任務三 純電動汽車電源系統.pptx

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1、 新能源汽車 維護與保養 純電動汽車電源系統組成純電動汽車蓄電池電源蓄電池電源能源管理系統能源管理系統充電控制器充電控制器一、蓄電池電源（1 1）蓄電池的作用）蓄電池的作用蓄電池是電動汽車的動力源，它供給汽車供給汽車驅動行駛所需的電能驅動行駛所需的電能，同時它也是供應汽車上各種輔助裝置的工作電源各種輔助裝置的工作電源。動力電池一直以來被視為電動車發展的重要標志性技術，也是制約電動車發展的重要瓶頸，其性能好壞直接關系到整車續航里程整車續航里程的長短。（2 2）蓄電池的組合）蓄電池的組合蓄電池在車上安裝前需要通過串并聯串并聯的方式進行組合，組合后電壓一般為12V12V或或24V24V，電動機驅動一

2、般要求為高壓電源高壓電源，并且所采用的電動機類型不同，其要求的電壓等級也不同。為滿足該要求，可以用多個12V或24V的蓄電池串聯成9696384V384V高高壓直流電池組壓直流電池組，再通過DCDCDCDC轉換器轉換器供給所需的不同電壓。也可按所需要求的電壓等級，直接由蓄電池組合成不同電壓等級的電池組，不過這樣會給充電和能源管理帶來相應的麻煩。另外，由于制造工藝制造工藝等因素，即使同一批量的蓄電池其電解液濃度和性能也會有所差異，所以在安裝電池組之前，要求對各個蓄電池進行認真的檢測并記錄，盡可能把性能接近性能接近的蓄電池組合成同一組，這樣有利于動力電池組性能的穩定和延長使用壽命。如圖3-21所示

3、，電池需要經過國家碰撞試驗檢驗，正面和側面碰撞不能發生過正面和側面碰撞不能發生過短路或漏電現象短路或漏電現象。圖圖3-21 3-21 正面和側面碰撞試驗正面和側面碰撞試驗 （3 3）蓄電池的類型）蓄電池的類型電池從廣義上講主要可分為化學電池化學電池、物理電池物理電池和生物電池生物電池三大類，常見的的電動汽車使用化學電池，見表3-1所示。類型類型重量能量重量能量密度密度(WhWh/kg)/kg)電池單體電池單體標稱電壓標稱電壓（通常情（通常情況）況）安全性安全性理論循環理論循環使用壽命使用壽命（次）（次）商品化程商品化程度度代表車型代表車型鎳氫電池鎳氫電池701001.2V好1000現使用現款普

4、銳斯鋰離子電鋰離子電池池磷酸鐵鋰電池1001103.2V好1500-2000現使用騰勢三元鋰電池2003.8V較差2000現使用特斯拉MODEL S （4 4）鋰離子電池）鋰離子電池鋰離子電池是目前電動汽車上最常用的電池種類之一，其優點是能量密度高能量密度高、循環使用壽命長循環使用壽命長等。如今，在售電動汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩種。1 1）磷酸鐵鋰電池）磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是用磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰(LiFePO4)(LiFePO4)材材料作電池正極料作電池正極的鋰離子電池，是2002年后推出的產品，是鋰離子電池家族的新成員。磷酸鐵鋰電池外形如圖3-22所示，它的能量密度

5、約為100110Wh/kg，其熱穩定性熱穩定性是目前車用鋰電池中最好的，當電池溫度處于500600高溫時，其內部化學成分才開始分解，而同屬鋰電池的鈷酸鋰電池在180250時就內部化學成分就已處于不穩定狀態。所以，在鋰電池中磷酸鐵鋰電池的安全性較高安全性較高，也正因如此，其在電動汽車高壓電池市場占有率非常高占有率非常高。例如，比亞迪e6,k9及秦上的ET-POWER鐵電池實際上是磷酸鐵鋰電池。電動汽車領域巨頭通用VOLT沃藍達也是使用該類型電池。使用在比亞迪e6B上的每個電池單體3.3V3.3V，終止充電電壓為3.6V3.6V，終止放電電壓2.0V。電池組由11個模組構成，共96節電池組成，電池

