新能源汽車維護與故障診斷（配實訓工單）(課件) 項目三 純電動汽車故障診斷

新能源汽車維護與故障診斷純電動汽車故障診斷項目三任務一檢修動力電池及管理系統任務二檢修驅動電機及管理系統任務三檢修整車控制系統任務四檢修新能源汽車充電系統純電動汽車（BatteryElectricVehicle，BEV）是指完全由動力電池（如鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池、鎳氫電池或鋰離子電池等）提供動力的汽車。這些汽車完全由外接電源充電獲得能量，當動力電池能量耗盡時，汽車就不能繼續(xù)行駛。純電動汽車構造如右圖所示。項目描述（1）純電動汽車電纜在純電動汽車上，不僅有傳統汽車上的12V低壓電纜，還有用于電驅動系統的高壓電纜。為了行駛安全和使用方便，部分電纜安裝在硬質絕緣管中隔離防護，并用不同的顏色進行區(qū)分。黑色、紅色—低壓電纜，一般用于車載電器設備，如音響、燈光和安全氣囊等。人體接觸它們沒有危險。橙色—高壓電纜，一般用于動力系統供電線路。人體接觸它們非常危險，高壓電纜如上圖所示。（2）動力電池系統純電動汽車的動力電池系統是一個集成的動力能量系統，它通過CAN總線與整車控制系統、充電機、電機控制器等部件進行通信，協同完成車輛的正常行駛。下圖所示為純電動汽車動力電池系統。（3）動力電池管理系統現在純電動汽車的動力電池多采用鋰離子電池，但鋰離子電池對工作溫度、電壓、電流、安全防護等要求較高，因此，必須為動力電池配備一套先進的管理系統，即動力電池管理系統（BatteryManagementSystem，BMS），顧名思義是對車輛的動力電池進行管理的系統，BMS主要功能為智能化管理及維護各個電池單元，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的使用狀態(tài)。BMS是連接車載動力電池和純電動汽車的重要紐帶。BMS實時采集、處理、儲存電池箱運行過程中的重要信息，與外部設備如整車控制器交換信息，解決鋰離子電池系統中的安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題。（4）整車控制器純電動汽車就是一個高度集成的電氣化系統，主要包括整車控制器、車載充電系統、車身控制系統、信息傳輸及顯示系統等。整車控制器為純電動汽車上的核心部件，被稱為純電動汽車的大腦，整車控制器工作原理如左圖所示。電動汽車以整車控制器為主節(jié)點，通過CAN總線網絡對純電動汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進行管理、協調和監(jiān)控，以此實現對整車的驅動控制、能量優(yōu)化控制、制動回饋控制以及網絡管理等功能，如右圖所示。1）動力電池管理系統：VCU通過CAN總線和BMS進行信息交互，實時獲取電池箱的狀態(tài)，同時也會根據駕駛人給出的指令，控制高壓電是否可以輸出，以及能量回收等功能。2）充電控制器：當插上充電槍進行充電時，VCU接收到充電喚醒信號后先確認充電槍是否已經正確連接，然后向充電控制器發(fā)送充電指令，并根據此時電池箱的狀態(tài)信息選擇合適的充電電流進行充電。3）空調控制器：當通過空調控制面板開啟，空調選擇合適的制冷或制熱模式后，VCU便向電動壓縮機或PTC加熱器發(fā)送開啟或關閉的指令。4）電機控制器：當駕駛人踩下加速踏板時，VCU根據此時車輛狀態(tài)，判斷駕駛人意圖，當車輛符合行駛條件時，便向電機控制器傳達驅動電機的信號，此時電機控制器再通過VCU給出的加速踏板信號控制驅動電機的轉速和轉矩輸出，使車輛按照駕駛人的意圖行駛。整車控制器管理下面7個控制單元，分別是動力電池管理系統（BMS）、充電控制器、空調控制器、電機控制器、真空泵和散熱風扇。其中，真空泵和散熱風扇直接由VCU通過導線控制，其他5個控制單元通過純電動汽車內部CAN總線網絡進行通信。（5）高壓配電盒高壓配電盒是純電動汽車高壓電的分配單元。新能源汽車高壓系統普遍采用集中配電方案，其結構設計緊湊、接線布局方便。高壓動力電源直接進入高壓配電盒，根據系統需要再分配到各個高壓電氣部件，此外高壓配電盒還集成了部分動力電池管理系統的智能控制單元，從而更進一步簡化了整車架構。高壓配電盒如下圖所示。（6）DC/DC變換器根據GB/T24347—2021《電動汽車DC/DC變換器》的術語和定義，DC/DC變換器是能夠將一個直流電壓值的電能變換為另一個直流電壓值的電能的裝置。DC/DC變換器就是直流變直流的意思，給新能源汽車的基礎電氣系統提供低壓直流電源，如右圖所示。DC/DC變換器相當于燃油汽車的發(fā)電機，其作用是將動力電池290～420V高壓直流電變換成13.8～14V直流電，對用電設備供電和為蓄電池充電。12V蓄電池為燈光照明、電動車窗、刮水器、除霜器、電控系統、儀表系統、娛樂系統等設備供電。DC/DC變換器由控制芯片、電感線圈、二極管、晶體管、電容器組成，通過重復通斷開關，將直流電壓變換成高頻方波電壓，再經平滑整流轉變?yōu)橹绷麟妷狠敵?，純電動汽車DC/DC變換器采用的是降壓型，不同車型的DC/DC變換器如下圖所示。（7）車載充電機按照QC/T895—2011《電動汽車用傳導式車載充電機》的定義，車載充電機是指固定地安裝在電動汽車上的充電機。車載充電機將公共電網的電能變換為車載儲能系統所要求的直流電，并給車載儲能系統充電，能夠根據動力電池管理系統（BMS）提供的數據，動態(tài)調節(jié)充電時的電流或電壓參數，自動完成充電過程。車載充電機是電動汽車交流充電系統中的重要組成部件，在使用中與交流充電口相連，如上圖所示。其作用是將交流充電口傳遞過來的交流電源轉換為直流高壓電為動力電池充電，同時在充電過程中給低壓蓄電池補充電能。車載充電機主要由車載充電機印制電路板、電容、變壓器等組成，如下圖所示。車載充電機一般具有效率高、體積小、耐受惡劣工作環(huán)境等特點。（8）動力驅動系統動力驅動系統主要由驅動電機和電機控制器組成。驅動電機是車輛行駛的主要執(zhí)行機構。驅動電機可以根據駕駛人的駕駛意圖，將動力電池的電能轉換為動能驅動車輛行駛，或者將車輪上的動能反饋到動力電池系統，以實現車輛的再生能量回收工作。左圖所示為動力驅動系統。該系統使車輛具有在各種行駛條件下所必需的牽引力，以及使牽引力與車速之間協調變化的功能。目前，電動汽車的動力傳動系統主要有以下5種布置方案。1）前置前輪驅動。前置前輪驅動由發(fā)動機前置前輪驅動的燃油車發(fā)展而來，即由電機替代發(fā)動機，仍采用燃油汽車的傳動系統，它由電機、離合器、齒輪箱和差速器組成；其中離合器是用來切斷或接通電機到車輪傳遞動力的機械裝置；變速器是一套具有不同速比的齒輪機構，駕駛人可選擇不同的變速比，把轉矩傳給車輪；汽車在轉彎時，內側車輪的轉彎半徑小，外側車輪的轉彎半徑大，差速器使內外車輪以不同的轉速行駛。前置前輪驅動結構復雜、效率低，不能充分發(fā)揮電機驅動的優(yōu)勢，前置前輪驅動如右圖所示。2）固定速比的減速器。如果用固定速比的減速器，去掉離合器，可減少機械傳動裝置的質量、縮小其體積。由電機、固定速比的減速器和差速器組成電力驅動系統，應該注意這種結構的純電動汽車沒有離合器和可選的變速檔位，不能提供理想的轉矩/轉速特性，因而不適于使用發(fā)動機的燃油汽車。固定速比的減速器具有良好的通用性和互換性，便于在現有的汽車底盤上安裝，使用、維修也較方便，如右圖所示。