新能源汽車動力電池系統(tǒng)與充電系統(tǒng)課件：純電動汽車結(jié)構(gòu)與原理

純電動汽車結(jié)構(gòu)與原理單元一純電動汽車總體組成概述PART01純電動汽車是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動力源的汽車。概述BEV動力裝置主要由動力電池組、驅(qū)動電機(jī)、控制系統(tǒng)及安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。動力電池組是電動汽車的動力源，用于驅(qū)動電機(jī)，將電池組的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動車輛行駛?？刂葡到y(tǒng)實(shí)施對電池組進(jìn)行管理、對高壓電領(lǐng)域的分配、對電機(jī)的控制等。安全保護(hù)系統(tǒng)在電動汽車發(fā)生緊急情況時(shí)，對人及機(jī)器進(jìn)行保護(hù)。概述純電電動汽車總體主要由四部分組成，分別是動力電池、底盤、車身和電器。動力電池作為電動汽車的重要組成部分包括電池模組、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣及機(jī)械系統(tǒng)五個(gè)主要部分。底盤由驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動及能量回收系統(tǒng)四部分組成。純電電動汽車控制系統(tǒng)PART02純電電動汽車主要控制系統(tǒng)由電機(jī)控制器（FMCU）、DC-DC轉(zhuǎn)換器、高壓配電箱（PDU）、車載充電機(jī)（OBC）、電池管理器（BMS）、整車控制器（VCU）等組成（如下圖）。純電電動汽車控制系統(tǒng)高壓電控總成高壓電控總成上層內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖高壓電控總成主要的功能：（1）控制高壓交/直流電雙向逆變，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)充、放電功能（VTOG、車載充電器）；（2）實(shí)現(xiàn)高壓直流電轉(zhuǎn)化低壓直流電為整車低壓電器系統(tǒng)供電（DC-DC）；（3）實(shí)現(xiàn)整車高壓回路配電功能以及高壓漏電檢測功能（高壓配電箱&漏電傳感器模塊）；（4）另外還包括CAN通訊、故障處理記錄、在線CAN燒寫以及自檢等功能。比亞迪e5的高壓電控總成又稱四合一：（1）雙向交流逆變式電機(jī)控制（VTOG）；（2）高壓配電和漏電傳感器；

（3）車載充電機(jī)（底層）；

（4）DC-DC變換器。1.電機(jī)控制器（VTOG）電機(jī)控制器就是控制主牽引電源與電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，是由外界控制信號接口電路、電機(jī)控制電路和驅(qū)動電路組成。電機(jī)控制器作為整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)的控制中心，它由逆變器和控制器兩部分組成。主要功能：

（1）驅(qū)動控制（放電）：采集油門、制動、檔位、旋變信號等控制電機(jī)正向、反向轉(zhuǎn)動，正、反轉(zhuǎn)發(fā)電功能；具有輸出高電壓和電流控制限制功能，具有電壓跌落、過流、過溫、IPM過溫、IGBT過溫保護(hù)、功率限制、扭矩控制限制等功能。同時(shí)具備電控系統(tǒng)防盜、能量回饋控制、主動泄放、被動泄放控制。

（2）充放電控制：交、直流轉(zhuǎn)換，雙向充、放電控制功能；自動識別單相、三相相序并根據(jù)充電電流控制充電方式，根據(jù)充電設(shè)備識別充電功率，控制充電方式；根據(jù)車輛或其他設(shè)備請求信號控制車輛對外放電；斷電重啟功能；在電網(wǎng)斷電，又供電的時(shí)候，可繼續(xù)充電功能。1.電機(jī)控制器（VTOG）2.高壓配電箱

電動汽車高壓配電箱又稱高壓配電盒，是高壓系統(tǒng)分配單元。電動汽車具有高電壓和大電流的特點(diǎn)，通常配備300V以上的高壓系統(tǒng)，工作電流可達(dá)200A以上，可能危及人身安全和高壓零部件的使用安全性。配電箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)車載充電機(jī)是指固定安裝在電動汽車上的充電機(jī)，是一種專為電動汽車動力電池充電的設(shè)備，是對電池充電時(shí)用到的有特定功能的電力轉(zhuǎn)換裝置，位置在高壓四合一的底層，如圖下圖所示。3.車載充電機(jī)4.DC-DC轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器就是將動力電池組高電壓轉(zhuǎn)換為13-14V的低壓電，既能給全車電器供電、又能給輔助蓄電池充電的設(shè)備。DC-DC轉(zhuǎn)換器在純電動汽車上的功能就相當(dāng)于傳統(tǒng)燃油汽車上發(fā)電機(jī)的功能，它的電能來自于動力電池包，去處是給車載電器供電。5.1電池管理器（BMS）

電池管理器對整車的安全運(yùn)行、整車控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運(yùn)營成本都有很大影響。電池管理系統(tǒng)無論在車輛運(yùn)行過程中還是在充電過程中都要可靠地完成電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷，并通過CAN總線的方式告知車輛集成控制器或充電機(jī)，以便采用更加合理的控制策略，達(dá)到有效且高效使用電池的目的。它作為電池系統(tǒng)的重要組成部分，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)、優(yōu)化使用電池能量、延長電池壽命和保證電池的使用安全等重要作用。5.2整車控制器（VCU）整車控制器對新能源汽車動力鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。

