《汽車構造》單元四新能源汽車動力驅動

系統認知一、新能源汽車的定義1．新能源汽車《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》，對新能源汽車也進行了定義和分類。新能源汽車是指采用新型動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車。主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及燃料電池汽車。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知一、新能源汽車的定義2．電動汽車電動汽車指以電機驅動，從車載電源獲得動力，并且滿足道路交通安全法規的車輛。例如純電動汽車、插電式電動汽車、增程式電動汽車以及燃料電池電動汽車）；另一類是動力蓄電池容量較小，大部分工況下主要由內燃機提供驅動功率的電動汽車（稱為常規混合動力電動汽車）。根據《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》表明，常規混合動力汽車不是新能源汽車，實際上是一種節能汽車，它還沒有改變用內燃機做主驅動的設計。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車總體結構以電動汽車為例，電動汽車主要由電機驅動系統、車載電源系統、輔助系統等部分組成。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車總體結構1．電機驅動系統電機驅動系統主要包括整車控制器、電機控制器、電機、機械傳動裝置和車輪等。2．車載電源系統車載電源系統主要包括動力電池、電池管理系統和充電系統等。3．輔助系統輔助模塊主要包括輔助動力源、動力轉向系統、駕駛室顯示操縱臺和輔助裝置等。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知三、新能源汽車高壓系統的組成和工作過程以電動汽車高壓系統為例，因新能源汽車的高壓部件的發展趨勢是越來越集成化，存在四合一總成（高壓控制盒、車載充電機、電機控制器、DC/DC變換器集成在一個總成內）、三合一總成（高壓控制盒、車載充電機、DC/DC變換器集成在一個總成內）、二合一總成（高壓控制盒和車載充電機集成在一個總成內、電機控制器和DC/DC變換器集成在一個總成內）等情況的高壓部件任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知1．充電過程（1）快充直流快充樁的高壓直流電，經快充口（直流充電口）、高壓控制盒，儲存到動力電池。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知1．充電過程（2）慢充交流充電樁或隨車充電槍的220V交流電，經慢充口（交流充電口）至車載充電機，車載充電機將220V交流電轉換成高壓直流電，經高壓控制盒儲存到動力電池。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知1．充電過程（3）制動能量回收在制動或減速時，車輛在慣性作用下行駛，車輪帶動驅動電機旋轉，此時驅動電機變成發電機，發出三相交流電，電機控制器將三相交流電轉換成高壓直流電，經高壓控制盒儲存到動力電池。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知2．供電過程動力電池的高壓直流電經高壓控制盒分配至DC/DC變換器，DC/DC變換器將高壓直流電轉換成低壓直流電，給低壓蓄電池充電，同時供給輔助裝置使用。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知2．供電過程動力電池的高壓直流電經高壓控制盒分配至電機控制器，電機控制器將高壓直流電變換成所需頻率和方向的三相交流電，供給驅動電機使用。動力電池的高壓直流電經高壓控制盒分配至PTC加熱器，PTC加熱器將高壓直流電轉換成熱能，加熱空氣或暖風水，實現空調暖風系統供暖。動力電池的高壓直流電經高壓控制盒分配至空調壓縮機電動機，空調壓縮機運轉實現空調系統制冷。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知四、新能源汽車檢修規范和安全注意事項在電動汽車上存在高壓電，其橙色的電纜或帶有危險警示標識的部件（如圖4-1-3所示），都帶有危及生命安全的高電壓。為了保證檢修安全，要采取防護措施，按照一定的操作規范，才可以進行維修作業。例如：檢修時必須設置專職監護人一名，監護人和維修人員必須持證上崗，具備國家認可的《特種作業操作證（電工）》；任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知四、新能源汽車檢修規范和安全注意事項禁止直接用手或身體部位觸碰高壓部件；對可能的帶高壓電部件進行維修作業時要佩戴或使用符合要求的絕緣手套、護目鏡、絕緣帽、絕緣鞋、絕緣墊等安全防護用品；在高壓部件檢修前必須執行安全斷電、驗電；在高電壓帶電部件附近作業前，必須先將系統斷電；禁止直接對高電壓部件噴水或者采用高壓清洗液沖洗；任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知四、新能源汽車檢修規范和安全注意事項禁止在高電壓連接線上使用機油、油脂、觸點噴劑等等；在焊接作業、使用材料切割工具或者鋒利工具作業之前，必須先將系統斷電；所有斷開的高電壓連接線必須采用防塵和防潮措施加以保護。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知四、新能源汽車檢修規范和安全注意事項對于電動汽車的安全有相應的國家標準例如：GB/T18384．1電動汽車安全要求、GB/T18384．2電動汽車安全要求和GB/T18384．3電動汽車安全要求，有的企業也制定了自己的電動汽車高壓安全操作規范。任務1新能源汽車總體結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知《汽車構造》單元四新能源汽車動力驅動

