限定电池的充放电电流，设定一个控制充电和放电的算法逻辑，以此作为充放电控制的标准，其中还包括电池组单体或模块进行电量均衡。(4)安全管理和控制BMS在安全方面功能：过电压和过电流控制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电池。,1.电池管理系统的功能和构成原理,(5)热管理电池在不同的温度下会有不同的工作性能，温度的变化会使电池的SOC、开路电压、内阻和可用能量发生变化，甚至会影响到电池的使用寿命。(6)数据通信数据通信是BMS的重要组成部分之一。,1.电池管理系统的功能和构成原理,图6-54电池管理系统
12、的功能框图,(1)数据采集在电池管理系统中，数据采集是对电池作出合理有效管理和控制的基础。,(2)状态估计(SOC估算)电池荷电状态(SOC)确定是电池管理系统的重点和难点。,(3)能量管理能量管理是指对电池充放电控制，即根据SOC、电池健康状态(SOH)和温度来限定电池的充放电电流，设定一个控制充电和放电的算法逻辑，以此作为充放电控制的标准，其中还包括电池组单体或模块进行电量均衡。,(4)安全管理和控制BMS在安全方面功能：过电压和过电流控制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电池。,(5)热管理电池在不同的温度下会有不同的工作性能，温度的变化会使电池的SOC、开路电压、内阻和
13、可用能量发生变化，甚至会影响到电池的使用寿命。,(6)数据通信数据通信是BMS的重要组成部分之一。,图6-55电池管理系统的构成原理,(6)数据通信数据通信是BMS的重要组成部分之一。,表6-6电池管理系统的主要任务,2.电池管理系统方案,图6-56电池组集中式管理结构,2.电池管理系统方案,图6-57电池组分布式管理结构,3.电池电压采集方法,(1)继电器阵列法图6-58所示为基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理图，它由端电压传感器、继电器阵列、A/D转换器、光耦合器、多路模拟开关等组成。(2)恒流源法采用恒流源电路进行电池电压采集的基本原理是：在不使用转换电阻的前提下，将电池端电压转化为
14、与之成线性变化关系的电流信号，以此提高系统的抗干扰能力。(3)隔离运放采集法隔离运算放大器是一种能够对模拟信号进行电气隔离的电子元件，广泛用于工业过程控制中的隔离器和各种电源设备中的隔离介质。(4)压/频转换电路采集法当利用压/频(V/F)转换电路实现电池单体电压采集功能时，压/频变换器的应用是关键。,3.电池电压采集方法,(5)线性光耦合器放大电路采集法图6-62 所示为基于线性光耦合器TIL300的电池单体电压采集电路原理图，它实现了信号采集端和处理端之间的隔离，从而提高了电路的稳定性与抗干扰能力。,(1)继电器阵列法图6-58所示为基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理图，它由端电压传感器、继电器阵列、A/D转换器、光耦合器、多路模拟开关等组成。,图6-58基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理图,(2)恒流源法采用恒流源电路进行电池电压采集的基本原理是：在不使用转换电阻的前提下，将电池端电压转化为与之成线性变化关系的电流信号，以此提高系统的抗干扰能力。,图6-59减法运算恒流源电路,(3)隔离运放采集法隔离运算放大器是一种能够对模拟信号进行电气隔离的电子元件，广泛用于工业过程控制中的隔离器和各种电源设备中的隔离介质。,图6-60隔离运算放大器在600V动力电池组管理系统中的应用单片机控制电路,