整車控制器采集司機(jī)駕駛信號，通過CAN總線獲得電機(jī)和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，進(jìn)行分析和運(yùn)算，通過CAN總線給出電機(jī)控制和電池管理指令，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制。整車控制器還具有組合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)管理功能。謝謝觀看！單元二純電動汽車基本工作原理純電動汽車的行駛狀態(tài)主要有起動、起步、正常行駛、急加速、上坡、減速制動、倒車和停車等。起動、起步：要求電機(jī)供給大轉(zhuǎn)矩，低速起步；平路正常行駛：要求電機(jī)提供足夠的驅(qū)動力和速度，同時(shí)能耗最低；急加速和上坡：要求電機(jī)提供較大的驅(qū)動力，有較好的超載能力；減速制動時(shí)：要求電機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)，進(jìn)行回收減速制動的能量，向電池組

充電；當(dāng)汽車停車：電機(jī)自動停止。純電動汽車基本工作原理汽車啟動加速過程當(dāng)電源接通，汽車前進(jìn)時(shí)：主控ECU接收到檔位控制器、加速踏板和角度傳感器等各方面信息，傳遞給電機(jī)控制器，以控制流向前驅(qū)動電機(jī)的電流。此時(shí)電池組電流通過維修開關(guān)、配電箱/繼電器、電機(jī)控制器向前驅(qū)動電機(jī)供給需要的電流，從而使驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過變速器/差速器和傳動軸，帶動左右驅(qū)動輪，使汽車前進(jìn)。汽車減速過程當(dāng)汽車減速時(shí)，車輪帶動驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過電機(jī)控制系統(tǒng)使感應(yīng)電機(jī)成為交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流，再將交流電變?yōu)橹绷麟娤螂姵亟M充電（制動再生能量）。同時(shí)，BEV控制系統(tǒng)通過各傳感器、電流檢測器對動力電池組、驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)反饋信息和報(bào)警，并通過電流表、電壓表、電功率表、轉(zhuǎn)速表和溫度表等儀表進(jìn)行顯示。1.車輛停止?fàn)顟B(tài)車輛在停止?fàn)顟B(tài)，點(diǎn)火開關(guān)沒打開時(shí)，車輛各接觸器處在斷開位置。2.車輛預(yù)充上電電動汽車的電機(jī)控制器等電路中都含有電容，電動汽車在冷態(tài)啟動無預(yù)充情況下，主接觸器直接接通，電池高壓將直接加載到空的電容上，電容兩端電壓為0，相當(dāng)于瞬間短路，極大的瞬間電流會對繼電器、整流器件、待充電容造成較大沖擊，甚至損壞，所以需要預(yù)充電阻限流，通過預(yù)充回路現(xiàn)將母線之間的電容進(jìn)行預(yù)充，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。思考：車輛在上電時(shí)一般都要先進(jìn)入預(yù)充狀態(tài)，為什么？預(yù)充接觸器就是在電池管理系統(tǒng)的控制下，在電動車?yán)鋺B(tài)啟動時(shí)，接通預(yù)充電阻所在的電路，對電流進(jìn)行限制，直到電容達(dá)到充電目標(biāo)要求后（接近動力電池電壓），電池管理系統(tǒng)控制預(yù)充接觸器斷開，接通主接觸器。2.車輛預(yù)充上電車輛預(yù)充中電路圖2.車輛預(yù)充上電打開點(diǎn)火開關(guān)，電池管理器收到車輛啟動信號后，先控制電池包的正負(fù)極接觸器3和4閉合，再控制預(yù)充接觸器8閉合，這時(shí)電壓電流經(jīng)過正極接觸器3出來到預(yù)充接觸器8，經(jīng)過100Ω的預(yù)充電阻9，對電流電壓進(jìn)行了限制，再到預(yù)充電容，電容開始充電，當(dāng)電容的電壓與電池包電壓包電壓相差50V時(shí)，預(yù)充完成，這時(shí)主接觸器7閉合，預(yù)充接觸器8斷開，此時(shí)車輛上高壓電，DC-DC轉(zhuǎn)換器也進(jìn)入工作狀態(tài)。車輛預(yù)充完成電路圖3.車輛運(yùn)行狀態(tài)車輛上電完成后，OK燈點(diǎn)亮后，可以正常掛擋行駛時(shí)，駕駛員踩剎車掛擋，此時(shí)高壓電經(jīng)正極接觸器3和主接觸器7進(jìn)入配電箱分配到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器把直流高壓電經(jīng)過轉(zhuǎn)換（直流變交流）和處理，給驅(qū)動電機(jī)輸出所需的三相交流電，同時(shí)，電機(jī)控制器還根據(jù)駕駛員的意愿控制驅(qū)動電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以及其扭矩的大小、轉(zhuǎn)速的快慢。4.車輛能量回收狀態(tài)車輛在制動或滑行的過程中，驅(qū)動電機(jī)給電機(jī)控制反向電，其電經(jīng)過電機(jī)控制器逆變和轉(zhuǎn)換（交流變直流）成高壓電經(jīng)主接觸器7、正負(fù)極接觸器3和4給動力電池充電。5.車輛漏電狀態(tài)車輛如發(fā)生漏電，車輛的漏電傳感器檢測到漏電的信號，把漏電的信號發(fā)送給電池管理器和其他模塊，這時(shí)候電池管理器控制正負(fù)極接觸器3和4斷開，也控制主接