系統認知一、新能源汽車動力驅動系統的結構認知1．新能源汽車動力驅動系統的組成電動汽車動力驅動系統主要由動力電池、高壓控制盒（分線盒）、高壓保護裝置（保險絲、熔斷器）、電機控制器、驅動電機、高壓線束和冷卻系統等部件組成。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知一、新能源汽車動力驅動系統的結構認知2．電動汽車動力驅動系統的工作過程動力電池的高壓直流電經高壓線束、高壓控制盒（分線盒）、高壓保護裝置（保險絲、熔斷器）………..任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知一、新能源汽車動力驅動系統的結構認知2．電動汽車動力驅動系統的工作過程在制動能量回收時，車輪帶動驅動電機旋轉，此時驅動電機變成發電機，發出三相交流電……….任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知一、新能源汽車動力驅動系統的結構認知3．冷卻系統的工作過程當電機控制器或驅動電機溫度過高時，水泵驅動冷卻液在冷卻管路、電機控制器、驅動電機、散熱器中循環，通過散熱器與空氣進行熱交換，降低電機控制器或驅動電機的工作溫度。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式采用不同的電力驅動系統可構成不同結構形式的電動汽車。下面主要根據電力驅動系統的不同,把電動汽車分為以下6種。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式（1）第一種類型如圖4-1-5a所示，由發動機前置前輪驅動的燃油車發展而來，它由電機、離合器、齒輪箱和差速器組成。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式（2）如果用固定速比的減速器，去掉離合器，可減小機械傳動裝置的重量、縮小其體積。圖4-1-5b所示,由電機、固定速比的減速器和差速器組成電力驅動系統。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式（3）如圖4-1-5c所示的這種結構與發動機橫向前置、前輪驅動的燃油汽車的布置方式類似，它把電機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅動車輪。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式（4）如圖4-1-5d所示的雙電機獨立驅動結構是采用兩個電機通過固定速比的減速器分別驅動兩個車輪，每個電機的轉速可以獨立地調節控制。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式（5）電機也可以裝在車輪里面，稱為輪轂電機，可進一步縮短從電機到驅動車輪的傳遞路徑，如圖4-1-5e所示。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知二、新能源汽車動力驅動系統的驅動形式（6）如圖4-1-5f所示,另一種使用輪轂電機的電動汽車結構，這種結構采用低速外轉子電機，徹底去掉了機械減(變)速器，電機的外轉子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉速和電動汽車的車速控制完全取決于電機轉速的控制。任務2新能源汽車動力驅動系統結構認知項目一新能源汽車動力驅動系統總體認知《汽車構造》單元四新能源汽車動力驅動

系統認知一、新能源汽車能量儲存裝置新能源汽車的儲能裝置主要包括蓄電池、燃料電池、超級電容、飛輪電池等，其中蓄電池是最常用的能量存儲設備。蓄電池，又稱二次電池，指的是在放電后可以通過充電的方法使活性物質復原而繼續使用的電池，常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知二、鉛酸電池的結構原理1.鉛酸電池的結構原理以酸性水溶液為電解質的電池被稱為酸電池，由于酸電池的電極是以鉛及其氧化物為材料，又被稱為鉛酸電池。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知二、鉛酸電池的結構原理2．鉛酸蓄電池的特點1859年發明的鉛酸蓄電池已有150余年的歷史，技術成熟，成本比其他蓄電池低得多，鉛酸蓄電池廣泛用于燃油汽車的起動。而隨著鉛酸蓄電池的技術發展，適合電動汽車的各種新型蓄電池不斷出現，性能也不斷提高。但由于鉛酸電池的比能量低、循環壽命短、充電時間長，導致其體積較為笨重，循環壽命短，使用成本較高。另外鉛是重金屬，對人體有毒，存在環境污染。所以目前鉛酸電池大多用于低速電動汽車或者其他低速電動車輛上。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知三、鎳鎘電池1．鎳鎘電池的結構原理鎳鎘電池也是一種堿性蓄電池。它以氫氧化鈉或者氫氧化鉀為電解液，以金屬鎘為負極活性物質，以氫氧化鎳為正極活性物質。