第一章緒論01020304目錄CONTENTS關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢總結(jié)展望發(fā)展歷程01新能源汽車發(fā)展歷程發(fā)展歷程02040301純電動1834年，美國人托馬斯·達文波特制造出第一輛直流電機驅(qū)動的電動車。1873年，英國人羅伯特·戴維森制造出世界上最早的可供實用的純電動汽車，采用一次電池作為動力源。19世紀末到20世紀20年代是純電動汽車發(fā)展的第一個黃金期，因內(nèi)燃機技術(shù)落后，純電動汽車性能更優(yōu)，得到普遍認可。如1896-1920年，美國iker公司生產(chǎn)了很多類型的純電動汽車。起源20世紀80年代，環(huán)境問題讓純電動汽車再獲生機。1990年，通用、寶馬等公司發(fā)布多款純電動概念車。進入21世紀，技術(shù)進步使純電動汽車快速發(fā)展，如特斯拉推出多款高性能車型。20世紀20年代，純電動汽車發(fā)展進入瓶頸期，因蓄電池技術(shù)和降低制造成本方面無明顯進步，而內(nèi)燃機技術(shù)提升，純電動汽車基本從歐美市場消失。發(fā)展復興瓶頸1894年出現(xiàn)第一輛混合動力電動汽車的原型車。1899年，法國展出兩款混合動力電動汽車。1905年，工程師亨利·派珀申請第一個混合動力電動汽車專利。目前，混合動力電動汽車是節(jié)能與新能源汽車的典型代表，但因使用內(nèi)燃機，不能零排放，不是長期發(fā)展目標。插電式混合動力汽車未來還將發(fā)展。發(fā)展1997年，豐田發(fā)布第一代普銳斯，是世界上首款真正實現(xiàn)市場化量產(chǎn)的混合動力電動汽車。2004年，第二代普銳斯大幅減少油耗和廢氣排放。混合動力起源代表車型現(xiàn)狀與前景1914年出現(xiàn)混聯(lián)式混合動力電動汽車。1915年，美國OwenMagnetic公司展示并量產(chǎn)混合動力車型。20世紀90年代，混合動力電動汽車再次受關(guān)注，技術(shù)進步，保有量接近1500萬輛。03020401燃料電池2005年之后，燃料電池作為車用動力源獲認可，各大公司進入工程化技術(shù)攻關(guān)階段，解決功率密度、耐久性等問題，并開展示范運營。概念驗證早期探索20世紀90年代后，各大跨國汽車公司開展氫燃料電池汽車的概念設(shè)計和原理性驗證，推出很多型號的概念車，如戴姆勒-克萊斯勒、豐田等公司的相關(guān)車型。商業(yè)化進展2014-2016年，現(xiàn)代、豐田、本田等公司推出燃料電池乘用車并銷售。燃料電池城市客車動力性與燃油車相當，續(xù)駛里程適中。20世紀80年代以前，就有以燃料電池為汽車動力源的創(chuàng)新探索，但技術(shù)未成熟，無法商業(yè)化。如1959年，美國公司開發(fā)農(nóng)業(yè)拖拉機；1966年，通用開發(fā)氫燃料電池廂式貨車。工程攻關(guān)純電動發(fā)展對比燃料電池電動汽車能量轉(zhuǎn)換效率高，可零排放，但技術(shù)成本高，基礎(chǔ)設(shè)施不完善。目前處于技術(shù)攻關(guān)和示范運營階段，逐步商業(yè)化。純電動汽車環(huán)保，能源可來源于多種方式，但電池容量、驅(qū)動電機、快速充電等問題制約其發(fā)展。目前技術(shù)發(fā)展快，但短期內(nèi)仍有難題待解決。燃料電池混合動力混合動力電動汽車技術(shù)相對成熟，是向純電動汽車的過渡，但不能實現(xiàn)零排放，仍消耗石油。目前產(chǎn)業(yè)化率較高，插電式混合動力汽車有發(fā)展前景新能源汽車可減少尾氣排放，降低空氣污染，緩解溫室效應(yīng)。純電動汽車和燃料電池汽車能實現(xiàn)零排放，對改善環(huán)境質(zhì)量有重要意義。新能源汽車的普及可改善交通擁堵狀況，提高出行效率。同時，推動了智能交通和綠色出行理念的發(fā)展，提升了社會的可持續(xù)發(fā)展能力。環(huán)境意義發(fā)展意義能源意義社會意義產(chǎn)業(yè)意義新能源汽車可減少對石油資源的依賴，提高能源利用效率。電能可來源于多種可再生能源，使能源供應(yīng)更加多元化。新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動了電池、電機、電控等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進步，促進了技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，創(chuàng)造了大量就業(yè)機會。02新能源汽車核心技術(shù)解析關(guān)鍵技術(shù)電池管理系統(tǒng)可提高電池利用效率，防止過度充放電，延長壽命。需解決電池組參數(shù)差異、電量估算等問題，實現(xiàn)電池的高效管理和安全使用。單體電池性能影響電池組性能，要求各電池單體在容量、內(nèi)阻等方面高度一致。電動汽車對電池比能量、能量密度等有高要求，需提高單體電池性能，如鉛酸、鎳氫、鋰電池等各有優(yōu)缺點?；厥绽秒姵毓芾黼姵丶夹g(shù)單體電池廢舊動力電池回收利用影響新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。鉛酸、鎳氫、鋰離子電池有不同回收方法，如濕法冶煉、火法回收等，但目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化回收實例較少。0102驅(qū)動電機電機控制電動汽車常用直流、交流電機驅(qū)動系統(tǒng)。直流電機調(diào)速方便但有易損件；交流電機效率高、免維護。永磁電機功率密度高，開關(guān)磁阻電機適合特殊工況。電力驅(qū)動電機控制技術(shù)目標是實現(xiàn)寬調(diào)速、寬力矩和高效率。直流、交流、永磁、開關(guān)磁阻電機有不同控制方式，如斬波器、矢量控制、PWM斬波等。50%15%35%鉛酸電池鋰電池比能量、能量密度和比功率高，循環(huán)壽命長。但成本較高，常見類型有鋰離子電池等，是電動汽車常用電池。電池類型對比鉛酸蓄電池可靠性好、原材料易得、價格便宜，比功率基本能滿足電動汽車動力性要求。但比能量低、使用壽命短，限制了其在電動汽車中的應(yīng)用。鋰電池鎳氫電池鎳氫蓄電池比能量和使用壽命高，不含重金屬污染。但初期購置成本高，目前尚未大批量生產(chǎn)。鋰離子電池回收主要是物理和化學方法組合，物理方法預(yù)處理，化學方法提取有價金屬，目前多處于實驗室研究階段，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化實例少。廢舊鉛酸蓄電池回收先進方法是濕法冶煉（電解法），可將鉛化合物還原成金屬鉛，分離效果好，適合大規(guī)?；厥?，產(chǎn)生不含鉛的廢水。鎳氫電池回收鉛酸電池回收鎳氫電池回收有火法、濕法和合金再生技術(shù)。火法回收獲Ni-Fe合金，濕法回收分離金屬，合金再生技術(shù)直接再生合金粉。電池回收方法鋰離子電池回收驅(qū)動電機對比開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)簡單可靠、效率高，適合頻繁正反轉(zhuǎn)和沖擊負載。但振動大、噪聲大，用于特殊工況電動汽車。交流感應(yīng)電機效率高、免維護、可靠性高、易冷卻、壽命長。但控制較復雜，是多數(shù)電動汽車常用電機。交流感應(yīng)電機開關(guān)磁阻電機永磁電機永磁電機功率密度高、效率高、體積小、重量輕、無需維護。但成本較高，適用于高性能電動汽車。直流電機直流電機機械特性好，調(diào)速方便且性能好，控制簡單、效率高、成本低。但有易損件，需定期維護，常用于早期電動汽車。直流電機采用斬波器控制，控制簡單，調(diào)節(jié)方便，能實現(xiàn)較好的調(diào)速性能。開關(guān)磁阻電機通過位置檢測器控制，控制裝置簡單，但轉(zhuǎn)矩脈動大、噪聲大。永磁無刷同步電機控制交流感應(yīng)電機需矢量控制，可實現(xiàn)良好調(diào)速性能，但控制復雜，需高性能微處理器和復雜軟件。永磁無刷同步電機常用PWM斬波控制IGBT逆變器，可改善轉(zhuǎn)矩控制，減小轉(zhuǎn)矩波動。直流電機控制開關(guān)磁阻電機控制電機控制技術(shù)交流感應(yīng)電機控制電池技術(shù)發(fā)展技術(shù)體系目前動力電池分磷酸鐵鋰、三元鋰、錳酸鐵鋰三大體系。錳酸鐵鋰和磷酸鐵鋰電池穩(wěn)定可靠、價格低，常用于電動客車。近些年，中國動力電池需求量爆發(fā)式增長，2019年裝機量達62.37GW·h，同比增長9.5%，反映了新能源汽車市場的快速發(fā)展。動力電池技術(shù)路線趨勢為磷酸鐵鋰→三元鋰→固態(tài)電池。固態(tài)電池能量密度高、安全性好，是未來發(fā)展方向。需求增長發(fā)展趨勢010302技術(shù)類型發(fā)展瓶頸無線充電技術(shù)面臨成本高、充電標準不統(tǒng)一、充電效率和距離受限等多維度瓶頸，阻礙其發(fā)展。現(xiàn)存無線充電技術(shù)標準有AirFuel與Qi，未來充電技術(shù)標準將統(tǒng)一化。主流無線充電技術(shù)為磁共振與磁感應(yīng)。高通和WiTricity采用技術(shù)授權(quán)模式，其余企業(yè)銷售配套設(shè)備。無線充電技術(shù)標準現(xiàn)狀03新能源汽車未來走向發(fā)展趨勢020103產(chǎn)業(yè)趨勢國內(nèi)方向美、法、日等國已進入電動汽車產(chǎn)業(yè)化、商品化階段，擴大電動汽車比例。我國也將電動汽車研發(fā)放重要位置，規(guī)劃明確不同階段的發(fā)展目標。車型趨勢純電動汽車和燃料電池電動汽車是未來發(fā)展方向，插電式混合動力汽車中期仍會發(fā)展，普通混合動力汽車是節(jié)能減排型，非長期目標。全球格局我國以純電動汽車為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型主要戰(zhàn)略趨向，重點推進純電動、插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化，繼續(xù)研究燃料電池技術(shù)。無線充電驅(qū)動電機電池管理系統(tǒng)向高度集成化發(fā)展，均衡技術(shù)朝大電流、高效率方向，SOC估算需提高精度和校正能力。電池管理驅(qū)動電機朝高度集成化、數(shù)字化發(fā)展，功率和功率密度提高，回饋制動效率和運行轉(zhuǎn)速提升，讓電動汽車更節(jié)能、續(xù)航更長。動力電池技術(shù)從磷酸鐵鋰、三元鋰向固態(tài)電池發(fā)展，固態(tài)電池能量密度高、安全性好，是未來趨勢。無線充電技術(shù)標準將統(tǒng)一，但面臨成本高、效率低、距離受限等問題，需突破瓶頸才能廣泛應(yīng)用。動力電池技術(shù)趨勢020103消費者對新能源汽車續(xù)航里程、安全性、智能化等要求提高，推動企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平。