6、包標稱電壓為316.8V316.8V，容量為210Ah,一次充電61度。磷酸鐵鋰電池的內部結構如圖3-23所示。左邊是電池的正極正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳(石墨)組成的電池負負極極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質電解質，電池由金屬外殼密閉封裝。磷酸鐵鋰電池在充電時，正極中的鋰離子正極中的鋰離子Li+Li+通過聚合物隔膜向負極遷移通過聚合物隔膜向負極遷移;在放電過程中，負極中的鋰離子負極中的鋰離子Li+Li+通過隔膜向正極遷移通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子

7、在充放電時來回遷移而命名的。圖圖3-23 3-23 磷酸鐵鋰原理磷酸鐵鋰原理 2 2）三元鋰電池）三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相比，特斯拉MODEL S使用的三元鋰電池在重量能量密度上要高出許多，約為200Wh/kg,這也就意味著同樣重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續航三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續航里程更長里程更長。不過其缺點也顯而易見，當自身溫度為當自身溫度為250250350350時，內部化學成分就開始分解時，內部化學成分就開始分解，因此對電池管理系統提出了極高的要求，需要為每節電池分別加裝保險裝置保險裝置，除此之外，由于單體體積很小，所以單車要的電池單體數量非常龐大，如圖3-24所示。以MO

8、DEL S為例，7000余節18650三元鋰電池才能滿足一輛車的裝配用量，這無疑又為電池管理系統進一步加大了控制難度。因此，目前市場在售車型中，只有特斯拉一家使用的是三元鋰電池。圖圖3-24 3-24 三元鋰電池三元鋰電池 3 3）鎳氫電池）鎳氫電池鎳氫電池外形如圖3-25所示，以豐田普銳斯為代表的很多混合動力汽車均采用鎳氫很多混合動力汽車均采用鎳氫電池電池，其其能量密度與普通的鋰電池差距并不大，約為70100Wh/kg，但由于電池單體電壓僅為1.2V，是鋰電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下在需求電壓一定的情況下，其電池組的體其電池組的體積要比鋰電池大上一些積要比鋰電池大上一些。圖圖3-

9、25 3-25 鎳氫電池鎳氫電池 與鋰電池一樣，鎳氫電池也需要電池管理系統，不過其更注重電池的充放電管理。之所以存在這樣的區別，主要是源于鎳氫電池具有“記憶效應記憶效應”，即電池在循環充放電過程中容量會出現衰減，而過度充電或放電，都可能加劇電池的容量損耗。因此對于廠商來說，鎳氫電池控制系統在設定上都會主動避主動避免過度充放電免過度充放電，如將電池的充放電區間人為控制在總容量的一定百分比范圍內，以降低容量衰減速度。豐田普銳斯采用的就是鎳氫電池組，與鋰電池相比其穩定性更好穩定性更好，但由于記憶效應，其電池充放電控制較為嚴格，除電池管理系統控制外，使用時也盡量避免電量耗盡盡量避免電量耗盡再進行充電再

10、進行充電。6.6.電池的防漏電措施電池的防漏電措施電池必須具有防漏電安全設計防漏電安全設計，例如比亞迪e6電池具有8重全面防電措施：地板地板屏蔽屏蔽、漏電保護器漏電保護器、高壓線自屏蔽高壓線自屏蔽、電電池包自密封池包自密封、電池鎖止機構電池鎖止機構、強撞擊自強撞擊自動斷電動斷電、異常狀態監視報警系統異常狀態監視報警系統、防短防短路散壓閥及緊應急開關自熔保險路散壓閥及緊應急開關自熔保險，保證消除漏電隱患，保持電動汽車安全。二、動力電池管理系統由于電池的原理像木桶效應，某一節短某一節短板的話，所有電池性能都將按照這一節板的話，所有電池性能都將按照這一節性能計算性能計算，這將對電池可靠性提出及其高的