3）橫向前置。橫向前置相似于發(fā)動機橫向前置、前輪驅動的燃油汽車布置方式，它把電機、固定速比的減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅動車輪，這種結構在小型純電動汽車上應用比較普遍，如下圖所示。4）雙電機結構。雙電機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(jié)控制，便于實現電子差速，因此，純電動汽車不必選用機械差速器，可以選用雙電機結構如上圖所示。5）輪轂電機?？梢匝b在車輪里面的電機稱為輪轂電機，這種輪轂電機為內轉子外定子結構，它能提供較大的減速比，來放大其輸出轉矩。高速內轉子電機具有體積小、質量輕和成本低的優(yōu)點。輪轂電機可進一步縮短從電機到驅動車輪的傳遞路徑，為了將電機轉速降低到理想的車輪轉速，可采用固定減速比的行星齒輪變速器，它能提供大的減速比，而且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上，如下圖所示。輪毅電機采用低速外轉子電機，徹底去掉了機械減速齒輪箱，電機的外轉子直接安裝在車輪的輪緣上，車輪轉速和純電動汽車的車速控制完全取決于純電動汽車的轉速。低速外轉子電機結構簡單，無須齒輪變速傳動機構，但其體積大、質量大、成本高。電機作為純電動汽車最重要的動力驅動系統與傳統的燃油汽車有很大的不同，其結構特點比較靈活，具體表現在：首先能量由電纜傳遞，純電動汽車的各部件可靈活布置；其次純電動汽車的不同布置會影響其系統結構，選用不同類型的電機會影響到純電動汽車的質量、尺寸等問題；此外，不同的補充能源裝置具有不同的硬件、結構和儲能裝置。學習目標素養(yǎng)目標1.養(yǎng)成定期總結知識和技能的習慣，為完成檢修任務積累經驗。2.能夠養(yǎng)成自覺遵守技術標準和要求規(guī)定的習慣。3.提升發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力。4.培養(yǎng)知識總結、綜合運用、語言表達的能力。知識目標1.能夠了解動力電池常見故障。2.能夠了解驅動電機常見故障。3.能夠了解整車故障。技能目標1.能夠掌握動力電池管理系統故障診斷的方法。2.能夠掌握驅動電機及管理系統故障診斷的方法。3.掌握整車故障診斷和排除方法。4.能夠掌握新型空調技術。動力電池是新能源汽車的心臟，動力電池的主要作用是向用電設備供電，如左圖所示。任務一檢修動力電池及管理系統動力電池安裝位置分布如右圖所示。動力電池由電池箱組件、模組與電芯、高壓配電盒、熱管理系統、動力電池管理系統、高低壓線束等組成。乘用車動力電池如下圖所示。一、電池工作原理1.蓄電池的工作原理如果同時將兩根分別由鋅和銅制成的金屬棒吊掛在兩個單獨的、裝有適當電解液的容器中，那么兩種金屬就會以不同的速度向電解液中釋放出數量不同的離子，并在金屬棒上留下電子。在一個容器的溶液中存在大量帶正電的鋅離子，在鋅棒上存在大量的電子。在另一個容器的溶液中只存在少量帶正電的銅離子，在銅棒上存在少量的電子?，F在，如果將兩個容器通過離子橋連接起來，那么就會因為離子濃度不同而發(fā)生電荷轉移。因為鋅棒上存在過量的電子，所以它充當陽極，而銅棒就成為陰極。因為電子濃度不同，所以在兩極之間可以測得電壓。如果用一個導體連接兩個電極，電子就從陽極向陰極移動。這種結構統稱為蓄電池，是電池最簡單的形式。當蓄電池釋放能量時，陽極就是負極。對于可充電蓄電池，同一個電極會在蓄電池充電或放電情況下分別充當陽極或陰極，蓄電池的工作原理如下圖所示。動力電池經歷了鉛酸蓄電池、鎳鉻電池、鎳氫電池等多種類型的發(fā)展和探索之后，鋰離子電池由于具備能量密度高、大功率充放電能力強等優(yōu)點，已逐漸成為純電動汽車動力電池的首選。2.鉛酸蓄電池從構造上看，鉛酸蓄電池由正極板、負極板、電解液、單格電池、通氣孔，觀察窗等組成。從結構上看，鉛酸蓄電池由兩個或多個串聯連接的單格電池組成，這取決于所需要的電壓，通常汽車蓄電池由6個單格電池串聯組成，一個充足電的蓄電池極柱電壓為12.72V，也就是每個單格電池電壓為2.12V，如下頁圖所示。鉛酸蓄電池電解液混合比例蓄電池的充電過程和放電過程是一種可逆的化學反應過程。1）放電過程：化學能轉變?yōu)殡娔堋．斻U酸電池的正、負極板浸入電解液中時，在正負極板間就會產生約2.1V的靜止電動勢。當正負極板間電路形成后，蓄電池將開始放電產生電流。此時若接入負載，在電動勢的作用下，電流會從蓄電池的正極經外電路流向蓄電池的負極，這一過程稱為放電。蓄電池的放電過程是化學能轉變?yōu)殡娔艿倪^程。正極板上，二氧化鉛（PbO2）結合電解液中的硫酸（H2SO4）發(fā)生化學反應，生成硫酸鉛（PbSO4）和水；負極板上，鉛（Pb）和硫酸反應生成硫酸鉛（PbSO4），放電使正極板和負極板都變成硫酸鉛（PbSO4），由于放電生成水的稀釋作用以及硫酸被消耗而減少，造成酸的濃度降低，電解液中大部分是水，冬天會有結冰的危險。放電過程如上圖所示。2）充電過程：電能變成化學能，正負極板和電解液恢復原來的形態(tài)。充電時，蓄電池的正、負極分別與直流電源的正、負極相連，當充電電源的端電壓高于蓄電池的電動勢時，在電場的作用下，電流從蓄電池的正極流入、負極流出，這一過程稱為充電。蓄電池充電過程是電能轉換為化學能的過程。充電后，硫酸會離開正、負極板，返回電解液，正極板上還原成PbO2，負極板上是海綿狀的純鉛，硫酸增加，水減少，電解液相對密度可恢復到放電前比較理想的狀態(tài)。充電過程如上圖所示。3.鎳氫電池鎳氫電池（NMHB）是一種性能良好的動力電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。鎳氫電池正極活性物質為Ni（OH）2（稱NiO電極），負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金（電極稱儲氫電極），電解液為6mol/L氫氧化鉀（KOH）溶液。（1）鎳氫電池結構鎳氫電池中的金屬部分實際上是金屬氫化物，用在鎳氫電池的制造上，它們主要分為兩大類。最常見的一類是AB5，A是稀土元素的混合物或者再加上鈦（Ti），B則是鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn），或者還有鋁（Al）。另一類高容量電池含多種成分的電極主要由AB2構成，A則是鈦（Ti）或釩（V），B則是鋯（Zr）或鎳（Ni），再加上一些鉻（Cr）、鈷（Co）、鐵（Fe）和錳（Mn）。所有這些化合物扮演的都是相同的角色，可形成金屬氫化物。鎳氫電池結構如右圖所示。（2）鎳氫電池的工作原理鎳氫電池主要應用于純電動汽車或混合動力汽車。鎳氫電池中的“金屬”部分實際上是金屬氫化物。鎳氫電池正極活性物質為Ni（OH）2（稱NiO電極），負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金（電極稱儲氫電極），電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液?；钚晕镔|構成電極極片的工藝方式主要有燒結式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等，不同工藝制備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異，一般根據使用條件不同的工藝生產電池。通信等民用電池大多采用拉漿式負極、泡沫鎳式正極構成電池。4.鋰離子電池鋰離子電池（LiB）是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池以碳材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，因此稱為鋰離子電池。而原來的鋰電池則是以純鋰作為負極，兩者區(qū)別很大。對電池充電時，正極上分解生成鋰離子，鋰離子通過電解質進入電池負極，嵌入負極碳層的微孔中，如圖所示。極的鋰離子越多，放電容量就越高，充放電鋰離子的運動過程如圖