市場趨勢消費趨勢競爭格局需求增長隨著環(huán)保意識提高和政策支持，新能源汽車市場需求持續(xù)增長。2019年中國動力電池裝機量增長，反映市場潛力大。各大汽車公司紛紛布局新能源汽車領(lǐng)域，市場競爭激烈。特斯拉、比亞迪、豐田等品牌在技術(shù)、市場份額等方面競爭。010302我國出臺新能源汽車補貼政策，如深圳購E6純電動車、F3DM混合動力汽車可獲補貼，推動了新能源汽車的普及?！豆?jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃（2012-2020）》明確發(fā)展方向，以純電驅(qū)動為轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略取向，引導產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國家制定新能源汽車相關(guān)標準法規(guī)，規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量、安全等，促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，如電池回收利用相關(guān)規(guī)定。政策趨勢產(chǎn)業(yè)規(guī)劃補貼政策標準法規(guī)基礎(chǔ)設(shè)施充電樁、換電站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，影響新能源汽車使用便利性和推廣，需加大建設(shè)力度。發(fā)展挑戰(zhàn)技術(shù)瓶頸市場競爭政策調(diào)整可能影響新能源汽車市場發(fā)展，如補貼退坡、標準法規(guī)變化等，企業(yè)需應(yīng)對政策不確定性。政策不確定性純電動汽車電池容量、充電速度，燃料電池汽車成本、基礎(chǔ)設(shè)施等技術(shù)難題待解決，制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展。新能源汽車市場競爭激烈，企業(yè)需在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制等方面提升競爭力，否則易被淘汰。04新能源汽車發(fā)展總結(jié)與未來展望總結(jié)展望技術(shù)突破國家出臺補貼、規(guī)劃、標準等政策，支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，引導企業(yè)加大研發(fā)投入，促進市場推廣。產(chǎn)業(yè)成果在電池、電機、電控等關(guān)鍵技術(shù)上有突破，如動力電池能量密度提高，驅(qū)動電機性能提升，推動了新能源汽車發(fā)展。新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得顯著成果，純電動、混合動力、燃料電池汽車技術(shù)進步，市場規(guī)模擴大，部分企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。政策支持發(fā)展總結(jié)213產(chǎn)業(yè)融合技術(shù)創(chuàng)新擴大新能源汽車市場份額，滿足消費者需求，開拓國際市場，提升產(chǎn)業(yè)全球影響力。加強新能源汽車與智能交通、能源互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)融合，實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展，創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點。市場拓展持續(xù)推進驅(qū)動電機、動力電池、無線充電等技術(shù)創(chuàng)新，突破瓶頸，提高新能源汽車性能和競爭力。未來展望END第二章基本結(jié)構(gòu)與工作原理010203目錄CONTENTS混合動力電動汽車的基本結(jié)構(gòu)純電動汽車基本結(jié)構(gòu)原理燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理01純電動汽車基本結(jié)構(gòu)原理純電動汽車的結(jié)構(gòu)原理純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)，即主能源子系統(tǒng)、電力驅(qū)動子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。車載充電設(shè)備用于向主電源充電，電源為工業(yè)或民用電力電網(wǎng)的電源插座。應(yīng)具有變壓、調(diào)壓、整流、濾波等基本功作。功能完備的還接受能量管理系統(tǒng)控制，可自動進行充電方式選擇，充電終了判別、自動停止充電控制、充電異常判別和自動停充保護控制等。主電源是純電動汽車的能量來源，通過功率轉(zhuǎn)換器向電動機提供電能，也是能量管理系統(tǒng)和整車電子控制系統(tǒng)的電源。目前通常采用鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等蓄電池。有些配備超級電容或飛輪電池等輔助蓄能裝置，以提高瞬時供電能力和能量回饋效率。純電動汽車主能源子系統(tǒng)主電源充電單元能量管理系統(tǒng)主要作用是對蓄電池進行監(jiān)測與管理，包括對蓄電池SOC、電壓、電流、溫度等參數(shù)的監(jiān)測和存電量顯示、終止放電顯示與報警，能量回饋控制、充放電控制等。對于配備輔助蓄能裝置的純電動汽車，還具有能量協(xié)調(diào)控制功能。主能源子系統(tǒng)構(gòu)成純電動汽車的主能源子系統(tǒng)包括主電源和能量管理系統(tǒng)，帶有車載充電設(shè)備的純電動汽車還應(yīng)包括充電單元。電力驅(qū)動子系統(tǒng)由整車控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、機械傳動裝置和驅(qū)動車輪等部分組成，其中機械傳動裝置因純電動汽車的結(jié)構(gòu)類型不同而差別較大。整車控制器根據(jù)從制動踏板和加速踏板輸入的信號，發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器中功率開關(guān)的通斷，進而對電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進行控制。同時，整車控制器通過對能量管理系統(tǒng)和功率轉(zhuǎn)換器的協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)能量回饋控制和能量匹配控制。功率轉(zhuǎn)換器的主要功能是控制電動機和電源之間的功率流。當電動汽車在驅(qū)動工況時，功率轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)在控制器輸出的控制信號觸發(fā)下適時地通斷，以控制電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向；當電動汽車制動時，功率轉(zhuǎn)換器使功率流的方向反向，以使電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，將再生制動的動能轉(zhuǎn)換為電能，并被主電源吸收。電力驅(qū)動子系統(tǒng)輔助動力源用于向電動汽車上的電器和電子控制裝置提供電力。輔助動力源通常配備DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，以便將主電源的電壓轉(zhuǎn)換為車載用電設(shè)備所需的電壓。輔助控制子系統(tǒng)包括輔助動力源和車載用電設(shè)備兩部分。車載用電設(shè)備輔助控制子系統(tǒng)構(gòu)成車載用電設(shè)備除了照明、信號、儀表等汽車必須裝備的電器外，還包括刮水器、電動車窗、電動門鎖、收放機等輔助電器?，F(xiàn)在的純電動汽車的安全性和舒適性能與燃油汽車相媲美，因此，汽車空調(diào)裝置、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱死制動裝置等也構(gòu)成了車載用電設(shè)備的一部分。輔助控制子系統(tǒng)輔助動力源從傳統(tǒng)燃油車轉(zhuǎn)到純電動汽車的維修，其實并沒有多大的不同與困難，唯一要關(guān)注的就是高壓安全問題及高壓系統(tǒng)與部件的維修診斷技術(shù)。高壓電如果操作不當就會危及接觸者的生命，只要遵守“用正確的工具和正確的方法去做正確的事情”的原則，維修新能源汽車的安全問題也將不再是問題。新能源汽車的高電壓系統(tǒng)集中在車輛的驅(qū)動系統(tǒng)、空調(diào)與暖風系統(tǒng)，12V電源系統(tǒng)以及帶有插電功能的充電系統(tǒng)。純電動汽車與傳統(tǒng)燃油車的最大區(qū)別在于動力部分、高壓部分（新增）、輔助部分三部分純電動汽車的高壓系統(tǒng)02040301新能源汽車電池包一般安裝在汽車底部或者后尾箱內(nèi)，用許的小電池（也叫單體）通過串聯(lián)和并聯(lián)來提高電壓和電流，從而為新能源汽車提供動力來驅(qū)動車輛行駛。動力電池系統(tǒng)主要由動力電池模組、電池管理系統(tǒng)、動力電池箱及輔助元器件等四部分組成。驅(qū)動電機電機總成主要由驅(qū)動電機總成和單速變速器總成組成。其中驅(qū)動電機負責車輛動力的產(chǎn)生，單速變速器則將產(chǎn)生的動力輸送至驅(qū)動輪，進而實現(xiàn)車輛的運動。單速變速器其實就是一個減速器，介于驅(qū)動電機和驅(qū)動半軸之間。將動力傳遞到驅(qū)動半軸上的同時也可實現(xiàn)左右驅(qū)動輪在轉(zhuǎn)彎時以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，保證車輛平穩(wěn)運行?？刂苿恿﹄娫磁c驅(qū)動電機之間能量傳輸?shù)难b置，由控制信號接口電路、驅(qū)動電機控制電路和驅(qū)動電路組成。高壓電控總成集成雙向交流逆變式電機控制器模塊、車載充電器模塊、DC-DC變換器模塊、高壓配電模塊于一體，安裝在機艙處車身大梁上。電機控制器新能源汽車主要部件介紹高壓電控總成動力電池312DC/DC系統(tǒng)高壓配電箱DC/DC變換器安裝于前機艙位置，其主要功能是在車輛起動后將動力電池輸入的高壓電轉(zhuǎn)變成低壓12V向蓄電池充電，以保證行車時低壓用電設(shè)備正常工作。冷卻循環(huán)系統(tǒng)為保證高壓電控總成能在正常溫度下工作，采用水冷方式進行降溫，故在該總成上設(shè)有進/出水口。高壓電控總成相關(guān)系統(tǒng)介紹高壓配電箱（HighVoltageDistributionAssy）簡稱HVDB，是新能源汽車整車高壓電源分配、控制與保護裝置。