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知三、鎳鎘電池2．鎳鎘電池的特點鎳鎘電池最早應用在手機等設備上，其比能量可達55W·h/kg，比功率超過190W/kg，可快速充電，容量效率可達67%-75%，正常使用的循環壽命約為2000次。但由于鎘是重金屬，對人體健康和環境有害，目前使用較少。鎳鉻電池有記憶效應。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知四、鎳氫電池1．鎳氫電池的結構原理鎳氫電池是一種堿性蓄電池。它以氫氧化鉀為電解液，以氫氧化鎳為正極活性物質，以儲氫合金為負極活性物質。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知四、鎳氫電池2．鎳氫電池的特點鎳氫電池于20世紀90年代發展起來，目前技術較為成熟，具有安全性好，無污染，比能量高，快速充放電、循環壽命長可達到6000次或7年等優勢。但是其自放電率較高，在高溫條件下使用時電荷量急劇下降，自放電損耗較大，價格較貴，單體電池電壓低（1．2V），這些原因制約了鎳氫電池在新能源汽車上廣泛應用。目前僅在豐田普銳斯在內的混合動力汽車上使用廣泛。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知五、鋰離子電池1．鋰離子電池的結構原理鋰離子電池基本都由正極、負極、電解液及隔膜組成，另外加上正負極引線，PTC（正溫度控制端子），電池殼和安全閥等組成。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知五、鋰離子電池1．鋰離子電池的結構原理鋰離子電池的工作原理，即為其充放電原理，如圖4-2-5所示。當對電池進行充電時，電池的正極材料的晶格中有鋰離子脫出，脫出的鋰離子經過電解液和隔膜運動到負極。而作為負極的鋰-碳層間化合物呈層狀結構，有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。放電則正好相反，鋰離子從負極脫出，通過電解液和隔膜，嵌入到正極材料晶格中。整個充放電過程中，鋰離子往返于正負極之間。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知五、鋰離子電池2．鋰離子電池的特點鋰離子電池與其他蓄電池相比，具有工作電壓高（3.2-3.7V）、能量密度高、循環壽命長、自放電率低、無記憶性、無污染、能夠制造成任意形狀等優點。但鋰離子電池也有一些不足，成本較高，其電路設計時需要有特殊的保護電路，防止過充、過放。任務1新能源汽車能量儲存裝置認知項目二動力電池認知《汽車構造》單元四新能源汽車動力驅動

系統認知一、動力電池的銘牌動力電池的銘牌位于動力電池箱體上，銘牌內容主要包括汽車品牌、電池的種類、物料編號、額定電壓、額定容量、產品序列號、生產日期等信息。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知二、動力電池的結構動力電池系統主要由動力電池模組、電池管理系統及信息采集系統、動力電池箱及輔助元器件（繼電器、熔斷器、維修開關等）等四部分組成。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知二、動力電池的結構1．動力電池模組電池單體是構成動力電池模塊的最小單元，一般由正極、負極、電解質及外殼等構成，實現電能與化學能之間的直接轉換。電池模塊是一組并聯的電池單體的組合，該組合的額定電壓與電池單體的額定電壓相等，是電池單體在物理結構和電路上連接起來的最小分組，可作為一個單元替換。動力電池模組則是由多個電池模塊或單體電芯串聯組成的一個組合體。需要指出的是有的車型動力電池模組采用的是先串聯后并聯的形式，構成一個模組。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知二、動力電池的結構2．電池管理系統（BMS）及信息采集系統電池管理系統是新能源汽車能量管理系統的核心，主要通過電壓、電流及溫度檢測等功能實現對動力電池系統的各種控制、保護、故障報警及處理、與其他控制器通信功能等操作，保證電池安全可靠的使用，充分發揮電池的能力和延長使用壽命。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知二、動力電池的結構3．動力電池箱動力電池箱體通常安裝在車身底盤下方，有承載及保護動力電池組及電氣元件的作用，制造材料通常包括具有絕緣作用的玻璃鋼和高硬度耐磨的鋼等。由于汽車的運行環境多變，因此動力電池箱散熱、防水、絕緣等安全設計的要求很高。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知二、動力電池的結構4．輔助元器件主要包括動力電池系統內部的電子電器元件（如熔斷器、繼電器、分流器、接插件、緊急開關、煙霧傳感器等）、維修開關以及電子電器元件以外的輔助元器件（如密封條，絕緣材料等）。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知三、動力電池的工作原理以吉利帝豪EV450轎車動力電池為例，動力電池結構和原理的簡圖。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知三、動力電池的工作原理1．絕緣監測動力電池BMS具有高壓回路絕緣監測功能，監測動力電池組與箱體、車體等之間的絕緣狀況。