所示。在電池充放電過程中，鋰離子不斷地在正極和負極之間來回“奔跑”，所以鋰離子電池也叫搖椅式電池。（1）鋰離子電池工作原理鋰離子電池依靠鋰離子（Li+）在正極和負極之間往返，進行嵌入和脫嵌工作。鋰離子電池充電時，鋰離子從正極材料的晶格中脫嵌，經過電解質和隔膜到達負極，而作為負極的碳為層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高；鋰離子電池放電時，鋰離子從負極碳層中脫嵌，通過電解質和隔膜重新嵌入正極材料晶格中，回到正極的鋰離子越多，電池的放電容量越大。在鋰離子電池整個充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。從充放電的可逆性來看，鋰離子電池反應是一種理想的可逆反應，如圖所示。（2）鋰離子電池組成鋰離子電池組成如圖所示。1）正極：活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰材料、鋰鐵磷酸鹽，導電極流體使用的電解鋁箔。2）隔膜：一種特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結構，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。3）負極：活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電極流體使用的電解銅箔。4）有機電解液：溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物鋰離子電池則使用凝膠狀電解液。5）電池外殼：分為方形、圓柱形、軟包形等。

5.三元鋰電池三元鋰電池全稱是三元聚合物鋰電池，三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池。三元聚合物鋰電池在容量與安全性方面比較均衡的材料，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰，三元鋰電池標稱電壓一般為3.6V，隨著技術的發(fā)展，三元鋰電池的標稱電壓可達到3.7～3.8V，使得在比能量、比功率、內阻、壽命等方面更加具備明顯優(yōu)勢。6.磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池（LFP）簡稱鐵鋰電池，采用橄欖石結構的磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物隔膜，它把正極與負極隔開。磷酸鐵鋰電池單體標稱電壓3.2V，單體充電截止電壓3.7V，放電終止電壓2.5V。7.固態(tài)電池固態(tài)電池（SSB）與目前主流的傳統鋰離子電池最大的不同在于電解質。固態(tài)電池通過使用固態(tài)電解質替代了傳統鋰離子電池的電解液和隔膜，在大電流下工作不會因出現鋰枝晶而刺破隔膜導致內部短路，不會在高溫下發(fā)生副反應，不會因產生氣體而發(fā)生燃燒。使用全固態(tài)電解質后，電池可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰作負極，這樣可以大大減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度明顯提高，電池能量密度可達到300～400W·h/kg。固態(tài)電解質解決了液態(tài)電解質在充放電過程中形成固體電解質界面膜的問題和避免出現鋰枝晶現象，大大提升了鋰離子電池的循環(huán)性和使用壽命，如圖所示。二、動力電池的結構1.電芯單體電芯單體是化學能與電能進行相互轉換的基本單元裝置，通常包括電極、隔膜、電解液、外殼和端子，并被設計成可充電形式。電芯單體如上圖所示。電芯單體的組成電芯單體由正極板、負極板、電解液、絕緣隔膜、頂蓋、殼體、絕緣皮等組成，如右圖所示。1）正極板。正極板的材料是鋁箔，鋁箔上面被黑色的金屬氧化物覆蓋，金屬氧化物的材料決定鋰電池的名稱，常見的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳、磷酸鐵鋰等。2）負極板。負極板的材料是銅箔，銅箔上面被灰色的石墨材料覆蓋，常見的為鱗片石墨或人造石墨材料。理想的石墨材料具有層狀結構，可以嵌入和固定鋰離子和電子，如上圖所示。3）頂蓋。頂蓋通過激光焊接與殼體組成一個密封的整體，頂蓋具有較多的設計和功能，包括注液孔、安全閥（防爆閥）、防護板、絕緣塑料等，能夠有效防止電路短路和殼體底部腐蝕，如下圖所示。4）電解液。電解液是離子傳輸的載體，一般由鋰鹽和有機溶劑組成。電解液在鋰電池正、負極之間起到傳輸離子的作用，常見的電解液為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等，如上圖所示。5）絕緣隔膜。絕緣隔膜為不導電材質，絕緣隔膜會影響電池的界面結構、內阻等，電解液為有機溶劑體系，因而需要用耐有機溶劑的絕緣隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜，如下圖所示。6）殼體。殼體早期使用的是鋼殼，現在多采用合金材料的鋁殼，鋁殼重量更輕、性能更安全。從材料厚度和膨脹系數上可以有效抑制電池極化、減少熱效應、保護電池和電解液。7）絕緣皮。絕緣皮是電芯單體外部的白色或藍色絕緣膜膠帶，是以聚酯薄膜復合材料為基材，在基材膠粘帶上涂覆專用的亞克力膠水，具有耐高溫、耐高壓擊穿、耐穿刺、抗拉強度好等特點，如圖所示。2.電池模組和電池箱（1）電池模組電池模組（BatteryModule）是由多個電芯單體、采樣線束、連接器柔性印制電路板（FPC）和外殼等組成的單元，用于提高電壓和容量。通過并聯或串聯連接電芯單體，電池模組可以滿足不同應用的電能需求。串聯連接電芯單體可以增加總電壓，而并聯連接電芯單體可以增加總容量，如圖所示。（2）電池箱電池箱（BatteryPack）是由多個電池模組組裝而成的整體單元，用于儲存和提供電能。它是電池系統中更高級別的組件，通常由若干個電池模組、高低壓線束、動力電池管理系統、熱管理系統、電氣接口和殼體等組成。電池箱的主要功能是將多個電池模組集成在一起，形成一個整體單元，如圖所示。電池模組通過并聯或串聯連接，以增加動力電池系統的電壓、容量或功率。電池箱還負責提供動力電池系統所需的其他功能和特性，如電氣接口用于連接到外部系統、熱管理系統用于控制溫度、殼體用于保護電池以及其他輔助設備和組件。相比于電池模組，電池箱配備了動力電池管理系統，用于監(jiān)控和管理整個電池系統。