將電池包的高壓直流電分配給整車高壓電器使用，其上游是電池包，下游包括驅(qū)動電機控制器、DC/DC變換器總成、電加熱器PTC、電動壓縮機、漏電傳感器；也將車載充電器的高壓直流電分配給電池包。電動壓縮機車載充電機空調(diào)系統(tǒng)車載充電器是將公共電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為電池包所需要的直流電，為整車高壓電池充電。汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)，取暖系統(tǒng)、通風（配氣）系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)五部分組成。電動壓縮機是利用直流電制冷的裝置，為整車提供冷氣的動力。電動汽車部分裝置介紹制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等元件組成。制冷方式采用蒸氣壓縮式，利用制冷劑蒸發(fā)時吸收的熱量來實現(xiàn)車內(nèi)溫度的降低。傳統(tǒng)汽車的壓縮機主要依靠發(fā)動機轉(zhuǎn)速帶動工作，而新能源汽車的壓縮機另辟蹊徑采用了電力驅(qū)動。失去了發(fā)動機這一大助力，取暖系統(tǒng)也發(fā)生了改變，傳統(tǒng)汽車多采用冷卻液加熱式，將發(fā)動機出水口的冷卻液通入暖風水箱，用鼓風機將水箱周圍的熱空氣吹入車內(nèi)。而新能源汽車的空調(diào)系統(tǒng)采用了PTC電加熱裝置提供熱源。11.手動維修開關(guān)動力電池包在模組中間安裝了手動維修開關(guān)（MSD），其是電動車在裝配、維修等作業(yè)中，最基本、最有效的保護手段。當MSD不插入時，電池內(nèi)無法形成回路，此時即使繼電器閉合，電池外部回路也不帶電。對于維修開關(guān)，原則為誰操作誰保管；裝配作業(yè)時應(yīng)在最后一步時插到電池上；維修作業(yè)時，拆卸或維修高壓部件前的第一步時，就拔下維修開關(guān)。新能源汽車制冷、取暖系統(tǒng)及手動維修開關(guān)介紹02混合動力電動汽車的基本結(jié)構(gòu)HEV可以裝備各種不同的蓄電池和超級電容等作為“輔助電源”。只有在混合動力汽車電動機起動發(fā)動機或電動機輔助驅(qū)動的時候才使用。發(fā)動機是混合動力電動機的主要動力源，可以廣泛地采用四沖程內(nèi)燃機(包括汽油機和柴油機)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃氣輪機和斯特林發(fā)動機等。一般轉(zhuǎn)子發(fā)動機和燃氣輪機的燃燒效率比較高，排放也比較潔凈，采用不同的發(fā)動機就可以組成不同的HEV。發(fā)動機輔助電源驅(qū)動電動機驅(qū)動電動機是HEV的輔助動力源。HEV的驅(qū)動電機可以是交流感應(yīng)電動機、永磁電動機、開關(guān)磁阻電動機、直流電動機和特種電動機等。隨著HEV的發(fā)展，直流電動機已經(jīng)很少采用，多數(shù)采用感應(yīng)電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機。采用不同的電動機可組成不同的混合動力電動汽車?；旌蟿恿﹄妱悠嚨幕窘Y(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)混合動力汽車具有兩種或兩以上的動力源，主要結(jié)構(gòu)包括發(fā)動機、驅(qū)動電機、輔助電源。060102050304保證乘坐舒適性與純電動車比，多了內(nèi)燃機提供動力，因此電池較少，降低了整車質(zhì)量，為提高動力性做貢獻。延長電池使用壽命混合動力汽車HEV相較于純電動汽車的優(yōu)點在混合動力電動汽車上采用高度實時和動態(tài)的優(yōu)化控制策略，優(yōu)化控制的結(jié)果盡量使動力系統(tǒng)各部件工作在最佳狀態(tài)和最高效率區(qū)域，大大限制了內(nèi)燃機在惡劣工況下的高燃油消耗率和大量的尾氣排放，大大提高了混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性。在排放限制嚴格的地區(qū)，還可關(guān)閉輔助動力，以純電動方式工作，成為零排放汽車。由于混合動力汽車的電池組在使用過程中是淺充淺放，所以可以延長電池的使用壽命。打破續(xù)駛里程限制由于采用輔助動力驅(qū)動，打破了純電動汽車續(xù)駛里程的限制，其長途行駛能力可與傳統(tǒng)汽車相媲美?？照{(diào)系統(tǒng)等附件由內(nèi)燃機直接驅(qū)動，有充分的能源供應(yīng)，保證了汽車的乘坐舒適性。在控制策略的作用下，輔助動力可以向儲能裝置(一般為電池組)提供能量，從而保證混合動力電動汽車無需停車充電，因此可利用現(xiàn)有加油站，不需要進行專門充電設(shè)施的建設(shè)。無需停車充電降低整車質(zhì)量提高燃油經(jīng)濟性未來車輛能源使用的優(yōu)點未來的優(yōu)點：當電池科技及成本更進步時，不需要起動內(nèi)燃機就可以提供上下班距離所需的所有能量，屆時可以讓車輛在上下班時處于純電動模式(夜間回車庫充電)，假日游玩等長途使用才會開啟內(nèi)燃機，車輛甚至可以在電力尖峰時間提供電力給辦公室(或住家)；若能普及，深夜充電需求會讓電力系統(tǒng)負荷更平均，不但電力業(yè)者獲利，也會增加電廠效率及降低污染，而電力也可以使用再生能源提供。串聯(lián)式混合動力電動汽車組成與工作原理1.串聯(lián)式混合動力電動汽車的組成串聯(lián)式混合動力電動汽車由發(fā)動機、發(fā)電機、整流器、蓄電池組(或其他類型的動力電池)、牽引電動機、機械傳動裝置等組成,如圖2-12所示。如果蓄電池組可外插電網(wǎng)充電，則屬于插電式串聯(lián)混合動力電動汽車。發(fā)動機和發(fā)電機之間是機械連接,牽引電動機與機械傳動裝置(主減速器、差速器等)之間也是機械連接,燃油箱與發(fā)動機之間是管路連接，其余部分是電纜連接。發(fā)動機和發(fā)電機組有時稱為輔助動力單元(AuxiliaryPowerUnit，簡稱APU)。其主要功能是將發(fā)動機輸出的機械能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)化的電能或用于蓄電池充電，或經(jīng)牽引電動機和機械傳動裝置驅(qū)動車輛行駛。圖2-12中帶箭頭的實線和虛線表達了車輛在行駛過程中能量的流動情況。從燃油箱、發(fā)動機、發(fā)電機、整流器流出的能量是單向的，可以經(jīng)電動機控制器、牽引電動機直到機械傳動裝置，提供車輛行駛所需要的能量，也可以經(jīng)DC/DC變換器到達蓄電池組，提供維持蓄電池組SOC的能量。從蓄電池組、DC/DC變換器、電動機控制器、牽引電動機直到機械傳動裝置，能量流動可以是雙向的。根據(jù)路況及控制策略，牽引電動機被控制為電動機或發(fā)電機，在驅(qū)動時，作為電動機使用，提供整車行駛所需要的動力；在制動減速時，作為發(fā)電機使用，將整車動能的一部分轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)DC/DC變換器給蓄電池組充電，這樣，就實現(xiàn)了能量的雙向流動。串聯(lián)式混合動力電汽車的工作模式串聯(lián)式混合動力電動汽車根據(jù)行駛負荷的不同，存在以下幾種工作模式：純粹的電驅(qū)動模式（發(fā)動機關(guān)閉，車輛僅由蓄電池組供電、驅(qū)動）；純粹的發(fā)動機驅(qū)動模式（車輛驅(qū)動功率僅源于發(fā)動機發(fā)電機組，而蓄電池組既不供電也不從傳動系統(tǒng)中獲取任何能量）；混合驅(qū)動模式（驅(qū)動功率由發(fā)動機-發(fā)電機組和蓄電池組共同提供）；發(fā)動機驅(qū)動和蓄電池充電模式（發(fā)動機-發(fā)電機組除提供車輛行駛所需的功率外，還向蓄電池組充電）；再生制動模式（發(fā)動機-發(fā)電機組關(guān)閉，而牽引電動機運行在發(fā)電機狀態(tài)，通過消耗車輛的動能產(chǎn)生電功率，用于向蓄電池組充電）；蓄電池停車充電模式（牽引電動機不接收功率，車輛停駛，發(fā)動機-發(fā)電機組僅向蓄電池組充電）；蓄電池混合充電模式（發(fā)動機-發(fā)電機組和運行在發(fā)電機狀態(tài)下的牽引電動機兩者都向蓄電池組充電）串聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式與運行工況串聯(lián)式混合動力電動汽車的運行工況原理在以低負荷行駛時，串聯(lián)式混合動力電動汽車可采用純粹的電驅(qū)動模式或純粹的發(fā)動驅(qū)動模式。純粹的電驅(qū)動模式主要用于對排放要求較高的市區(qū)道路環(huán)境。在以高負荷行駛(如超車或滿載爬坡時)，串聯(lián)式混合動力電動汽車則采用混合驅(qū)動模式，電能來自于發(fā)機-發(fā)電機組和蓄電池組。在正常行駛時，串聯(lián)式混合動力電動汽車一般采用發(fā)動機驅(qū)動和蓄電池充電模式運行。此時，發(fā)動機可以始終工作在效率較高、排放較低的單一工況，并帶動發(fā)電機發(fā)電。在電動機控制器的調(diào)節(jié)下，發(fā)電機發(fā)出的電能主要用于電動機，再通過機械傳動裝置驅(qū)動汽車行駛。當發(fā)電機發(fā)出的電能有多余時，可以同時向蓄電池組充電。結(jié)合汽車的運行工況，對工作模式和能量流動的具體分析如下：01020403起動/正常行駛/加速運行工況發(fā)動機通過發(fā)電機和蓄電池一起輸出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)換器，然后驅(qū)動電動機，再通過機械傳動裝置驅(qū)動車輪。運行工況下的能量流動如圖2-13所示。發(fā)動機輸出的功率大于車輛所需的功率，多余的能量通過發(fā)電機給蓄電池充電，直到SOC達到預(yù)定的限值。運行工況下的能量流動如圖2-14所示。電動機把驅(qū)動輪的動能轉(zhuǎn)化為電能，并通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。運行工況下的能量流動如圖2-15所示。低負荷工況車輛不同運行工況的能量流動停車時，發(fā)動機可通過發(fā)電機和功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。運行工況下的能量流動如圖2-16所示。減速/制動工況停車充電工況并聯(lián)式混合動力電動汽車的組成與工作原理1.并聯(lián)式混合動力電動汽車的組成并聯(lián)式混合動力電動汽車由發(fā)動機、電動機、電動機控制器、蓄電池組(或其他類型的動力電池)、動力合成器、機械傳動裝置等組成，如圖2-17所示。如果蓄電池組可外插電網(wǎng)充電，則屬于插電式并聯(lián)混合動力電動汽車。