11、要求，為了防止過充、過放、過溫為了防止過充、過放、過溫等一系列影響單節電池性能的問題出現，通過電池管理系統進行監控通過電池管理系統進行監控，時時保證每節串聯電池的電壓、電流等個性指標的一致性，保證電池工作在正常工作狀態下。電池管理系統電池管理系統是電動汽車電池系統的參數測電動汽車電池系統的參數測試機控制裝置試機控制裝置，其核心部件是電池管理器電池管理器，其位置如圖3-26所示，電池管理系統具有安安全預警與控制全預警與控制、剩余電量估算與指示剩余電量估算與指示、充放充放電能量管理與國產控制電能量管理與國產控制、信息處理與通訊信息處理與通訊等主要功能。圖圖3-26 3-26 電池管理器位置電池管理

12、器位置 （1 1）能源管理系統的）能源管理系統的作用作用1）為提高蓄電池性能的穩定性穩定性和延長使用壽命延長使用壽命，需要實時監控電源的使用情況。對蓄電池的溫度溫度、電解液濃度電解液濃度、蓄電池內阻蓄電池內阻、電池端電電池端電壓壓、當前電池剩余電量當前電池剩余電量、放電時間放電時間、放電電流放電電流或放電深放電深度度等蓄電池狀態參數進行檢測，并按蓄電池對環境溫度的要求進行調溫控制，通過限流控制避免蓄電池過充、放電，對有關參數進行顯示和報警，其信號流向輔助模塊的駕駛室顯示操縱臺，以便駕駛員隨時掌握并配合其操作，按需要及時對蓄電池充電并進行維護保養。2）能源管理系統在汽車行駛中進行能源分配能源分配

13、，協調各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。3）能源管理系統與電機驅動系統的中央控制單元配合在一起控制發電回饋發電回饋，使在純電動汽車降速制動和下坡滑行時進行能量回收進行能量回收，從而有效地利用能源，提高純電動汽車的續程能力。4）能源管理系統還需與充電控制器一同控制充充電控制器一同控制充電電。（2 2）動力電池管理器）動力電池管理器動力電池管理器是動力電池管理單元的核動力電池管理單元的核心心，如圖3-27所示，它上面有溫度采樣線、電壓采樣線和通訊口，它負責整車電動系統的電力控制并實施監測高壓電力系統的用力狀態，采取保護措施，保證車輛安全。動力電池管理器的主要作用是動力電池

14、狀態監動力電池狀態監測，充放電功能控制，預充控制等測，充放電功能控制，預充控制等。圖圖3-27 3-27 動力電池管理器動力電池管理器 （3 3）高壓配電箱）高壓配電箱高壓配電箱是整車高壓的配電裝置整車高壓的配電裝置，實實現電源分配、接通、斷開現電源分配、接通、斷開。如圖3-28所示，通過高壓配電箱高壓配電箱對電池包體中巨大電池包體中巨大的能量的能量進行控制，相當于一個大型的電閘，通過接觸器（繼電器）的吸合接觸器（繼電器）的吸合來控制電流通斷，將電流進行分流等等。圖圖3-28 3-28 高壓配電箱系統框圖高壓配電箱系統框圖 如圖3-29所示，高壓配電箱關鍵零部件為接接觸器觸器，為了控制如此大的

15、電流通過整車，需要通過幾個接觸器的并聯并聯工作，這也為接觸器工作一致性和可靠性一致性和可靠性提出了苛刻的要求。三、充電控制器如圖3-30所示，動力電池系統充電分為快充快充、慢充慢充和制動能量回收制動能量回收三種方式。紅色紅色 為高壓電力為高壓電力 藍色為藍色為1212伏電源伏電源 黑色機械傳動黑色機械傳動 如圖3-31所示，由于可以使用外部交流電源為車載電池組充電，絕大多數電動車都會在后備箱備齊充電裝置，車主可以家用220V220V交流電為電池充電。如圖3-32所示，比亞迪e6先行者擁有兩個充電接口，其中左邊的是快速充電接口左邊的是快速充電接口，需要到專業的充電站充電，僅需僅需1515分鐘就可