BMS對電池模組的狀態(tài)進行監(jiān)測，控制充放電過程，實施對電池的保護和平衡控制，以確保電池的安全和性能穩(wěn)定。電池箱分類如下。1）無模組（CTP）電池箱。電芯單體作為CTP電池箱的核心組成，由多個電芯單體直接集成到電池箱內，CTP電池箱如圖所示。2）有模組（MTP）電池箱。MTP電池箱是由電池模組組成的電池箱，它是傳統技術的電池箱技術，多個模組是由電芯單體通過電池極柱串聯。MTP電池箱是電池箱內部集成封裝好之后再安裝到車身上，因為它是有模組的結構，所以維修的時候可以單獨更換電池模組，這是目前電池維修中常見的電池箱，如圖所示。（3）電芯底盤一體化（CTC）電池電芯底盤一體化（CTC）電池是將電芯直接集成到車輛底盤內部的電池技術。CTC電池省去了從電芯到模組，再到電池箱的步驟，直接將電芯安裝在車輛底盤平臺上，是CTP電池的進一步集成方案。三、動力電池管理系統動力電池管理系統可以保證動力電池一直處于正常、安全的工作狀態(tài)，在動力電池狀態(tài)出現異常時及時響應處理，并根據車輛行駛狀態(tài)、環(huán)境溫度、動力電池狀態(tài)等確定動力電池的充放電功率等。動力電池管理系統包括眾多的傳感器（監(jiān)測電流、電壓和溫度等）和電池控制單元（BMU）等。下圖所示為動力電池管理系的重要部件電池控制單元（BMU）。CTC電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內部，將地板的上下板作為電池殼體。它是CTP方案的進一步集成，完全使用地板的上下板代替電池殼體和蓋板，與車身地板和底盤進行一體化設計，從根本上改變了動力電池的安裝形式。1.動力電池管理系統（BMS）功能動力電池管理系統（BMS）可對電池箱和電池模組的運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控，能夠精確測量電池的剩余電量，同時對電池進行充放電保護，并使電池工作在最佳狀態(tài)，達到延長其使用壽命、降低運行成本的目的，進一步提高了動力電池的可靠性。其功能如圖所示。2.動力電池管理系統（BMS）組成動力電池管理系統BMS的主要組件是BMU、電池監(jiān)控單元（CSU）、CSC、電池組件、熔斷器或MSD、繼電器、高低壓線束。通過各模塊協同配合，實現系統高效有序運行。（1）電池控制單元（BMU）BMU是BMS的核心，根據采樣芯片的位置分為集成式與非集成式。（2）動力電池數據采集系統電流采樣分為兩種，一是霍爾式傳感器，二是分流器。1）霍爾式傳感器?；魻柺絺鞲衅鞲鶕魻柖稍碓O計制造，由于其采樣時并不連接高壓回路，所以也叫非接觸式電流傳感器；感受被測電流信息，并將檢測內容轉化為電信號發(fā)送給BMU的檢測通信裝置，位于S盒（S-BOX），當一次電流流過導體時，在導體周圍產生磁場強度與電流大小成正比的磁場，霍爾元件輸出與氣隙處磁感應強度成正比的電壓信號，放大電路將該信號放大輸出?；魻柺絺鞲衅鞴ぷ髟砣缱髨D所示，乘用車霍爾式傳感器實物如右圖所示。非接觸式電流傳感器，對溫度不敏感，但是對外部磁場變化比較敏感，對于結構（尤其是母線設計）有較高的要求，商用車霍爾式傳感器如圖所示。2）分流器。分流器電流采樣；檢測點為主回路正極、與BMU進行SCAN通信。區(qū)別于傳統意義上的電流傳感器，分流器在檢測到被測電路的電流與主回路電壓信息時，將檢測信息轉化為電信號發(fā)送給BMU的檢測通信裝置，位于S-BOX內部，分流器電流采樣單元如圖所示。3）高壓繼電器。高壓繼電器作為高壓通斷的開關器件，如圖所示。高壓繼電器主要作用如下。①控制充放電回路的接通與斷開，控制動力電池高壓電的輸出與斷開。②控制充電流程。③控制熱管理系統的開啟與關閉。④具備在發(fā)生電池自保護故障或火災預警故障時斷開所有高壓連接回路，以實現保護電池及確保整車安全的目的。通過采集電池內側電壓與高壓繼電器外側電壓進行比較來判斷高壓繼電器的工作狀態(tài)；如果高壓繼電器閉合前采樣到的內外側電壓一致，說明高壓繼電器粘連；如果高壓繼電器閉合后采樣到的外側電壓為0V，說明高壓繼電器斷路。右圖所示為高壓繼電器實物。4）信息采集單元（CSC）。信息采集單元（CellSupervisionCircuit，CSC）是一種安裝在電池箱內部的監(jiān)測器，負責將電池信息采集后傳遞給BMU進行處理。CSC是新能源汽車中的一個重要部件，如下圖所示。CSC主要功能：監(jiān)控單體電壓、模組溫度與BMU通信，執(zhí)行均衡。每一個電池單元有多個CSC，以監(jiān)測其中每個單體電池或電池模組的單體電壓、溫度信息。CSC將相關信息上報動力電池管理單元（BMU），并根據BMU的指令執(zhí)行相關動作。（3）高壓配電盒高壓配電盒（也稱為配電盒）主要包括主正繼電器、主負繼電器、充電繼電器、預充繼電器、預充電阻、熔斷器等。某乘用車高壓配電盒構造如左圖所示。高壓配電盒的繼電器接收控制單元指令，完成整車預充、上電、下電過程，在短路、過熱或故障情況下切斷動力電池輸出。某商用車高壓配電盒實物，如圖所示。某商用車高壓配電盒如下圖所示。高壓盒分為一體式高壓配電盒（圖a）和分體式高壓配電盒（圖b）兩種，其中分體式高壓盒=控制盒+接線盒1）接線盒：高壓回路及高壓采樣模塊，包含高壓采樣板（HVB）模塊。2）控制盒：包括BMS硬件及驅動控制，包含BMU、數據管理（PDM）、關系數據庫（RDB）模塊。某商用車一體式高壓配電盒結構如圖所示。某商用車分體式—控制盒如右圖所示。某商用車分體式—接線盒如左圖所示。四、動力電池管理系統工作原理動力電池管理系統（BMS）組成架構如圖所示，一般包括CSC（從控模塊）、BMU（主控模塊）、高壓配電盒、電流傳感器和熱管理系統五個部分組成。集中式BMS將從控模塊與主控模塊集成為一整體。動力電池管理系統是保證動力電池正常使用、行車安全、數據采集和提高電池壽命的一種關鍵技術。它能提升動力電池的工作性能，預防個別電芯單體早期發(fā)生損壞，有利于純電動汽車的順利運行，并對乘員具有保護和警告功能。動力電池管理系統不僅要保證動力電池系統安全可靠的運行，還要充分發(fā)揮動力電池的性能并延長其使用壽命。BMS是動力電池和整車控制器（VCU）以及駕駛人溝通的橋梁，通過控制高壓繼電器的動作來控制動力電池的充放電，并向整車控制器上報動力電池系統的運行參數與故障信息。BMS是動力電池的核心部件，是集監(jiān)測、控制與管理為一體的控制單元，主要由主控模塊、從控模塊、高壓配電盒、溫度調節(jié)裝置等部件組成。動力電池的性能很復雜，不同類型的動力電池特性相差很大。需要建立動力電池管理系統（BMS）來提高動力電池的利用率，防止動力電池出現過充電和過放電的情況，延長動力電池的使用壽命并監(jiān)控動力電池的狀態(tài)。1.信息采集單元（CSC）CSC是一個專用的集成數據采集模塊，負責對動力電池模組各電芯單體電壓、溫度和采樣線是否異樣進行監(jiān)測。為了達到動力電池系統布線的最優(yōu)化，各電芯單體的均衡電路也在這個模塊中完成。一個動力電池模組對應一個CSC，動力電池由多個動力電池模組組成，因此BMS也就需要由多個CSC組成，如圖所示。（1）數據采集動力電池管理系統所有的控制均源于準確的數據采集，采集的數據包括電芯單體電壓、溫度、總電壓、總電流、絕緣電阻、高壓互鎖（HVIL）信號、碰撞信號、熱管理系統進出水口溫度等。