發(fā)動機與電動機的輸出軸分別與動力合成器輸入端進行機械連接，輸出動力通過動力合成器輸出軸傳遞到機械傳動裝置（變速器、主減速器、差速器等)，驅(qū)動車輛行駛。燃油箱與發(fā)動機之間是管路連接，電動機與電動機控制器、電動機控制器與蓄電池組之間均是電纜連接。并聯(lián)式混合動力電動汽車與串聯(lián)式混合動力電動汽車的最大區(qū)別在于發(fā)動機與機械傳動裝置存在機械連接，直接參與車輛的驅(qū)動。圖2-17中帶箭頭的實線和虛線表達了車輛在行駛過是中能量的流動，與串聯(lián)式混合動力汽車情況類似。6413257車輛的驅(qū)動功率僅源于發(fā)動機，而蓄電池組既不供電也不從傳動系統(tǒng)中獲取任何能量。此時，電動機關(guān)閉純粹的電驅(qū)動模式驅(qū)動功率由發(fā)動機和蓄電池組共同提供，并通過動力合成器合成，向機械傳動裝置提供動力再生制動模式混合驅(qū)動模式并聯(lián)式混合動力電動汽車根據(jù)行駛負荷的不同，存在以下幾種工作模式發(fā)動機驅(qū)動和蓄電池充電模式車輛停駛，發(fā)動機通過動力合成器帶動電機發(fā)電，向蓄電池組充電。此時，機械傳動裝置應(yīng)備有空檔或在動力合成器與機械傳動裝置之間裝有離合器發(fā)動機關(guān)閉，離合器分離，電動機通過動力合成器提供動力，驅(qū)動汽車行駛純粹的發(fā)動機驅(qū)動模式發(fā)動機除提供車輛行駛所需的功率外，還向蓄電池組提供充電功率。此時，發(fā)動機的功率由動力合成器分成兩路，一路用于驅(qū)動汽車，另一路用于帶動運行在發(fā)電狀態(tài)的電機發(fā)電發(fā)動機關(guān)閉，而牽引電動機運行在發(fā)電機狀態(tài)，通過消耗車輛的動能產(chǎn)生電功率，用于向蓄電池組充電停車充電模式并聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式概述并聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式與運行工況并聯(lián)式混合動力電動汽車的運行模式與工況分析在以低負荷行駛時，并聯(lián)式混合動力電動汽車可采用純粹的電驅(qū)動模式或純粹的發(fā)動機驅(qū)動模式。純粹的電驅(qū)動模式主要用于對排放要求較高的市區(qū)道路環(huán)境。在以高負荷行駛時(如超車或滿載爬坡時)，并聯(lián)式混合動力電動汽車則采用混合驅(qū)動模式。在正常行駛時，并聯(lián)式混合動力電動汽車一般采用發(fā)動機驅(qū)動和蓄電池充電模式運行。此時，發(fā)動機的工作效率與工作區(qū)間隨著負荷的變化而不斷變化。當發(fā)動機輸出的功率有多余時，可以同時向蓄電池組充電。（2）并聯(lián)式混合動力電動汽車的運行工況分析結(jié)合汽車的運行工況，對工作模式和能量流動的具體分析如下:01020403車輛不同運行工況及能量流動起動/加速工況當車輛起動或節(jié)氣門全開加速時，發(fā)動機和電動機同時工作，共同分擔驅(qū)動車輛所需的動力，如發(fā)動機和電動機分別承擔總功率的80%和20%。運行工況下的能量流動如圖2-18所示。當車輛正常行駛時，電動機關(guān)閉，僅由發(fā)動機工作，提供車輛行駛所需的動力。運行工況下的能量流動如圖2-19所示。當車輛減速行駛或制動時，電動機工作于發(fā)電機模式進行再生制動，通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。運行工況下的能量流動如圖2-20所示。正常行駛工況當車輛輕載時，發(fā)動機輸出功率驅(qū)動車輛行駛，同時發(fā)動機輸出的多余功率驅(qū)動以發(fā)電狀態(tài)工作的電動機發(fā)電而向蓄電池充電。運行工況下的能量流動如圖2-21所示。減速/制動工況行駛中給蓄電池充電工況動力合成器作用其作用主要有兩個，分別對應(yīng)于不同的控制策略或工作模式：1）將發(fā)動機和電動機的兩條動力傳遞路線合成為一條動力傳遞路線，最后驅(qū)動汽車行駛。2）將發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩分解為兩條路線，一條路線用于驅(qū)動車輛行駛，另一條路線用于向蓄電池組充電。動力合成器有時也稱為動力分配器動力合成器定義并聯(lián)式混合動力電動汽車的動力合成器并聯(lián)式混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置分析根據(jù)內(nèi)燃機、電動機動力合成的方式及有無離合器等情況，并聯(lián)式混合動力電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)存在較大差別。當動力合成器單獨采用轉(zhuǎn)矩耦合時，并聯(lián)式混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)可采用兩軸式、單軸式和分離軸式三種布置形式。當動力合成器單獨采用速度耦合或同時采用轉(zhuǎn)矩耦合與速度耦合時，并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)主要采用兩軸式布置形式。發(fā)動機和電動機通過動力合成器的兩輸入軸進行動力合成，再經(jīng)過機械傳動裝置驅(qū)動汽車行駛。圖2-27所示為典型的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。變速器與動力裝置的布置形式多樣，使得驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也多樣化，主要有以下兩種結(jié)構(gòu)變速器位于轉(zhuǎn)矩耦合器之前的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)兩軸式結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩耦合的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)圖2-22所示的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用了兩個變速器。變速器1位于發(fā)動機和轉(zhuǎn)矩耦合器之間，變速器2位于電動機和轉(zhuǎn)矩耦合器之間。兩個變速器可以是單檔或多檔。多檔變速器能形成多種牽引力轉(zhuǎn)速特性曲線。兩個多檔變速器為發(fā)動機和電動機驅(qū)動系統(tǒng)運行于各自的最佳區(qū)域提供了更多的可能性，使該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的性能和整體效率可超過其他類型的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。但兩個多檔變速器將使混合動力驅(qū)動系統(tǒng)復雜化，且兩個變速器換檔復雜。為此，常見的布置形式是變速器1為多檔，變速器2為單檔，或者變速器1與變速器2均為單檔。變速器1為單檔而變速器2為多檔的布置形式是不合適的，因為這種布置方案不能充分發(fā)揮發(fā)動機和電動機的優(yōu)勢②變速器位于轉(zhuǎn)矩耦合器之后的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。圖3-33所示的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)只有一個變速器，位于轉(zhuǎn)矩耦合器之后，能以相同速比提高發(fā)動機和電動機兩者的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩耦合器傳動比和的合理選擇，將使電動機和發(fā)動機能工作在各自的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)且最大限度地發(fā)揮兩者的動力優(yōu)勢。這種布置形式適用于采用小型發(fā)動機和電動機的情況。多檔變速器的作用是增大低速時混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的牽引力。變速器位于轉(zhuǎn)矩耦合器之后的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)單軸式結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)2）單軸式結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。對于轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其簡單且緊湊的構(gòu)造是單軸式結(jié)構(gòu)，其中電動機轉(zhuǎn)子起著轉(zhuǎn)矩耦合裝置的作用。圖2-24所示為變速器位于電動機之后的單軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。圖2-25所示為變速器位于電動機之前的單軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。在變速器位于電動機之后的結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和電動機傳遞到驅(qū)動橋的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速均由變速器調(diào)節(jié)。此時，發(fā)動機和電動機必須有相同的轉(zhuǎn)速范圍。這一結(jié)構(gòu)常用于小型電動機的情況，屬于輕度混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。其中，電動機起著起動機、發(fā)電機、發(fā)動機的輔助動力和再生制動的多重集成作用。在變速器位于電動機之前的結(jié)構(gòu)中，當電動機轉(zhuǎn)矩直接傳遞給主減速器時，變速器僅能調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。這一結(jié)構(gòu)可用于有大范圍恒功率區(qū)的大型電動機的混合驅(qū)動系統(tǒng)。變速器僅用于改變發(fā)動機的運行工作點，以改進車輛性能和發(fā)動機的運行效率。應(yīng)該注意，當車輛停止并且電動機剛性地連接到驅(qū)動輪時，發(fā)動機不能帶動電動機使其作為發(fā)電機而向蓄電池組充電。3）分離軸式結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。另一種并聯(lián)式混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)是分離軸式結(jié)構(gòu)。其中，一個軸由發(fā)動機驅(qū)動，另一個軸則由電動機驅(qū)動，牽引力通過前后驅(qū)動輪在路面上合成，如圖2-26所示。