“電動(dòng)汽車關(guān)鍵共性技術(shù)研究及整車集成應(yīng)用”課題特斯拉MODELS動(dòng)力電機(jī)動(dòng)力電池系統(tǒng)解.

1、“電動(dòng)汽車關(guān)鍵共性技術(shù)研究及整車集成應(yīng)用”課題特斯拉model s動(dòng)力電機(jī)動(dòng)力電池系統(tǒng)解析報(bào)告天津清源電動(dòng)車輛有限責(zé)任公司目錄一、動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)2(a)(b) 21. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)22. 逆變器33. 電機(jī)系統(tǒng)組成3二、動(dòng)力電池系統(tǒng)51、動(dòng)力電池系統(tǒng)功能概述52、動(dòng)力電池系統(tǒng)解析6一、動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由三相感應(yīng)式異步電機(jī)、單級(jí)變速器和逆變器組成，單級(jí)減速速 比為9.73： lo電機(jī)和逆變器之間的三項(xiàng)線束和接插頭都被取消，深度集成在一 起，提高了系統(tǒng)整體的集成度、系統(tǒng)安全性高，降低成本。invertermotortmnsfrascnoiflplugcoow 頑 oldtrtuimmooidrtf

2、lplugcotmal mlet(b)(a)圖1.1電機(jī)和電機(jī)控制器總成1.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)tesla model s采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)主要的部件，定 子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由橫著的多根導(dǎo)電桿，兩端的導(dǎo)電圓盤，以及夾在導(dǎo)電圓盤之間 的多個(gè)硅鋼片組成。定子連接到三相交流電上，線圈中的三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的 磁場(chǎng)，從而在電機(jī)中產(chǎn)生具有4個(gè)磁極的磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電桿中產(chǎn)生感應(yīng)電流。因?yàn)閷?dǎo)電桿中有電流，所以導(dǎo)電桿在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表1所示：表1.1感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)電機(jī)類型交流/異步布置類型后置后驅(qū)最大功率(kw)284.8最大扭矩(nm)4402,逆變器逆變器是可以將電池

3、模塊中的直流電轉(zhuǎn)變成交流電動(dòng)機(jī)需要是交流電。逆變 器同時(shí)控制其所輸出的交流電的頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，逆變器甚至 能控制交流電的電壓，從而控制電機(jī)的動(dòng)力。特斯拉model s車型的逆變器，峰值功率可達(dá)320kw,最大可承受1500a 電流。逆變器采用了很成熟的工業(yè)igbt的元件，集成了整車控制器vcu的功能在 里面。(a)(b)(c)(d)圖1.2逆變器圖示3.電機(jī)系統(tǒng)組成控制器殼體電機(jī)箱體電機(jī)變速器帶定子電機(jī)轉(zhuǎn)子帶端蓋“冷卻水密封湍蓋圖1.3電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造圖1.4電機(jī)系統(tǒng)部件二、動(dòng)力電池系統(tǒng)1、動(dòng)力電池系統(tǒng)功能概述動(dòng)力電池作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)電能供給的關(guān)鍵部件，也是tesla在專利申請(qǐng)上數(shù)量

4、最多的零部件。作為整車上的能源供給和能量存儲(chǔ)，其需要具有較高的能量密度 和功率密度、較高安全性、完善的電池管理系統(tǒng)等要求。tesla model s動(dòng)力電池系統(tǒng)具備的功能：快速充電、車載obc充電、低壓控制與通訊、溫度管理系統(tǒng)。車身底盤總成電池總成圖2-1動(dòng)力電池安裝位置101.811圖2-2動(dòng)力電池外形尺寸2、動(dòng)力電池系統(tǒng)解析動(dòng)力電池系統(tǒng)組成可以分為以下五類： 電池模塊：電池模組是電池系統(tǒng)的主要子單元，也是特斯拉的設(shè)計(jì)核心之一。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：電池系統(tǒng)中采用了大量的隔離結(jié)構(gòu)件，起到防水和絕緣的作用。熱管理系統(tǒng)：冷卻水系統(tǒng)管路及接口線束系統(tǒng)：高壓母線和低壓通信線束兩部分電氣系統(tǒng)：包含電池管理、繼電器