根據GB18384—2020《電動汽車安全要求》，在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻應≥100Ω/V，交流電路應≥500Ω/V。如果直流和交流的B級電壓電路可導電的連接在一起，則應滿足絕緣電阻≥500Ω/V的要求。動力電池管理系統還對高壓插接件的連接可靠性、手動維修開關及部件開合狀態(tài)進行高壓互鎖檢測，確保高壓系統安全有效。動力電池管理系統對所有采集的數據均通過動力系統CAN總線與整車控制器進行交互。（2）狀態(tài)估算狀態(tài)估算是BMS的重要功能之一，通過采集當前的動力電池狀態(tài)、運行工況和充放電電量信號，對動力電池的電池荷電狀態(tài)（SOC）、電池健康度（SOH）進行估算，SOC、SOH估算精度直接影響動力電池的運行效率和使用壽命，一般要求估算誤差不超過5%。SOC、SOH信息還會與整車控制器交互，并顯示在儀表上。（3）能量管理能量管理主要包括動力電池充放電管理和均衡管理。BMS根據動力電池荷電狀態(tài)對充放電過程的電流和電壓進行限制，控制充放電功率。動力電池模組中設置有均衡電路，對電芯單體進行均衡控制，確保電芯單體工作狀態(tài)的一致性，提高動力電池的整體性能和使用壽命。（4）安全保護BMS具備動力電池保護功能，當動力電池出現過充電、過放電、過熱時對動力電池進行限流、限壓、下電控制，監(jiān)測動力電池絕緣故障、高壓互鎖故障和碰撞信號，切斷高壓回路，確保人身和高壓系統的安全。（5）熱管理例如，鋰離子動力電池對工作溫度的要求非常高，動力電池熱管理系統必須確保動力電池在最佳溫度狀態(tài)下工作。當動力電池工作溫度過高時啟動制冷系統進行冷卻，工作溫度過低時通過PTC加熱器等方式進行加熱，并在動力電池工作過程中保持電芯單體間溫度的一致性。（6）數據通信與顯示BMS具有與整車控制器（VCU）、車載充電機（OBC）及直流充電樁等進行通信的功能。通信方式包括模擬量、脈沖寬度調制（PWM）信號和動力CAN總線。為了幫助駕駛人及時準確地了解純電動汽車動力系統的狀態(tài)，動力電池管理系統還需將溫度、SOC和各種警告信息通過儀表進行顯示。（7）故障自診斷BMS具備故障自診斷功能，系統上電后根據動力電池的工作狀況、采樣線通斷等情況，對動力電池及其管理系統自身的故障進行判斷和報警，保存故障信息，以便進行故障快捷排查。2.動力電池管理系統（BMS）的類型BMS一般采用模塊化設計，主要包括兩大功能模塊，主控模塊（BMU）和從控模塊（CSC），通常也稱之為主控模塊和從控模塊。CSC為動力電池信息采集與均衡控制模塊，負責采集動力電池信息和執(zhí)行BMU的均衡控制。BMU負責處理信息處理及系統控制。按主控模塊和從控模塊拓撲結構的不同，BMS可分為集中式BMS和分布式BMS兩種類型。（1）集中式BMS集中式BMS將主控模塊（BMU）、從控模塊（CSC）組成一個一體機，如下圖所示。集中式BMS高度集成，主控模塊與從控模塊位于同一塊印制電路板（PCB）內，結構簡單，成本較低，占用電池箱空間較少，維護比較簡單。但由于采集線全部從一體機引出，當動力電池串聯電芯單體過多時，一體機采集線十分龐大，部分采集線過長且長短不一，容易造成信號失真和均衡時產生額外的電壓降，過長的采集線也容易產生一些安全隱患。因此集中式BMS通常只適用于電池容量低、總電壓低、串聯數量不多、電池系統體積較小的車型，如電動場地車（電瓶車）、低速乘用車等。（2）分布式BMS分布式BMS主要由多個從控模塊（CSC）、主控模塊（BMU）、高壓控制單元等部件組成，如圖所示。一個從控模塊對應一個動力電池模組或一組電芯，負責監(jiān)控電芯單體電壓、溫度采集、均衡管理和故障診斷。高壓控制單元負責對動力電池系統的電池總電壓、總電流、絕緣電阻等狀態(tài)進行監(jiān)測。從控模塊和高壓控制單元分別將采集后的數據發(fā)送到主控單元，由主控單元對BMS進行狀態(tài)估算、能量管理、安全保護、熱管理、數據通信與顯示和故障自診斷等。分布式BMS架構的優(yōu)勢在于可以根據不同電池系統的串并聯設計進行高效配置，分布式BMS連接到動力電池的采樣線更短、更均勻、可靠性更高，同時也可以支持體積更大的電池系統。目前分布式BMS主控模塊、從控模塊之間主要采用CAN總線進行通信。五、檢修動力電池管理系統常見故障純電動汽車的主要部件—動力電池系統屬于高壓部件，其設計的好壞直接影響著整車安全性及可靠性。在動力電池系統中，從故障發(fā)生的部位看，分為傳感器故障、執(zhí)行器故障（接觸器故障）和部件故障（電芯故障）等，動力電池系統故障診斷及處理十分重要。動力電池管理系統故障按照故障發(fā)生的部位可以分為三類，即電芯單體故障、動力電池管理系統故障、線路或插接件故障。1.電芯欠電壓或過電壓的故障類型（1）基本依據動力電池電壓的正常工作范圍見下表。故障碼含義清單見右表。（2）故障排查故障排查方法見左表。以某乘用車上位機（某純電動汽車）檢測為例（參考上位機軟件的安裝與使用），如圖所示。1）根據實際故障情況評估維修方案，可能的維修方案有：充放電、均衡、更換模組（MTP）、更換電池箱（CTP）、更換采樣線束、更換FPC等。2）部分情況下，需由維修人員按要求用上位機采集容量數據（操作方法按如下步驟），發(fā)給責任外服進行電池容量衰減分析，從而評定最終的維修方案。3）注意更換電池箱、更換FPC后的特殊維修項，如上位機重新編碼、刷程序、標定等。①數據記錄。②數據保存如下圖所示。2.檢修電芯溫度類故障BMS通過CSC采集動力電池溫度，動力電池模組溫度過高會導致無法充電、限定電流、限定功率等，溫度過低會導致限定電流、限定功率充電等。電池溫度過高或過低警告及措施見右表。（1）故障原因分析動力電池溫度采集異常的主要原因如下。1）溫度傳感器故障。2）溫度傳感器線路故障。3）CSC或BMS控制器自身故障。對于動力電池采集溫度故障，首先通過診斷儀讀取故障碼，看BMS是否記錄了動力電池溫度的故障碼；其次通過診斷儀讀取動力電池溫度狀態(tài)數據，若動力電池溫度異常，須拆解動力電池模組，測量異常的溫度傳感器電阻是否與標準值一致。如果不一致，判斷溫度傳感器故障，更換溫度傳感器，其溫度正常工作范圍見下頁表。若一致，檢查溫度傳感器線路，若線路正常，可判斷溫度采集CSC故障或BMS控制器自身故障。電芯溫度類故障有以下幾種。1）溫度高：電池系統中某個或者某幾個溫度點偏高，運行或充電中達到警告閾值。2）溫度低：電池系統中某個或者某幾個溫度點偏低，運行或充電中達到警告閾值。3）溫差：參照高低溫排查方法。電芯發(fā)熱差異。（2）故障碼清單故障碼含義清單見下表。（3）故障排查故障排查方法見左表。參考使用上位機檢測電芯單體電壓為例（乘用車）。（4）故障處理1）根據實際故障情況評估維修方案，可能的維修方案有：更換模組溫度采樣組件、更換線束轉接線、直插式插頭等組件。2）充放電均衡、更換模組（MTP）、更換電池箱（CTP）、更換采樣線束等。3）部分情況下，需由維修人員按要求用上位機采集容量數據（操作方法按如下步驟），發(fā)給企業(yè)工程師幫助對電池容量衰減進行分析，從而評定最終的維修方案。4）注意更換電池箱、更換FPC后的特殊維修項，如上位機重新編碼、刷程序、標定等。數據保存如右圖所示。3.檢修電流采樣故障（1）檢測儀檢測使用檢測儀對電池箱進行檢測，對檢測出的故障碼進行分析，見右表。（2）故障分析方法根據檢測出的故障碼進行故障分析，見下表。（3）上位機對動力電池診斷使用上位機對動力電池進行故障診斷，如圖所示。