分離軸式結(jié)構(gòu)可以保持原始發(fā)動機和傳動裝置不變，只是在另一軸上加裝一套電動機驅(qū)動系統(tǒng)，成為四輪驅(qū)動形式。但這種結(jié)構(gòu)勢必占據(jù)原有車輛的大量空間，使裝載乘客和行李的有效空間減小。分離軸式結(jié)構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)速度耦合的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)圖2-27所示為速度耦合的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。發(fā)動機通過離合器和變速器與行星齒輪機構(gòu)的太陽輪連接。其中，變速器用來調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩特性，以滿足動力匹配的要求。電動機通過一對齒輪與齒圈連接，制動器1和制動器2將太陽輪和齒圈與靜止的車架鎖定。其工作原理如下：34125純粹的電驅(qū)動模式發(fā)動機驅(qū)動和蓄電池充電模式車輛的五種驅(qū)動模式當制動器2將齒圈鎖定在車架上而制動器1被釋放時，發(fā)動機通過太陽輪和齒圈單獨向驅(qū)動輪提供動力。此時，通過一對齒輪與齒圈相連的電動機不工作。發(fā)動機的離合器和制動器1、制動器2的狀態(tài)同于混合驅(qū)動模式時的狀態(tài)。此時，發(fā)動機通過行星齒輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)速分解，將其功率分離為兩部分，一部分用于驅(qū)動，一部分用于帶動電動機發(fā)電，向蓄電池充電?；旌向?qū)動模式制動器1和制動器2的狀態(tài)同于純粹的電驅(qū)動模式時的狀態(tài)。此時，發(fā)動機也關(guān)閉，電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)，按再生制動模式予以控制，實現(xiàn)能量回收。當制動器1將太陽輪鎖定在車架上而制動器2被釋放時，電動機通過齒圈和行星架向驅(qū)動輪提供動力。此時，與太陽輪相連的發(fā)動機關(guān)閉。當制動器1和制器2被釋放時，太陽輪和齒圈可以旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機和電動機都向驅(qū)動輪供給正向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。此時，由行星齒輪機構(gòu)的行星架提供的輸出轉(zhuǎn)速是太陽輪與齒圈轉(zhuǎn)速的加權(quán)和；行星架輸出的轉(zhuǎn)矩正比于發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和電動機轉(zhuǎn)矩。純粹的發(fā)動機驅(qū)動模式再生制動模式圖2-28所示為同時采用轉(zhuǎn)矩耦合與速度耦合的兩軸式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。當選擇轉(zhuǎn)矩耦合運行模式時，制動器2將行星齒輪機構(gòu)的齒圈鎖定在車架上，同時離合器1和離合器3接合，而離合器2脫開。此時，發(fā)動機和電動機的動力經(jīng)耦合齒輪、離合器3直到太陽輪軸，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩合成。在這樣的情況下，行星齒輪機構(gòu)僅起減速器的作用，為典型的轉(zhuǎn)矩耦合的并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。當選擇轉(zhuǎn)速耦合運行模式時，離合器1和離合器2接合，而離合器3分離，同時，制動器1和制動器2釋放。此時，連接到驅(qū)動車輪的行星架的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速的組合，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、電動機轉(zhuǎn)矩以及作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩保持為固定不變的關(guān)系。動力合成器轉(zhuǎn)矩耦合或轉(zhuǎn)速耦合的選擇，使得動力裝置將有更多的可供選擇的運行模式和運行區(qū)域，以便優(yōu)化其性能。例如在低車速時，轉(zhuǎn)矩耦合模式適合于高加速性能和爬坡能力的需求；在高車速時，則應(yīng)采用轉(zhuǎn)速耦合模式，以保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速處于其最佳運行區(qū)。既有轉(zhuǎn)矩耦合又有速度耦合的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)1.混聯(lián)式混合動力電動汽車的組成混聯(lián)式混合動力電動汽車是在串聯(lián)式混合和并聯(lián)式混合的基礎(chǔ)上綜合而成的一種混合動力形式。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-29所示。在混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，動力合成器一般也稱為動力分配器或功率分配器。發(fā)動機輸出的功率一部分通過動力合成器分配給傳動裝置，驅(qū)動汽車行駛，另一部分功率則分配給發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電機輸出的電能輸送給電動機或蓄電池組。電動機從蓄電池組或發(fā)電機獲取電能，產(chǎn)生驅(qū)動力，通過動力合成器傳遞給驅(qū)動橋?；炻?lián)式混合動力電動汽車組成與工作原理混聯(lián)式混合動力電動汽車的動力合成器一般采用行星齒輪機構(gòu)。如圖2-30所示，行星齒輪機構(gòu)將發(fā)動機、發(fā)電機、電動機連接起來，太陽輪與發(fā)電機相連，齒圈與電動機及傳動裝置相連，行星架與發(fā)動機相連。發(fā)動機的一部分動力通過行星齒輪傳給齒圈，然后通過機械傳動裝置傳給驅(qū)動車輪，另一部分動力傳給太陽輪經(jīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。電動機的動力直接通過與齒圈一體的齒輪傳給驅(qū)動裝置?；炻?lián)式混合動力電動汽車動力合成器及行星齒輪機構(gòu)連接與動力傳遞發(fā)動機關(guān)閉，而牽引電動機運行在發(fā)電機狀態(tài)，通過消耗車輛的動能產(chǎn)生電功率，用于向蓄電池組充電車輛停駛，發(fā)動機通過動力合成器帶動發(fā)電機發(fā)電，向蓄電池組充電發(fā)動機、發(fā)電機關(guān)閉，電動機通過動力合成器提供動力，驅(qū)動汽車行駛混合驅(qū)動模式純粹的發(fā)動機驅(qū)動模式停車充電模式車輛驅(qū)動功率僅源于發(fā)動機，而蓄電池組既不供電也不從傳動系統(tǒng)中獲取任何能量。此時，發(fā)電機、電動機關(guān)閉混聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式概述發(fā)動機除提供車輛行駛所需的功率外，還向蓄電池組充電。此時，發(fā)動機的功率由動力合成器分成兩路，一路用于驅(qū)動汽車，一路用于帶動發(fā)電機發(fā)電驅(qū)動功率由發(fā)動機和蓄電池組共同提供，并通過動力合成器合成，向機械傳動裝置提供動力發(fā)動機驅(qū)動和蓄電池充電模式再生制動模式純粹的電驅(qū)動模式混聯(lián)式混合動力電動汽車根據(jù)行駛負荷，存在以下幾種工作模式混聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式與運行工況混聯(lián)式混合動力電動汽車的工況分析結(jié)合汽車運行工況，根據(jù)混聯(lián)式混合動力電動汽車是發(fā)動機主動型還是電力主動型，其工作模式是有區(qū)別的，具體分析如下：發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式01020403起動工況發(fā)動機關(guān)閉，由蓄電池給電動機提供電能驅(qū)動車輛。能量流動如圖2-31所示。當節(jié)氣門全開，車輛加速行駛時，發(fā)動機和電動機同時工作，共同分擔車輛行駛所需的動力。能量流動如圖2-32所示。電動機關(guān)閉，發(fā)動機工作，提供車輛所需動力。能量流動如圖2-33所示。加速工況電機工作于發(fā)電模式進行再生制動，通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。能量流動如圖2-34所示。勻速工況減速/制動工況車輛不同工況的能量供應(yīng)與流動發(fā)動機一部分動力用于驅(qū)動車輛，另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。能量流動如圖2-35所示。蓄電池充電工況行駛中充電當停車時，發(fā)動機可通過發(fā)電機給蓄電池充電。能量流動如圖2-36所示。停車充電電力主動型與發(fā)動機主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車工作模式的主要區(qū)別是在勻速工況和加速工況，其他工況下的工作模式是一樣的。在勻速和加速行駛時，電力主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)電機發(fā)電，提供電動機所需的電能，其能量流動分別如圖2-37和圖2-38所示。電力主動型混聯(lián)式混合動力電動汽車的工作模式插電式混合動力電動汽車(Plug-inHEV)是可從電網(wǎng)充電的混合動力電動汽車，是在三種基本混合動力電動汽車的基礎(chǔ)上派生出來的，可以是串聯(lián)插電式、并聯(lián)插電式和混聯(lián)插電式三種形式。其基本結(jié)構(gòu)與基本型混合動力電動汽車差別不大。插電式混合動力電動汽車的特點插電式混合動力電動汽車的定義和形式插電式混合動力電動汽車相比而言，插電式混合動力電動車有三個突出的特點：1）可以直接由電網(wǎng)充電?；拘突旌蟿恿ζ嚧蠖鄶?shù)通過發(fā)動機或能量回饋方式為電池充電，需要消耗燃油，產(chǎn)生廢氣，而插電式混合動力電動汽車可以直接由電網(wǎng)充電。2）電力驅(qū)動在插電式混合動力電動車中所占比例較高，對發(fā)動機的依賴較少，控制策略相對簡單。3）蓄電池容量較大，以保證足夠的純電動里程。插電式混合動力電動車的分類及工作模式根據(jù)純電動里程的大小,也可以將插電式混合動力電動車分為Plug-inHEVO，Plug-inHEV20，Plug-inHEV60等,分別對應(yīng)0km，20km和60km純電動里程。