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知三、動力電池的工作原理1．絕緣監測動力電池BMS具有高壓回路絕緣監測功能，監測動力電池組與箱體、車體等之間的絕緣狀況。在電池外部高壓電路上電前，BMS對進行絕緣檢測，在確定符合絕緣性要求（500Ω/V）后，才會閉合主繼電器。高壓上電后，BMS會定時進行絕緣檢測；當發現絕緣值低于要求時，車速判斷條件，控制主繼電器下電。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知三、動力電池的工作原理2．動力電池內部放電原理BMS被整車控制器喚醒后即進行自檢和初始化，完成后上報回整車控制器。隨后BMS根據整車控制器發出的高壓供電指令，開始按順序控制繼電器的閉合和斷開，進入放電狀態。（1）預充接觸器閉合，接入預充電阻（2）放電任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知三、動力電池的工作原理3．動力電池內部充電原理在充電初期，整車控制器喚醒BMS，BMS進行自檢和初始化，完成后上報給整車控制器。整車控制器控制負極接觸器閉合，BMS控制預充繼電器閉合，完成預充，BMS將斷開預充繼電器?？斐鋾r，閉合快充繼電器，接入快充槍輸入的高壓直流開始充電。慢充時，閉合主正繼電器，接入車載充電機輸入的高壓直流開始充電。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知三、動力電池的工作原理4．動力電池的溫度控制（1）動力電池的冷卻動力電池的冷卻方式分為水冷和風冷兩種方式。（2）動力電池的加熱當動力電池溫度過低，不利于電池的充電和放電性能，需要啟動動力電池的加熱功能。動力電池的加熱分為加熱膜或加熱器加熱、空調PTC暖風水加熱兩種方式。任務2動力電池結構認知項目二動力電池認知《汽車構造》單元四新能源汽車動力驅動

系統認知一、驅動電機的性能要求汽車行駛時需要頻繁地起動、加速、減速、停車等，在低速行駛和爬坡時需要大轉矩，在高速行駛時需要降低轉矩和功率。為了滿足汽車行駛動力性的需要，獲得好的經濟性和環境指標等，對電動機提出了十分嚴格的要求。1．電壓高2．高轉速3．轉矩密度、功率密度大，重量輕，體積小轉矩密度、功率密度大指最大轉矩體積比和最大功率體積比。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知一、驅動電機的性能要求4．具有較大的起動轉矩和較大范圍的調速性能，以滿足起動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與轉矩應具有自動調速功能，減輕操縱強度，提高舒適性，能達到內燃機汽車同樣的控制響應。5．需要有4～5倍的過載6．具有高的可控性、穩態精度、動態性能，以滿足多部電動機協調運行。7．機械效率高、損耗少。8．可兼做發電機使用。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知一、驅動電機的性能要求9．電氣系統安全性和控制系統的安全性應達到有關的標準和規定。必須裝備高壓保護裝置以保證安全10．能夠在惡劣條件下可靠工作電動機應具有高的可可靠性、耐低溫、和高溫性、耐潮濕。并且運行時噪聲低，能夠在惡劣的環境下長時間工作。11．結構簡單，適合大批量生產，使用維修方便，價格便宜等。12．散熱性好。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理目前應用于新能源汽車的驅動電機主要包括直流電機、交流感應電機、永磁同步電機、開關磁阻電機。其他特殊類型的驅動電機包括輪轂電機、混合勵磁電機、多相電機等，市場應用較少，是否能大規模應用有待驗證。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理1．直流電機（1）直流電機的結構直流電機由靜止部分定子和旋轉部分轉子兩大部分構成任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理2．直流電機的工作原理任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理3．交流感應電機的結構與原理（1）交流感應電機的結構交流感應電機主要由定子和轉子兩大部分組成，定子和轉子之間是氣隙任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理4．永磁同步電動機的結構與原理（1）永磁同步電機的結構永磁同步電動機的主要結構由定子和轉子、端蓋、軸承、旋轉變壓器等部件組成。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理4．永磁同步電動機的結構與原理（1）永磁同步電機的結構永磁同步電動機的主要結構由定子和轉子、端蓋、軸承、旋轉變壓器等部件組成。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理4．永磁同步電動機的結構與原理（2）永磁同步電機的工作原理永磁同步電機是用永磁體取代繞線式同步電機轉子中的勵磁繞組，從而省去了勵磁線圈、集電環和電刷，定子中通入三相對稱交流電。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理5．開關磁阻電動機的結構與原理（1）開關磁阻電動機的結構開關磁阻電動機的定子和轉子采用凸極結構，定子和轉子都是由硅鋼片疊片組成。任務1驅動電機結構認知項目三驅動電機認知二、驅動電機的結構與原理5．