（4）故障排查1）連接調試線束，連接上位機，車輛上電，確認故障碼為電流傳感器故障還是電流傳感器通信故障。2）啟動車輛部分功能（如空調），查看上位機顯示的電流是否正常。是，確認為誤報，聯系BMS工程師；否則，進行下一步。3）查看上位機BMUSetting界面中BAT_I_Branch1&2&3&4變量，定位異常支路。4）參照電氣原理圖，檢查BMU至故障支路電流傳感器的供電電壓是否為12V，異常則進行下一步，正常則跳轉到第6）步。5）用萬用表測量BMU輸出到電流傳感器之間的低壓線束是否斷路、短電源或短地，若線束異常，更換線束；若線束正常則跳轉到第7）步。6）檢查SCAN通信是否正常；正常則進行下一步，異常則跳轉到第8）步。7）更換BMU進行驗證，如果問題解決則為BMU故障，否則繼續(xù)排查。8）采集SCAN報文，根據協議分析電流傳感器采樣是否正常，是則繼續(xù)排查，否則更換電流傳感器。（5）售后標定條件分離式的CSU，在更換了Shunt或CSU后，必須進行標定，進行標定的條件見下表。（6）標定方法1）單包狀態(tài)下，打開Ecar6.0sV1.25及以上版本上位機（或Shunt設計項的專用上位機），連接動力電池整車低壓接口SCAN，進行標定。2）上位機系統設置：點擊SystemSetup→CANDevice選擇CAN盒→Baudrate選500kbit/s→點擊Save→點擊Start。3）將掃碼槍USB與電腦相連，在電腦桌面新建一個文本文檔，鼠標停放在文本文檔中，電腦輸入法調整為英文輸入法。4）用掃碼槍掃描“Shunt校準信息”位置，70位Shunt校準信息就會自動掃入文本文檔，標定方法如下圖所示。右圖所示為上位機BMUSetting操作欄界面右下角處，將文本文檔中70位Shunt校準信息復制到紅框內，點擊“寫入ABC”。如圖a所示，若彈出“寫入成功”界面，則說明標定成功。如圖b所示，若彈出“條碼長度錯誤!!”界面，可能來料條碼本身有問題，需要聯系外服解決。如圖c所示，若彈出“條碼CRC錯誤!!”界面，檢查掃碼時電腦輸入法是否正確，如正確，可能來料條碼本身有問題，需要聯系外服解決。4.檢修均衡故障（1）測試儀檢測使用測試儀檢測電池箱，進行故障碼分析見下表。（2）故障分析根據檢測出的故障碼進行故障分析，見下表。（3）電池均衡儀的使用整機配件包括：ACTM-5201鋰電均衡維護測試儀、均衡測試電纜（母線）、AC220V市電供電線及密封袋（使用說明書、合格證、保修卡、檢驗報告），如圖所示。連接線束如圖所示。交流市電接口：單相三線220V輸入，最大輸入10A，接入電源時注意線束插排的選擇。儀器連接如右圖所示。主機面板如左圖所示。主機連接時先連接電源線，按照使用說明書的指示，連接16端子和24端子線束，連接導線如左圖所示。注意：剩余沒用的線夾不要接地，需做絕緣處理；不可跨接電芯進行同時均衡操作。將標準模組測試接口或滿端子接口轉接鱷魚夾通用連接線，如右圖所示。使用轉接線時要注意線束標簽，如下圖所示。（4）連接電芯將鱷魚夾連接至需要均衡的電芯，如下圖所示。ESS水冷項目均衡維護連接示例，均衡機端連接。實例1如左圖所示。實例2如上圖所示。1）開機界面。打開電源，屏幕顯示的開機界面如下圖所示。2）進入功能主菜單。進入功能主菜單，點擊均衡維護，如右圖所示。（5）開機界面3）進入參數設置操作，如下圖所示。（6）參數設置測試參數設置，如下圖所示。注意：均衡維護參數依據實際對象設置，參數設置完點擊右上角“保存”。1）操作方法。①均衡維護參數依據實際對象設置。②參數設置完點擊右上角“保存”。2）工作模式。①充電—高對齊，最大電流5A。②放電—低對齊，最大電流5A。③均衡—可同時充放電，最大電流2.5A。3）注意事項。①不同電池類型有不同的最低最高電壓保護，不可選錯電池類型。②根據連接的電芯總串數進行數值設定（尤其是同時連接兩個通道對同一模組進行均衡）。③電壓閾值為需要達到的目標電壓。④測試電池全部打勾。（7）均衡維護1）點擊2#單元或1#單元啟動測試，如圖所示。2）均衡維護中，如下圖所示。注意：測試到達目標值減流至閾值電流內，自動完成測試/手動停止測試。3）均衡完成，如上圖所示。4）數據導出，如下圖所示。與內燃機相比，電機作為汽車的動力系統有很多優(yōu)勢，驅動電機結構如圖所示，主要包括以下3個方面。任務二檢修驅動電機及管理系統（1）可以使汽車的起步加速能力更強汽車靜止時發(fā)動機怠速轉速約為800r/min，當它從靜止起步加速時，發(fā)動機轉矩必須隨轉速的升高而逐步升高，達到一定轉速時才能輸出最大轉矩。渦輪增壓發(fā)動機在一定轉速范圍內保持最大轉矩。而自然吸氣發(fā)動機最大轉矩對應的轉速范圍非常小，轉速升高后很快就會衰減下來。而電機的轉矩特性與它們完全不同，它一起動就能達到最大轉矩，并能保持較大的轉速范圍，只有當轉速達到特別高時其轉矩才會衰減。因此，電動汽車的0～100km/h加速時間，尤其是0～60km/h的加速時間，要比燃油汽車快得多。（2）不需要變速器就能起步變速器當初被發(fā)明的目的是幫助汽車起步和爬坡，因為發(fā)動機初始轉矩較小，在驅動笨重的汽車起步時就比較困難，更無法拖動汽車爬坡。變速器則可以通過齒輪傳動將發(fā)動機的轉矩放大，從而讓汽車擁有更大的驅動力，使汽車順利起步和爬坡。而電機的初始轉矩是最大的，不需要變速器放大即可驅動汽車順利起步和爬坡，因此可以取消變速器，只需配個減速齒輪將電機的轉速降下來即可。沒有變速器，不僅少了一個傳動環(huán)節(jié)，節(jié)省了制造成本和維護修理成本，而且動力傳遞更直接，能量損耗更小。（3）電機的體積較小、結構簡單、制造成本低每臺發(fā)動機上都有一臺電機，即起動機，所有傳統汽車的起動都是由起動機帶動飛輪、曲軸和活塞等一系列發(fā)動機部件先運動起來，然后才能使發(fā)動機持續(xù)運轉的。發(fā)動機上的電機功率和體積都很小，只要能驅動活塞運轉即可。然而，電動汽車上的電機卻需要很大的功率，它要作為驅動汽車前進的動力源，由于結構簡單，體積要比一般發(fā)動機的電機小很多。一、電機工作原理1.異步電機異步電機的工作原理是通電繞組在旋轉磁場里轉動。電機中的定子和轉子并不接觸，為什么給定子繞組通上交流電后，轉子就會旋轉呢？其工作原理用到兩大電磁定律：電磁感應定律和楞次定律。當定子上纏繞的繞組通交流電后，由于交流電的特性，定子繞組會產生一個旋轉的電磁場。轉子上的繞組是一個閉環(huán)導體，它處在定子的旋轉磁場中相當于在不停地切割定子的磁感應線。根據法拉第電磁感應定律，閉合導體的一部分在磁場中做切割磁感應線的運動時，導體中會產生電流。再根據楞次定律，感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因，也就是盡力使轉子上的導體不再切割定子旋轉磁場的磁感應線，這樣的結果是轉子上的導體會“追趕”定子的旋轉電磁場，也就是使轉子追著定子旋轉磁場跑，最終使電機開始旋轉，異步電機工作原理如圖所示。由于轉子總是在“追趕”定子旋轉磁場的旋轉速度，并且為了能夠切割磁感應線而產生感應電流，轉子的轉速總要比定子電磁場的轉速慢一點（2%～6%），也就是異步運行，所以才將這種產生感應電流的電機稱為異步電機。右圖所示為某電動汽車異步電機結構。三相異步電機是在電動汽車上應用最為廣泛的電機。它結構簡單、重量較輕、體積較小、運行可靠、經久耐用、制造成本較低、維修簡單方便。它的轉速可達到12000～15000r/min。其缺點是控制系統非常復雜、制造成本較高，其控制系統的造價要遠高于電機本身。