純電動里程越大，則蓄電池和發(fā)電機的功率越大,發(fā)動機功率和燃油箱容積則相對越小。根據(jù)蓄電池SOC的變化特點，插電式混合動力電動車的工作模式可分為電量消耗模式、電量保持模式和常規(guī)充電模式三種。分為電量消耗-純電動模式和電量消耗-混合動力模式兩種。純電動模式下，發(fā)動機關(guān)閉，蓄電池是唯一能量源，SOC逐漸降低，適合起動、低速和低負荷等工況；混合動力模式下，發(fā)動機和電動機同時工作，蓄電池提供整車功率需求主要部分，SOC降低，發(fā)動機補充功率不足部分，直至SOC達最低限值，適合加速、大負荷等工況用電網(wǎng)，通過車載充電器給蓄電池組充電在該模式下，插電式混合動力電動車的工作模式與基本型混合動力電動汽車的工作模式類似，發(fā)動機通過發(fā)電機給蓄電池充電以維持SOC基本不變電量保持模式常規(guī)充電模式插電式混合動力電動車的工作模式電量消耗模式03燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)原理燃料電池電動汽車與普通燃油汽車相比，其外形和內(nèi)部空間幾乎沒有什么區(qū)別，不同之處在于動力系統(tǒng)。燃料電池電動汽車動力系統(tǒng)的基本組成部分有燃料電池系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、輔助蓄能裝置及驅(qū)動電動機。直接燃料電池電動汽車：典型的直接燃料電池電動汽車動力系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖2-40所示。燃料電池電動汽車的構(gòu)成在燃料電池反應(yīng)過程中，會產(chǎn)生水和熱量，需通過水循環(huán)系統(tǒng)中的凝縮器加以冷凝并進行氣水分離處理，部分水可用于反應(yīng)氣體的加濕。水循環(huán)系統(tǒng)還用于燃料電池的冷卻，使燃料電池保持在正常的工作溫度。氫氣供給系統(tǒng)的功能包括氫的儲存、管理和回收。氣態(tài)氫需高壓儲存，儲氫氣瓶須有較高品質(zhì)，其容量決定一次充氫的行駛里程。轎車一般采用2~4個高壓儲氫氣瓶，大客車上通常采用5~10個高壓儲氫氣瓶來儲存所需的氫氣量。氫氣供給系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng)氧氣供給系統(tǒng)氧氣有純氧和空氣兩種供給方式。以純氧供給時需用氧氣罐；從空氣中獲得氧氣時，需用壓縮機提高壓力，確保供氧量，增加燃料電池反應(yīng)速度。空氣供給系統(tǒng)除需體積小、效率高的空氣壓縮機外，還需配備相應(yīng)的空氣閥、壓力表、流量表及管路，并對空氣進行加濕處理，確保空氣有一定濕度。燃料電池系統(tǒng)概述燃料電池系統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)的核心是燃料電池電堆，此外，還配備了氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、水循環(huán)及反應(yīng)物生成處理系統(tǒng)等，用以確保燃料電池電堆正常工作。02011）在燃料電池電動汽車起動時，由輔助蓄能裝置提供電能，帶動燃料電池起動或帶動車輛起步。2）在燃料電池電動汽車運行過程中，當燃料電池輸出的電能大于車輛驅(qū)動所需的能量時，輔助蓄能裝置可用于儲存燃料電池剩余的電能。3）在燃料電池電動汽車加速和爬坡時，輔助蓄能裝置可協(xié)助供電，以彌補燃料電池輸出功率的不足，使電動機獲得足夠的電能，產(chǎn)生滿足車輛加速和爬坡所需的電磁轉(zhuǎn)矩。4）向車輛的各種電子設(shè)備、電器提供工作所需的電能。5）在車輛制動時，將驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機工作狀態(tài)，將車輛的動能轉(zhuǎn)換為電能并向輔助蓄能裝置充電，以實現(xiàn)車輛制動時的能量回收。配備輔助蓄能裝置的作用混合式燃料電池電動汽車的輔助蓄能裝置混合式燃料電池電動汽車還配備輔助蓄能裝置。輔助蓄能裝置可采用蓄電池、超級電容和飛輪電池中的一種，組成雙電源的混合動力系統(tǒng)，或采用蓄電池+超級電容、蓄電池+飛輪電池的三電源系統(tǒng)。輔助蓄能裝置的組成驅(qū)動電動機驅(qū)動電動機用于將電源所提供的電能轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩，并通過傳動裝置驅(qū)動車輛行駛。與純電動汽車和混合動力電動汽車一樣，燃料電池電動汽車用驅(qū)動電動機也可采用直流有刷電動機、交流異步電動機、交流同步電動機、永磁無刷直流電動機和開關(guān)磁阻電動機等。不同類型的電動機具有不同的性能特點。燃料電池電動汽車通常是結(jié)合整車的開發(fā)目標，綜合考慮各種電動機的結(jié)構(gòu)與性能特點以及電動機的驅(qū)動控制方式及控制器結(jié)構(gòu)特點等，選擇適宜的驅(qū)動電動機。02040301直接燃料電池電動汽車的電子控制系統(tǒng)包括燃料電池系統(tǒng)控制、DC/DC變換器控制、輔助儲能裝置能量管理、電動機驅(qū)動控制及整車協(xié)調(diào)控制等控制功能，各控制功能模塊通過總線連接燃料電池系統(tǒng)控制器用來控制燃料電池的燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)，并協(xié)調(diào)各系統(tǒng)工作，以使燃料電池系統(tǒng)能持續(xù)向外供電系統(tǒng)概述輔助蓄能裝置能量管理系統(tǒng)對蓄電池的充電、放電、存電狀態(tài)等進行監(jiān)控，使輔助蓄能裝置能正常地起作用，實現(xiàn)車輛在起動、加速、爬坡等工況下的協(xié)助供電，并在車輛運行時儲存燃料電池富余電能，實現(xiàn)汽車制動時的能量回饋。通過對蓄電池電壓、電流、溫度等參數(shù)的監(jiān)測，還可實現(xiàn)蓄電池的過充電、過放電控制，進行蓄電池荷電狀態(tài)的估計與顯示DC/DC變換器用于改變?nèi)剂想姵氐闹绷麟妷?，由電子控制器控制。電子控制器通過調(diào)節(jié)DC/DC變換器的輸出電壓，將燃料電池電堆較低的電壓上升至電動機所需的電壓。DC/DC變換器可使輸出電壓與蓄電池的電壓相匹配，協(xié)調(diào)燃料電池和蓄電池負荷，起限制燃料電池最大輸出電流和最大功率的作用，以避免燃料電池因過載而損壞燃料電池系統(tǒng)控制直接燃料電池電動汽車的電子控制系統(tǒng)輔助蓄能裝置能量管理DC/DC變換器控制整車協(xié)調(diào)控制電動機的類型不同，其控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)和工作原理也有所不同?？傮w上，電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)的主要控制功能有：電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)、電動工作模式控制(設(shè)有制動能量回饋的電動汽車)、電動機過載保護控制等。電動汽車的控制與氫源特點電動機驅(qū)動控制整車協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基于設(shè)定的控制策略對各控制功能模塊進行協(xié)調(diào)控制。一方面，控制器根據(jù)加速踏板傳感器、制動踏板傳感器、檔位開關(guān)送入的電信號判斷駕駛?cè)说鸟{車意圖，并輸出控制信號，通過相關(guān)的控制功能模塊實現(xiàn)車輛的行駛工況制；另一方面，控制器根據(jù)相關(guān)傳感器和開關(guān)輸入的電信號，獲取車速、電動機轉(zhuǎn)速、是否制動、蓄電池和燃料電池的電壓和電流等信息，判斷車輛的實際行駛工況和動力系統(tǒng)的狀況，并按設(shè)定的多電源控制策略輸出相應(yīng)的控制信號，通過相應(yīng)的功能模塊實現(xiàn)能量分配節(jié)控制。此外，整車協(xié)調(diào)控制還包括整車故障自診斷功能。直接以純氫為燃料電池的電動汽車對儲氫裝置的要求較高。但與重整燃料電池電動汽車相比，直接燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，能量效率高，成本低。因此，目前的燃料電池電動汽車大都以純氫為車載氫源。燃料電池電動汽車氫源特點重整燃料電池電動汽車（1）動力系統(tǒng)的構(gòu)成重整燃料電池電動汽車與直接燃料電池電動汽車的主要區(qū)別在于使用汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等燃料，在汽車上通過重整器產(chǎn)生氫，再將氫提供給燃料電池電堆。重整燃料電池電動汽車動力系統(tǒng)的基本組成如圖2-42所示。重整燃料電池系統(tǒng)中的氧氣供給及管理系統(tǒng)、反應(yīng)生成的水和熱量處理系統(tǒng)及電力管理系統(tǒng)等與直接燃料電池系統(tǒng)基本相同，只是增加了重整器、加熱器、CO（一氧化碳）轉(zhuǎn)換與凈化器等裝置，用以將汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等燃料轉(zhuǎn)換為純氫。04010302烴類車載制氫需要高溫和脫硫，因此，其重整過程比醇類難度大。由于天然氣是氣體燃料，車載儲運較為困難，因而很少用作燃料電池電動汽車的燃料。制氫過程差異重整燃料電池電動汽車采用的燃料不同，其制氫過程(重整技術(shù))也會有所不同。醇類燃料(甲醇、乙醇、二甲醚等)的車載制氫過程大體相同，均需經(jīng)重整、變換、一氧化碳脫除等幾個步驟。以甲醇為燃料的車載制氫過程如圖2-43所示。車載烴類制氫過程烴類制氫特點烴類燃料(汽油、柴油及天然氣等)制氫通常包括氧化重整、高溫變換、脫硫、低溫變換、凈化及燃燒等過程。以汽油為燃料的車載制氫過程如圖2-44所示。車載醇類制氫過程重整燃料電池氫氣產(chǎn)生的過程燃料電池系統(tǒng)起動時間較長，動態(tài)響應(yīng)較慢。對于配備輔助蓄能裝置的重整燃料電池電動汽車，輔助蓄能裝置可解決這一問題缺點2當制取的氫氣純度不高時，可能會使催化劑中毒并產(chǎn)生一些污染由于上述不足，在現(xiàn)已推出的燃料電池電動汽車中，采用重整技術(shù)的相對較少現(xiàn)狀缺點1優(yōu)點使用車載重整器制氫的燃料電池電動汽車，燃料存儲方便，只需要普通的容器，不需要加壓或冷藏重整裝置不僅需要復雜的控制過程，而且其體積和質(zhì)量會減少車輛可利用的空間，增加更多的能量消耗缺點3重整燃料電池電動汽車的優(yōu)缺點1.燃料電池電動汽車的儲氫方式目前的燃料電池電動汽車大都以純氫為燃料，為使燃料電池電動汽車能達到所需的續(xù)駛里程，在車上就需要有一定儲量的氫。車載儲氫主要有壓縮氫氣、液態(tài)氫和金屬儲氫三種形式。燃料電池電動汽車的工作方式（1）壓縮氫氣形式氫氣的密度小，需要通過壓縮來增加其儲存量。