16、達到分鐘就可達到電池容量的電池容量的80%80%，右側的接口為普通充電接口，可以使用普通的家用220V電壓充電。當動力電池組電量不足時，利用220V的家用電源給動力電池組充電的工作系統。交流充電時，能量的流向是220V的家用電源通過充電口與充電系統連接，在車載充電器的作用下整流升壓后，再經過高壓配電箱為動力電池組充電。四、電池組的連接由于每一節電池的電源電壓和所能提供的電流都是一定的，因此當實際應用中實際應用中需要更高的電壓和更大的電流輸出需要更高的電壓和更大的電流輸出時，就需要將幾個電池連接在一起使用將幾個電池連接在一起使用，這就是電池組。（1 1）串聯電池組）串聯電池組 實際當中，由于電池

17、的額定電壓一般都偏額定電壓一般都偏低低，往往不能滿足負載額定電壓的要求，這時就需要將多個電池串聯起來使用需要將多個電池串聯起來使用，稱為串聯電池組。設串聯電池組中每個電池的電動勢都是 E1E1，內阻都是r1r1，則串聯電池組的總電動勢和總內阻分別為：E總E1N（N為串聯電池個數）r總r1N（N為串聯電池個數）串聯電池組所能提供的電流為：I總=E1/r1=E總/r總小結：串聯電池組適用于輸出電流不太大，而輸出電壓要求較高的場合。串聯電池組的應用：串聯電池組的應用：串聯電池組在電動車上應用極廣。如現在電動車所用蓄電池多為每節可提供12V電壓的電池。若電動車的電動機需要36V電壓，則需串聯3節電池；

18、若電動車的電動機需要48 V電壓，則需串聯4節電池。另外，手電筒、便攜式收音機等的電池也都采用串聯電池組一般情況下，當使用時間過長引起串聯電池組電壓過低時，應同時更換其中的全部電池。若只更換其中一節電池，會產生什么后果？若安裝時其中一節電池的極性裝反，會產生什么后果？2 2、并聯電池組、并聯電池組由于每個電池的輸出電流是一定每個電池的輸出電流是一定的，往往不能滿足實際應用中負載額定電流的要求，這時就需要將多個電池并聯起來使用需要將多個電池并聯起來使用，稱為并聯電池組。設并聯電池組中每個電池的電動勢都是E1E1，內阻都是r1r1，則并聯電池組的總電動勢：E總并聯電池組的總內阻為：r總并聯電池組所

19、能提供的電流為：I總=并聯電池組適用于每個電池的電動勢能夠每個電池的電動勢能夠滿足負載所需的電壓，而單個電池的輸出滿足負載所需的電壓，而單個電池的輸出電流小于負載所需的電流的情況電流小于負載所需的電流的情況。電池電池并聯使用時，要求各個電池的電動勢并聯使用時，要求各個電池的電動勢必須相等、內阻也相等必須相等、內阻也相等。新、舊電池一般不要并聯使用。同時要注意電池的極性不能接錯，否則將損壞電池。如果負載需要的電壓和電流都大于單個電池的電壓和輸出電流，你知道該怎么辦嗎？3 3、混聯電池組、混聯電池組實際中當需要電源的電壓較高且電流較大電壓較高且電流較大時時，就會用到混聯電池組。假設下圖中每節電池的電動勢E11.5V，內阻r10.1，則根據電池串并聯的特點，可求出該混聯電池組的總電動勢為：E總混聯電池組的總內阻為：r總某用電器的額定電壓為6 V，額定電流為0.25A?，F用電池組為該用電器供電。已知每節電池的電動勢為1.5V，額定輸出電流為0.3A。問應選用幾節電池，做怎樣的連接才能滿足要求？課堂小結1.串聯電池組適用于輸出電流不太大輸出電流不太大，而輸出電壓要求較高輸出電壓要求較高的場合。2.并聯電池組適用于每個電池的電動勢能每個電池的電動勢能夠滿足負載所需的電壓夠滿足負載所需的電壓，而單個電池的輸單個電池的輸出電流小于負載所需的電流出電流小于負載所需的電流的情況。