2.永磁同步電機在異步電機中，轉子磁場的形成要分兩步走：第一步是旋轉磁場先使轉子繞組產生感應電流，第二步是感應電流再產生轉子磁場。在楞次定律的作用下，轉子跟隨定子旋轉磁場轉動，但又“永遠追不上”，因此才稱其為異步電機。如果轉子繞組中的電流不是由定子旋轉磁場感應的，而是自己產生的，則轉子磁場與定子旋轉磁場無關，而且其磁極方向是固定的，根據同性相斥、異性相吸的原理，定子的旋轉磁場會推拉轉子旋轉，使轉子磁場和轉子一起與定子旋轉磁場“同步”旋轉。永磁同步電機的工作原理，如左圖所示。根據轉子自生磁場產生方式的不同，可以將同步電機分為以下兩種。1）一種是將轉子繞組通上外接直流電（勵磁電流），由勵磁電流產生轉子磁場，進而使轉子與定子磁場同步旋轉。這種由勵磁電流產生轉子磁場的同步電機稱為勵磁同步電機。2）一種是在轉子上嵌上永磁體，直接產生磁場，省去了勵磁電流或感應電流的環(huán)節(jié)。這種由永磁體產生轉子磁場的同步電機，稱為永磁同步電機。這種電機是目前在電動汽車上應用較廣的電機。永磁同步電機采用永磁體產生氣隙磁通量，永磁體代替了直流電機中的磁場線圈和感應電機中定子的勵磁體。永磁同步電機屬于交流電機，定子繞組與異步電機的定子繞組相同。永磁同步電機轉子的旋轉速度與定子繞組所產生的旋轉磁場的速度是一樣的，因此稱為永磁同步電機。永磁同步電機由轉子鐵心、定子繞組、定子、永磁體以及殼體等組成，其工作原理如下圖所示。永磁同步電機具有較高的功率質量比，體積更小、質量更輕、輸出轉矩更大，電機的極限轉速和制動性能也比較優(yōu)異，因此永磁同步電機已成為現今電動汽車上應用最廣的電機。永磁同步電機首先給定子繞組通入三相交流電，在通入電流后會在電機的定子繞組中形成旋轉磁場。由于永磁同步電機在轉子上安裝了永磁體并且磁極是固定的，根據同極相斥、異極相吸的原理，在定子中產生的旋轉磁場會帶動轉子旋轉，從而產生驅動力，并最終達到轉子的旋轉速度與定子中產生的旋轉磁場速度相等，其結構如圖所示。3.交流感應電機交流感應電機具有功率密度低、調速范圍小、生產成本低、可靠性高、無退磁現象等特點，適用于高速公路網比較發(fā)達的區(qū)域。二、電動汽車驅動電機與傳動系統電動汽車的驅動電機系統主要由驅動電機（DM）和電機控制器（MCU）組成，驅動電機系統通過高低壓線束、冷卻管路與整車其他系統進行連接，如圖所示。驅動電機作為車輛的唯一動力源向外輸出轉矩，驅動車輛前進或后退。根據車輛不同的運行狀態(tài)，新能源汽車的驅動電機具有電力驅動和能量回收兩種工作模式。當車輛采用電力驅動時，動力電池的高壓直流電輸送至電機控制器，電機控制器將直流電轉換為交流電輸送給驅動電機，電機運轉時產生的轉矩傳遞給驅動輪使車輛行駛。在能量回收階段，通過車輪的旋轉帶動電機轉動。此時電機轉為發(fā)電機的功能，由電機控制器將電機產生的交流電轉為直流電，然后向動力電池充電。新能源汽車種類繁多，用途也各不相同，采用的驅動電機形式也是多種多樣的，但是它們都有一個共性問題，那就是熱管理問題。電機的散熱方式主要為液體冷卻。新能源汽車電機冷卻系統與傳統燃油車的冷卻系統很相似，只是冷卻水泵為電子式，由12V電源驅動其運轉，如圖所示。驅動電機的性能判定是用溫升而不是用溫度來衡量的，當溫升突然增大或超過最高工作溫度時，說明電機已發(fā)生故障。驅動電機溫度傳感器通常采用內埋的方式布置在電機定子線圈內部，以此檢測驅動電機的工作溫度，并作為控制電子水泵是否運轉的主要依據。驅動電機溫度傳感器如圖所示。電機溫度傳感器為負溫度系數傳感器，電機溫度過高可能導致電機嚴重損壞，當出現這種情況時應立即靠邊停車。電機溫度過高，車輛會進入跛行模式，限制轉矩輸出或強制停機。以某電動汽車為例，當電機控制器監(jiān)測到驅動電機溫度傳感器l20℃≤溫度<140℃時，降功率運行；溫度≥140℃時，功率降至0W，即停機狀態(tài)。三、驅動電機控制器1.電機控制器功能電機控制器是驅動電機系統的控制中心，又稱智能功率模塊，簡稱MCU。MCU的主要功能是控制電機的旋轉速度、旋轉方向以及再生能量回收。此外，電機控制器還要對電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等輸入信號進行處理，并將驅動電機系統的運行狀態(tài)通過CAN總線發(fā)送給整車控制器。電機控制器日趨集成化，集成形式見右表。電機控制器的外觀如圖所示。2.電機控制器結構電機控制器以IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊為核心，主要由印制電路板組件、三相高壓插接件、直流高壓插接件、IGBT模塊及驅動板組成，電機控制器結構如圖所示。3.電機控制器工作原理電機控制器與驅動電機配套使用，當驅動電機驅動車輛行駛時，電機控制器需將動力電池的直流電轉換為交流電（DC/AC逆變器）供給驅動電機。而當驅動電機作為發(fā)電機回收能量時，電機控制器需將交流電轉換為直流電（AC/DC整流器），為動力電池充電。與此同時，電機控制器通過電流傳感器、電壓傳感器及溫度傳感器實時監(jiān)測自己與驅動電機的工作狀態(tài)，確保電驅系統處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。（1）控制電機工作過程控制電機工作過程：當電機驅動車輛前行或倒退時，動力電池通過高壓配電盒將高壓直流電流向電機控制器，電機控制器將動力電池的高壓直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，供給驅動電機驅動車輛，如上圖所示。在車輛驅動過程中，電機控制器主要起逆變作用，其逆變電路主要由動力電池、絕緣柵雙極型晶體管IGBT1～IGBT6、電機、整車控制器（VCU）等組成。其中VCU控制IGBT的導通和截止。當VCU控制IGBT3和IGBT5導通時，動力電池電流從電池正極流經IGBT3到驅動電機，從W相進、從V相出，通過IGBT5回到動力電池負極形成回路，在驅動電機W相、V相產生磁場，如圖所示。當VCU控制IGBT1和IGBT6導通時，動力電池電流從電池正極流經IGBT1到驅動電機，從U相進、從W相出，通過IGBT6回到動力電池負極形成回路，在驅動電機U相、W相產生磁場，如圖所示。當VCU控制IGBT2和IGBT4導通時，動力電池電流從電池正極流經IGBT2到驅動電機，從V相進、從U相出，通過IGBT4回到動力電池負極形成回路，在驅動電機V相、U相產生磁場，如圖所示。如此連續(xù)不斷的導通變化，在驅動電機繞組中形成連續(xù)的旋轉磁場，根據電機原理，轉子在旋轉磁場作用下形成旋轉轉矩。此外，改變IGBT1～IGBT6的觸發(fā)信號頻率和時間，就能改變逆變器輸入驅動電機定子繞組電流空間相量的相位和幅值，以適應驅動電機的驅動需要。（2）能量回收過程能量回收過程：當車輛減速或制動時，驅動電機轉變?yōu)榘l(fā)電機，向電機控制器輸送三相交流電，電機控制器將驅動電機輸送過來的三相交流電整流成穩(wěn)定的直流電，再通過高壓配電盒輸送到動力電池，為動力電池充電。電機控制器的整流過程如圖所示。在車輛能量回收過程中，電機控制器主要起整流作用，其整流電路主要由動力電池、二極管D1～D6、電機、整車控制器（VCU）等組成。電機控制器主要是利用其二極管的單向導電性能，將電機的三相交流電整流為直流電。電機控制器的整流電路原理如圖所示。