壓縮氫氣的壓力一般在20~30MPa或更高，因而要求儲氫氣瓶能承受高壓，且質(zhì)量輕、使用壽命長。高壓儲氫氣瓶的材料用鋁或石墨材料，通常制成環(huán)形壓力容器。這有助于提高容積效率，滿足續(xù)駛里程的要求，而且便于在車上安裝。不同類型的燃料電池電動汽車，高壓儲氫氣瓶的布置形式也有所不同。燃料電池電動轎車的高壓儲氫氣瓶通常安裝在后座椅下或行李艙下，而大客車的儲氫氣瓶通常安裝在車輛的頂部或裙部。壓縮氫氣形式介紹相對于氣態(tài)氫，液態(tài)氫具有較高的能量密度，可顯著提高單位容積氫的質(zhì)量，有利于降低運輸成本，提高燃料電池電動汽車的續(xù)駛里程。但是，液態(tài)氫需要將氣態(tài)氫冷卻至-253℃才能得到，氫氣的液化過程時間較長，而且需要消耗大量的能量。另一個問題是液態(tài)氫難于較長時間儲存，只能儲存在供應(yīng)站，而在運輸時也需要專用運輸車輛。因此，液氫儲存罐需要有良好的絕熱性能，其外殼通也常用絕熱材料包裹，其內(nèi)部設(shè)有液位計和壓力調(diào)節(jié)(控制)裝置等。液態(tài)氫需要轉(zhuǎn)換為氫氣才能提供給燃料電池，而液態(tài)氫汽化過程需要吸收熱量，因此，在供氫系統(tǒng)中，還需要設(shè)置熱交換器和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。液態(tài)氫形式的特點及相關(guān)要求金屬儲氫形式利用金屬氫化物儲氫，就是將氫氣加壓至3~6Mpa，使進入容器的氫在高壓下附在金屬小顆粒上，完成氫與金屬的結(jié)合，同時放出熱量。由于從金屬小顆粒中釋放出氫時，需要吸收外部的熱量，因此，金屬儲氫容器不僅需要有一定的耐壓強度，還要有足夠的換熱面積，以滿足充氫和放氫時的熱量傳遞。為了盡可能多地儲存氫，需要儲氫金屬表面呈小顆粒狀，并在適當?shù)臏囟确秶蛪毫Ψ秶鷥?nèi)能夠儲存或釋放氫氣。金屬儲氫通常被認為是最安全的儲氫方式。相比于高壓儲氫罐儲氫方式，金屬儲氫的特點如下：0403050102金屬氫化物的機械強度較低，反復充放氫后會出現(xiàn)粉碎現(xiàn)象。目前的金屬儲氫裝置的金屬氫化物反復充放的次數(shù)不多，而且價格較高。金屬儲氫方式的特點及應(yīng)用現(xiàn)狀安全性與能耗優(yōu)勢對氫純度要求總體上看，燃料電池電動汽車采用金屬儲氫方式的運行成本很高，因此，目前采用這種車載儲氫方式的燃料電池電動汽車較少。機械強度與成本問題金屬氫化物對氫氣中少量雜質(zhì)(如、,CO等)的敏感度高于燃料電池電極催化劑的敏感度，因此，對氫的純度要求更高了。應(yīng)用現(xiàn)狀儲氫量特點儲氫的壓力較低(1~2MPa)，遠低于壓縮儲氫氣瓶的壓力，因而其安全性較高，降低了充氫設(shè)備的要求，充氫的能耗也較小。單位體積的儲氫容量有所提高，但單位質(zhì)量的儲氫量并不高。金屬儲氫罐包括容器和儲氫材料，其單位質(zhì)量的儲氫量要低于高性能材料制成的高壓儲氫氣瓶。燃料電池電動汽車的工作方式目前燃料電池電動汽車多采用燃料電池+蓄電池的混合動力模式。在電動汽車起步、加速、勻速、滑行、減速、制動等不同的行駛工況時，燃料電池的工作模式是不同的，大體可分為燃料電池模式、混合動力模式、蓄電池模式、能量回饋模式等，如圖2-45所示。燃料電池模式混合動力模式混合動力模式是指燃料電池和蓄電池共同提供電動機所需電力的工作方式。在燃料電池電動汽車加速行駛、高速行駛、上坡、超車或重載的情況下，當燃料電池輸出的電功率已不能滿足驅(qū)動車輛所需的功率時，由蓄電池提供瞬時能量來補充燃料電池電動汽車加速、上坡的動力需要，或由蓄電池持續(xù)地協(xié)助燃料電池供電，以滿足燃料電池電動汽車在持續(xù)高速或重載下對電源持續(xù)電功率輸出的需求。當燃料電池電動汽車工作在燃料電池模式時，電動機的電力全由燃料電池提供。當蓄電池在非充足電狀態(tài)(SOC<1)，且燃料電池的電能供給電動機后尚有富余時，燃料電池還可向蓄電池充電。燃料電池電動汽車在低負荷、勻速、滑行等行駛工況時，通常工作在燃料電池模式。燃料電池電動汽車的工作模式能量回饋模式是指電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)，將車輛的動能轉(zhuǎn)換為電能，并向蓄電池充電的工作方式。在燃料電池電動汽車下坡、遇紅燈減速及非緊急制動等情況下，當蓄電池又處于非充足電狀態(tài)(SOC值在最大臨界值以下)時，控制器就將電動機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機工作方式，將車輛的動能轉(zhuǎn)換為電能，通過向蓄電池充電來實現(xiàn)能量回饋。蓄電池模式是指燃料電池停止輸出電能，車輛單獨由蓄電池提供電力。當燃料電池還未起動，而蓄電池的SOC值大于最小臨界值時，由蓄電池提供電動汽車起步時所需的電能。此外，當燃料耗盡或燃料電池電堆發(fā)生故障時，若蓄電池的SOC值大于最小臨界值，則也可由蓄電池短時間內(nèi)獨立供電。工作在蓄電池模式的燃料電池電動汽車，對蓄電池容量和輸出功率的要求相對較高。燃料電池電動汽車的工作模式蓄電池模式能量回饋模式END第三章動力電池系統(tǒng)檢測與維修010203目錄CONTENTS動力電池檢測動力電池組成與原理動力電池維修01動力電池組成與原理電動汽車用動力電池的主要功能是為驅(qū)動電機提供電能，并通過充電裝置存儲外部電網(wǎng)及車載發(fā)電裝置的電能，整車制動能量回收，同時配備電池管理系統(tǒng)，保證電池系統(tǒng)的可靠性和安全性。動力電池系統(tǒng)主要包括動力電池模組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電池箱體及輔助元器件組成。其中電池模組由單體電芯通過串并聯(lián)方式組合而成；電池箱體是電池模塊的載體，包括BMS、數(shù)據(jù)采集裝置、電池自動切斷裝置（BDU）等；輔助元器件主要包括熔斷器、繼電器、分流器、接插件、緊急開關(guān)、煙霧傳感器等，材料等。動力電池組成與原理23415動力電池模組是組成電動汽車動力電池系統(tǒng)的基本單元。它由多個電池單體（或電池組件）組合而成。電池單體是構(gòu)成電池模塊的最小單元，一般由正電極、電解質(zhì)隔膜和外殼等構(gòu)成，可實現(xiàn)電能與化學能之間的直接轉(zhuǎn)換電極構(gòu)成電極概述負極是還原或燃料極。負極活性材料在負極/電解質(zhì)交界面進行釋放電子的電化學反應(yīng)，并將電子傳給外電路，自身則被氧化負極正極是氧化電極。正極活性材料在正極/電解質(zhì)交界面接受由外電路傳來的電子，進行電化學反應(yīng)，從而被還原電極一般由集流體和活性物質(zhì)、黏結(jié)劑、導電劑等構(gòu)成。集流體可以根據(jù)需要采用金屬箔、金屬網(wǎng)等不同形式?；钚晕镔|(zhì)是指電池在充電或放電過程中，正、負極中發(fā)生電化學反應(yīng)以存儲或釋放電能的物質(zhì)，是電池產(chǎn)生電能的源泉，也是決定電池基本特性的重要組成定義電極是電池的核心組成部分，包括正極和負極正極動力電池模組外殼是電池的容器。除了鋅錳干電池中的鋅電極可以兼做外殼之外，目前其他各類電池的活性物質(zhì)和電極均不能用作電池的容器。應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的材料作為電池的外殼，并還要有相應(yīng)的極耳或極柱結(jié)構(gòu)，以便組成完整的電池。電池本身可設(shè)計成各種形狀和結(jié)構(gòu)，電池的外殼也應(yīng)根據(jù)實際需要設(shè)計成相應(yīng)的形狀和結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)隔膜外殼隔膜是指為避免電池內(nèi)極性相反的電極片直接接觸造成內(nèi)部短路的電池組件。通常將隔膜材料置于正極和負極之間，將正、負極分開，其四周由電解質(zhì)環(huán)繞。對于固態(tài)電池來說，則不需要專門的隔膜材料，因為固體電解質(zhì)膜既發(fā)揮了電解質(zhì)的作用，同時又充當了隔膜材料的功能。電解質(zhì)是電池的主要組成之一，是離子導體，在電池中是電荷轉(zhuǎn)移的介質(zhì)。通過離子在電池內(nèi)正、負極之間的移動，實現(xiàn)電池內(nèi)部電荷的轉(zhuǎn)移，完成電流的全回路流通，由此向負載連續(xù)輸出電能。電解質(zhì)分為液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。液體電解質(zhì)包括水溶液電解質(zhì)和非水溶液電解質(zhì)。固體電解質(zhì)在電池工作溫度下是一種離子導體。電池的主要組成部分060102050304蓄電池SOH失效判斷和處理動力電池管理系統(tǒng)智能化管理及維護各個電池單體，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)，并向VCU上報高壓電池系統(tǒng)的基本參數(shù)及故障信息充電控制包括充電保護、放電保護、熱保護(溫度過高/溫度差異大)、過流保護、安全線保護。在電池（包括系統(tǒng)整體和各個模塊）發(fā)生過流、過壓、欠壓、單體電池電壓不平衡、溫度過高、溫度差異大時，通知給電池管理系統(tǒng)，請求關(guān)斷充放電回路，當一定時間后要求不被允許時，由電控ECU控制繼電器自行將電池組的充放電回路切斷。當被保護電池的保護因素消失，則保護功能取消。監(jiān)測安全線狀態(tài)，當安全線狀態(tài)為低電平時，主動切斷高壓接觸器。通過監(jiān)測單體電池電壓及實時的充電電流，并通過CAN通信網(wǎng)絡(luò)與充電器進行信息交付，從而達到恒壓恒流的充電模式控制。系統(tǒng)自檢在電源接通時，對系統(tǒng)自檢，若一切正常，發(fā)出可以正常工作信號，若有問題，發(fā)出故障信號，并切斷強電開關(guān)。系統(tǒng)自檢信息包括：無任何一級和二級故障。BMS各執(zhí)行器（控制器的各輸出端口信號自診斷）和傳感器無故障。在電池組使用過程中，隨時記錄單體電池及電池組實時參數(shù)，通過一定的數(shù)學模型判斷單體電池及電池組的有效性，若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中有電池失效、將要失效、與其他電池不一致性增大，通過CAN總線通信方式通知到遠程監(jiān)控系統(tǒng)，進行蓄電池組維護。某節(jié)或多節(jié)單體電池在充電過程中電池電壓抬升較快，在放電過程中電池電壓下降較快；某個或多個溫度探點附近的單體電池，工作過程中相對溫升高；SOH定義主要分兩種狀態(tài)，一是蓄電池組的容量衰減過快，二是蓄電池組中個別蓄電池容量衰減過快。在電池組使用過程中，監(jiān)控BMS系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，通過故障判定條件來判定蓄電池組系統(tǒng)的當前狀態(tài)并上報遠程監(jiān)控系統(tǒng)。