5、、保險(xiǎn)、預(yù)充電阻等排氣系統(tǒng)：主要是對(duì)電池組壓力進(jìn)行釋放,主要有排氣閥和接口兩部分組成o1）電池系統(tǒng)組成解析i水冷接插件口 ;高壓接插件口；保險(xiǎn)絲更換口 ；i|4、:1 bms |；低壓接插件口 -水冷系統(tǒng)電氣連接圖2-3動(dòng)力電池系統(tǒng)示意圖高壓接插件低壓接插件保險(xiǎn)絲更換口圖2.4動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖高壓母排 及采?/水汽隔萼膜熱管理系統(tǒng)管路高壓電氣（母線排、總保險(xiǎn)） 及繼電器等電氣系統(tǒng)口圖2-5動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)構(gòu)成電池系統(tǒng)組成包括電池包覆蓋結(jié)構(gòu)、緊固結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)管路、絕緣板、電 池模塊、母排、水汽隔離膜、高壓電氣系統(tǒng)等。表2.1動(dòng)力電池系統(tǒng)零部件序號(hào)名稱備注高壓連接器低壓連接器3繼電器（：h, 55

6、電流傳感器熔絲母線牌主線束維護(hù)開關(guān)10接曰11排氣閥12電池系統(tǒng)底部外殼13電池系統(tǒng)外殼14電氣系統(tǒng)外殼15絕緣墊16水汽隔離17電池模塊18冷卻管路19冷卻導(dǎo)流管2）電池模塊組成解析根據(jù)特斯拉model s車型的不同，電池模塊規(guī)格也各不相同，為了提高設(shè)計(jì) 的均一性，電池模塊采用相同的設(shè)計(jì)規(guī)格，需要填充的部分采用假電池進(jìn)行填充, 保證模塊的強(qiáng)度和中心位置的一致性。圖15動(dòng)力電池模塊電池模塊由以下部分組成： 電池單體：采用松下nrc18650b型號(hào)。母線排：連接電池的作用，將每組電池正負(fù)極連接在一起。隔層：將電池與冷卻管隔離并有絕緣的作用散熱銅管：通過每一面與單體連接，將熱量帶出整個(gè)電池模組。隔

7、離板：在電池的頂蓋上方，起到絕緣的作用。 bmu采集板：測(cè)量電壓和溫度。 熔絲：連接電池單體與母線排，采用半導(dǎo)體中的bonding i藝，對(duì)于電池組 裝而言是非常難的工藝。溫度傳感器：采集溫度，其位置在冷卻管的輸入端和輸出端。采樣電壓采集線束：采集電池電壓，并有專門的固定的導(dǎo)線索引的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 固定。圖2-6動(dòng)力電池模塊組成集流排的設(shè)計(jì): 正極：75個(gè)單體集流板，圖2.7中1所示。負(fù)極：75個(gè)單體集流板，圖2-7中6所示。中間集流板：將每組并聯(lián)后的電池串聯(lián)在一起。中間集流板的面積較大。分別為 藍(lán)、黃、綠區(qū)域。低配每 并少10 顆 cell鍍鐐后顏色不同18耳斗mr 丫*¥、>99

8、93tfl，”，bmb圖2-7動(dòng)力電池模塊集流排設(shè)計(jì)電池模塊bom如表4所示:序號(hào)名稱表2-2電池模塊bom備注空單體空單體填裝物單體4單體模塊外殼單體分割外殼母板7冷卻管溫度傳感器11電池管理系統(tǒng)12單體熔絲導(dǎo)線索引裝置3）電池單體解析tesla model s用電池單體是松下公司的nca18650b。圖2-8電池單體單體基本參數(shù)如下表所示:表2-3電池單體基本參數(shù)名稱參數(shù)實(shí)測(cè)單位容量3200mah開路電壓3.63.88v阻抗23.85m q重量48.546.73g直徑18.518.09mm高度65.364.69mm正極內(nèi)徑3.19mm外殼厚度0.33mm不同溫度下的充放電曲線和不同倍率下的

9、放電速度，如圖2-9所示(a)(b)圖2-9單體不同溫度下的充放電曲線和不同倍率下的放電速度實(shí)際測(cè)試過程中，采用三組不同的單體進(jìn)行測(cè)試平均后，獲取不同放電速率 下放電容量如下表所示。表2-4單體性能與溫度關(guān)系測(cè)試條件室溫25c條件下放電速率0.2c0.5c1c2c放電容量3.012.922.842.75容量剩余100%97%94%91%電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆解圖2-10電池內(nèi)部拆解4）池管理系統(tǒng)解析a）電池管理系統(tǒng)組成電池管理系統(tǒng)采用主從架構(gòu)，bmu具備主副雙mcu設(shè)計(jì)，副mcu可檢測(cè) 主mcu工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)其失效可獲取控制權(quán)限。bms控制器的pcb板上具 有一個(gè)手動(dòng)reset按鈕以及具有較強(qiáng)電流負(fù)載的預(yù)充電接觸器。電池管理系統(tǒng)bms主控制器bmulococx<am從控制器bmb圖1電池管理系