故障預(yù)警和處理BMS主要功能多種保護050306020104系統(tǒng)低功耗整車上電時，需要蓄電池系統(tǒng)給高壓母線的電容進行充電，在一定時間內(nèi)，根據(jù)判斷蓄電池組端電壓與動力母線電壓的差距來確認預(yù)充電是否成功。采用CAN總線的方式分別與子系統(tǒng)模塊、電機控制器及充電器進行通信。在實時充放電過程中，能在線監(jiān)測電池組容量，能隨時給出電池組整個系統(tǒng)的剩余容量。蓄電池系統(tǒng)的功能CAN總線通信SOC預(yù)估能夠?qū)崟r測量蓄電池組的當前工作電壓和工作電流，同時根據(jù)采集的電池組電壓電流數(shù)據(jù)以及蓄電池組的SOC，計算當前能夠輸出的最大放電功率及允許接受的最大充電功率。能夠?qū)崟r測量蓄電池組對外殼（車身）的絕緣電阻，并根據(jù)絕緣電阻的大小，判斷系統(tǒng)絕緣強度是否符合要求。能夠根據(jù)BMS系統(tǒng)的實際情況，接通或關(guān)閉子系統(tǒng)的電源；在判斷均衡完成的基礎(chǔ)上，能進入自關(guān)閉的超低功耗模式。動力母線預(yù)充電功能絕緣電阻測量蓄電池組電壓和電流測量BMS系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)BMS包含數(shù)據(jù)采集單元和控制單元。數(shù)據(jù)采集單元采集動力電池電壓、電流、溫度，估算動力電池剩余電量（SOC），評估動力電池健康狀態(tài)（SOH）；控制單元均衡動力電池電壓，管理動力電池溫度、控制動力電池充放電和預(yù)充電控制等。采用開放式風冷，通過對內(nèi)部溫度的分析，與整車空調(diào)一體化，控制散熱風扇，保證BMS系統(tǒng)內(nèi)部的溫度均衡。每個電池包保證4個溫度探點。BMS系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)介紹通過模擬測量電路，實時測量每節(jié)單體電池電壓，供BMS系統(tǒng)進行分析。單體電池電壓測量精度±5mV。BMS系統(tǒng)內(nèi)部多點溫度測量BMS系統(tǒng)組成及功能BMS主要有分布式與集中式兩種拓撲結(jié)構(gòu)。分布式采用CAN總線通信方式，功能分布到每個電芯，優(yōu)點是設(shè)計、構(gòu)造簡單，連線少，可靠性高，便于擴展，缺點是安裝繁瑣、成本高；集中式功能由主控完成，直接導線連接，缺點是連線多，可靠性不高，管理電池數(shù)量不能太多。熱均衡功能單體電池電壓測量通過模擬測量電路，實時測量BMS內(nèi)部溫度，供BMS系統(tǒng)進行分析和熱均衡控制。溫度測量范圍－40～+125℃；溫度測量精度±0.5℃。直冷技術(shù)建立在整車空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將板式熱交換器的水管路與動力電池包散熱水管路相連，可實現(xiàn)動力電池的快速降溫。目前液冷與直冷混合模式應(yīng)用較為普遍，結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，當動力電池包需要加熱時，四通閥A-C，B-D導通，當動力電池包需要冷卻時，A-B，C-D導通。系統(tǒng)方案風冷技術(shù)液冷技術(shù)動力電池熱管理系統(tǒng)液冷技術(shù)的熱管理系統(tǒng)有兩種工作模式，一是慢冷模式，通常情況下動力電池包溫度達到25～30℃時電動冷卻水泵開始工作，將散熱器的防凍液與動力電池包的防凍液進行交換，以降低動力電池包的溫度，使動力電池包的單體電芯溫度穩(wěn)定在最佳溫度；二是強制降溫模式，一旦動力電池包的溫度達到35℃時，BMS開始控制冷卻風扇進行運轉(zhuǎn)，以降低防凍液溫度，當溫度降低到30℃時，冷卻風扇停止運轉(zhuǎn)，當動力電池包溫度超過55℃時，組合儀表將會報警提示，VCU發(fā)報文指令給MCU，以降低驅(qū)動電機的輸出功率。電動水泵負責防凍液的循環(huán)，冷卻風扇增強散熱器散熱，冷卻管路實現(xiàn)熱交換功能。風冷技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，包括自然冷卻和強制風冷，廣泛應(yīng)用于豐田、本田、老款比亞迪（磷酸鐵鋰電池）等；液冷技術(shù)更有利于電池熱管理，冷卻液通過電池包內(nèi)部管路，帶走電池工作時產(chǎn)生的溫度，目前應(yīng)用廣泛；直冷技術(shù)充分利用整車空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑，將其引入電池內(nèi)部蒸發(fā)器以達到冷卻目的。動力電池熱管理系統(tǒng)主要采用風冷、液冷和直冷方案。直冷技術(shù)312高溫冷卻原理低溫加熱原理閥1、2打開，當電池包電芯產(chǎn)生一定的熱量后（達到電池包降溫需求的溫度），由BMS或電池包內(nèi)壓力傳感器把信號傳遞給系統(tǒng)的控制器，由控制器驅(qū)動壓縮機工作，壓縮機把低溫低壓的氣態(tài)冷媒壓縮成高溫高壓的氣態(tài)冷媒流經(jīng)室外換熱器變成中溫中壓液態(tài)冷媒，經(jīng)過氣液分離器把沒有完全被液化的冷媒完全液化，最終流入電芯表面的毛細管，此時冷媒受電池包電芯表面的溫度影響會被氣化，電芯產(chǎn)生的熱量被冷媒吸收帶走新能源汽車動力電池痛點新能源汽車動力電池系統(tǒng)仍然面臨低溫充電困難、低溫續(xù)航衰減嚴重、高溫安全性差等痛點問題，嚴重制約著新能源汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，基于毛細輸運理論的動力電池包冷媒直冷技術(shù)被提出基于毛細輸運理論的動力電池包冷媒直冷技術(shù)閥1、2關(guān)閉，當電池包電芯溫度過低（達到電池包升溫需求的溫度），由BMS升溫請求把信號傳遞給系統(tǒng)的控制器，由控制器驅(qū)動電池包內(nèi)加熱絲工作，加熱絲產(chǎn)生大量的熱被冷媒吸收并氣化，氣化的冷媒遇到低溫的電芯被液化，冷媒液化產(chǎn)生大量的熱量傳遞給電芯，電芯的溫度隨之升高，從而達到電池包升溫效果動力電池模組放置在一個密封并且屏蔽的動力電池箱里面，動力電池系統(tǒng)使用可靠的高低壓接插件與整車進行連接。系統(tǒng)內(nèi)的BMS實時采集各電芯的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、電池系統(tǒng)的總電壓值和總電流值，電池系統(tǒng)的絕緣電阻值等數(shù)據(jù)，并根據(jù)BMS中設(shè)定的閥值判定電池系統(tǒng)工作是否正常，并對故障實時監(jiān)控。動力電池系統(tǒng)通過BMS使用CAN與VCU或充電機之間進行通信，對動力電池進行充放電管理、熱管理、SOC估算、均衡控制及繼電器控制等。動力電池系統(tǒng)的功能為接收和儲存由車載充電機、制動能量回收裝置和外置充電裝置提供的高壓直流電，并且為驅(qū)動電機控制器、DC/DC、電動空調(diào)、PTC等高壓元件提供高壓直流電。動力電池工作原理如果單體壓差大于300mV，則停止充電，報充電故障電芯的溫度范圍在0～55℃之間，才可以充電，當有溫度點高于55℃或低于0℃時，電池管理系統(tǒng)將自動切斷充電回路，此時將無法充電，此時啟動動力電池溫度控制系統(tǒng)將電芯溫度控制在0～55℃之間充電溫度范圍動力電池充放電充電故障情況充電前加熱模式充電前檢測箱體內(nèi)部溫度，若有低于0℃的溫度點，啟動加熱模式：閉合加熱片，進行加熱內(nèi)循環(huán)，待所有電芯溫度點高于5℃，停止加熱，啟動充電程序，過程中出現(xiàn)加熱片溫度差高于20℃，則間歇停止加熱，待加熱片溫度差低于15℃，則重啟加熱片充電方式動力電池系統(tǒng)充電分為慢充、快充和制動能量回收三種方式。利用車載充電機充電的過程為慢充，外部電源為交流電23415外部直流電直接與動力電池連接的充電過程為快充制動能量回收充電策略快充電芯溫度策略采用恒流-恒壓充電方法，在不同溫度范圍內(nèi)以恒定電流充電至動力電池組總電壓達到或最高單體電壓達到此溫度條件下的規(guī)定電壓值，以恒定電壓充電至電流小于0.8A后停止充電；在充電過程中，如果單體壓差大于300mV，則停止充電，報充電故障快充和慢充流程充電前檢測箱體內(nèi)部溫度，若有低于等于5℃的溫度點，啟動加熱模式：閉合加熱片，進行加熱內(nèi)循環(huán)，待所有溫度點高于5℃，停止加熱，啟動充電程序，過程中出現(xiàn)加熱片溫度差大于等于25℃，則間歇停止加熱，待加熱片溫度差小于等于15℃，則重啟加熱片。如果充電過程中最低溫度低于等于5℃，則停止充電模式，也不啟動加熱模式制動能量回收模式將電機產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，經(jīng)AC-DC變化后向動力電池包充電。充電時，判斷串聯(lián)的電池模塊中，電壓最高的模塊達到充電截止電壓，則停止充電；放電時，判斷串聯(lián)的電池模塊中，電壓最低的模塊達到放電截止電壓，則停止放電動力電池充電策略及流程快充定義電芯的溫度范圍在5～55℃之間，才可以充電，當有溫度點高于55℃或低于5℃時，電池管理系統(tǒng)將自動切斷充電回路，此時將無法充電快充加熱策略動力電池單體均衡電池均衡的主要方法，主要分為化學均衡方法（未得到廣泛應(yīng)用）和物理均衡方法。物理均衡方法根據(jù)是否有能量損失又分為被動均衡和主動均衡。被動均衡（有損均衡）：電阻耗能式，在每一顆單體電池并聯(lián)一個電阻分流，耗能均衡就是將容量多的電池中多余的能量消耗掉，實現(xiàn)整組電池電壓的均衡。但由于每個單體并聯(lián)一個放電電阻，從而損耗電能并產(chǎn)生熱量，給電池系統(tǒng)熱管理提出了更高的要求。主動均衡（無損均衡）：能量轉(zhuǎn)移式，將單體能量高的轉(zhuǎn)移到單體能量低的，通過儲能原件實現(xiàn)不均衡電池間的能量轉(zhuǎn)移。該類方案普遍結(jié)構(gòu)復雜，硬件成本高，對系統(tǒng)的可靠性設(shè)計也提出了較高的要求；但其能量利用率較高，是目前電池單體均衡研究的一個熱點。根據(jù)儲能原件不同，又可分為：電容均衡、變壓器均衡和電感均衡三類。電池容量均衡通過電池從控制器將電池單體容量提調(diào)節(jié)到一個目標值，電池從控制器檢測單體電壓信息，并根據(jù)信息打開均衡開關(guān)，然后一個放電回路形成，慢慢的將容量較高的單體的降低，降低到與其他電池單體一個水平。動力電池性能參數(shù)采集動力電池性能參數(shù)采集是測量電池單體的電壓，電流、溫度、絕緣檢測和高壓互鎖檢測，這是所有電池管理系統(tǒng)頂層計算、控制邏輯和動力電池高壓安全的基礎(chǔ)。（1）監(jiān)測電池單體（或單元、模塊）的電壓監(jiān)測單體（或單元、模塊）的電壓，可以用來累加獲取整個動力電池的電壓值；可以根據(jù)單體（或單元、模塊）電壓壓差來判斷單體（或單元、模塊）差異性；可監(jiān)測單體（或單元、模塊）的運行狀態(tài)。（2）監(jiān)測電池溫度監(jiān)測動力電池主要是依靠NTC溫度傳感器進行的。