四、驅動電機及控制系統故障維修電機控制器主要有電動/發(fā)電模式控制、轉矩控制、故障檢測與保護、CAN通信以及診斷功能。常見故障有內部傳感器損壞、印制電路板失效、IGBT模塊失效等。故障現象均為車輛無法行駛，同時儀表上面的電機故障燈點亮。1.電機控制器總成拆裝電機控制器拆裝步驟如下（先穿戴好高壓安全防護用品）。1）關閉點火開關，拆卸低壓蓄電池負極，并用絕緣膠帶包裹蓄電池負極連接線。2）完成高壓斷電、驗電與放電操作（有維護插接件的，一定要先拆卸維護插接件）。3）放出冷卻液，拆卸電機控制器冷卻液管路，如圖所示。4）拆卸電機控制器低壓線束，如圖所示。5）拆卸電機控制器高壓線束，并用萬用表測量有無剩余電壓，利用放電工裝釋放剩余電壓。6）拆卸電機控制器的固定螺栓，然后取下電機控制器。7）檢查電機控制器線束插接件端子有無彎曲變形或導線環(huán)脫落現象，如圖所示。8）按照與拆卸相反的順序安裝電機控制器，然后添加同型號的冷卻液至規(guī)定的液面高度。9）車輛復位后打開點火開關，檢查上電是否正常，路試車輛運轉是否正常。2.驅動電機檢測驅動電機檢測主要有缺相檢測和絕緣檢測兩種。當在整車上進行驅動電機的任何檢測項目前，必須穿戴高壓安全防護用品，斷開低壓蓄電池負極，拆下維護插接件，并釋放高壓部件的剩余電壓，嚴禁帶電操作。以某車型驅動電機為例，如圖所示。（1）電機缺相檢測電機缺相是指電機內部某相繞組線圈發(fā)生不通電，電阻過大或過小的故障，其主要原因為某相線圈燒蝕、斷路或線束插接件端子燒蝕等。1）拆卸驅動電機高壓配電盒蓋板。2）檢查電機動力電纜接頭有無燒蝕現象，如圖所示。3）拆卸U、V、W三相線，用萬用表電阻檔分別測量UV、VW、UW之間的電阻，相互之間的差值大于0.5Ω即判定為電機缺相，需要更換驅動電機。（2）電機絕緣檢測電機發(fā)生絕緣故障通常是由于電機內部進水、絕緣層受熱失效或繞組燒蝕對地短路等原因引起的。當電機發(fā)生絕緣故障時，往往會報出電機控制器故障或整車絕緣故障，進行電機絕緣檢測時必須斷開高壓線路，用絕緣測試儀對其進行絕緣檢測。1）打開電機配電盒蓋板，拆卸動力電纜，將動力電纜與安裝底座完全分離，如圖所示。2）絕緣表分別測量三相繞組的對地絕緣電阻，測試結果均應大于20MΩ。若低于此值，說明驅動電機損壞，需進行更換。整車控制器（VCU）是新能源汽車三大核心部件之一，是整個車輛的控制中心。不同車型的整車控制器分別如上圖、下圖所示，其主要功能是根據駕駛人的操作意愿和各系統實時狀態(tài)，通過運算分析后做出決策，合理分配動能，控制車輛充電、加減速、能量回收以及故障檢測等工作，使車輛運行在最佳狀態(tài)。任務三檢修整車控制系統（1）汽車行駛控制功能電動汽車的電機必須按照駕駛人意圖輸出驅動或制動力矩。當駕駛人踩下加速踏板或制動踏板，電機要輸出一定的驅動功率或再生制動功率。踏板開度越大，動力電機的輸出功率越大。因此，整車控制系統要合理理解駕駛人的操作；接收整車各子系統的反饋信息，為駕駛人提供決策反饋；對整車各子系統發(fā)送控制指令，以實現車輛的正常行駛。整車控制器的工作流程是：首先進行工況判斷，然后計算出轉矩需求并發(fā)出控制指令，各系統將實時運行信息反饋給VCU，以此來修正控制指令，信息傳送采用CAN總線模式。整車控制系統的功能包括如下幾個方面。（2）整車的網絡化管理在當代汽車中，有眾多電子控制單元和測量儀器，它們之間存在著數據交換，如何讓這種數據交換快捷、有效、無故障的傳輸，為了解決這個問題，德國博世公司于20世紀80年代研制出了控制器局域網（CAN）。在電動汽車中，電子控制單元的功能比傳統燃油車更多、更復雜，因此，CAN總線的應用勢在必行。整車控制器是電動汽車眾多控制器中的一個，是CAN總線中的一個節(jié)點。在整車網絡管理中，整車控制器是信息控制的中心，負責信息的組織與傳輸、網絡狀態(tài)的監(jiān)控、網絡節(jié)點的管理以及網絡故障的診斷與處理。（3）制動能量回饋控制電動汽車以電機作為驅動力矩的輸出機構。電機具有回饋制動的性能，此時電機作為發(fā)電機，利用電動汽車的制動能量發(fā)電，同時將此能量儲存在儲能裝置中，當滿足充電時將能量反充給動力電池的功能需求。在這一過程中，整車控制器根據加速踏板和制動踏板的開度以及動力電池的SOC值來判斷某一時刻能否進行制動能量回饋，如果可以進行，整車控制器向電機控制器發(fā)出制動指令，回收部分能量。（4）整車能量管理和優(yōu)化在電動汽車中，電池除了給電機供電，還要給電動附件供電，因此，為了獲得最大的續(xù)駛里程，整車控制器將負責整車的能量管理，以提高能量的利用率。在動力電池的SOC值比較低的時候，整車控制器將對某些電動附件發(fā)出指令，限制電動附件的輸出功率，以此來增加續(xù)駛里程。（5）車輛狀態(tài)的監(jiān)測和顯示整車控制器對車輛的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并且將各個子系統的信息發(fā)送給車載信息顯示系統，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其各子系統狀態(tài)信息，驅動顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息經過儀表顯示出來。顯示內容包括：電機的轉速、車速，動力電池的電量，故障信息等。（6）故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)視整車電控系統，進行故障診斷。故障指示燈指示出故障類別和部分故障碼。根據故障內容，及時進行相應的安全保護處理。對于不太嚴重的故障，能低速行駛到附近的維修站進行檢修。（7）外接充電管理實現充電的連接，監(jiān)控充電過程，報告充電狀態(tài)，結束充電。（8）診斷設備的在線診斷和下線檢測負責與外部診斷設備的連接和診斷通信，實現UDS診斷服務，包括數據流讀取，故障碼的讀取和清除，控制端口的調試。一、整車控制策略1.整車控制器結構整車控制器包括微控制器、模擬量調理、開關量調理、繼電器驅動、高速CAN總線接口、電源模塊等。整車控制器對新能源汽車動力鏈的各個環(huán)節(jié)進行管理、協調和監(jiān)控，以提高整車能量利用效率，確保整車安全性和可靠性。該整車控制器采集駕駛人駕駛信號，通過CAN總線獲得電機和動力電池系統的相關信息，進行分析和運算，通過CAN總線給出電機控制和電池管理指令，實現整車驅動控制、能量優(yōu)化控制和制動回饋控制。該整車控制器還具有綜合儀表接口功能，可顯示整車狀態(tài)信息；具備完善的故障診斷和處理功能；具有整車網關及網絡管理功能。其工作原理如圖所示。2.整車控制器的整車控制策略整車控制器（VCU）負責采集電機控制系統信號、電池管理系統信號、加速踏板信號和其他部件信號，可以綜合分析駕駛人的駕駛意圖并做出響應判斷，還可以監(jiān)控其他控制器的控制信號，對汽車正常行駛、電池能量管理、故障診斷與處理、車輛狀態(tài)監(jiān)控等功能起著關鍵作用，如圖所示。車載整車控制器的布置如左圖所示。整車控制器通過各種傳感器及控制器反饋的信息，判斷當前車輛所處的運行狀態(tài)，合理控制整車運行情況，整車控制系統結構如右圖所示。（1）起?？刂疲?）再生能量回收控制（2）高壓供電控制（3）電機驅動控制點火開關置于ON檔時，向VCU發(fā)送12V喚醒信號，VCU控制主繼電器給電機控制器和動力電池管理系統供電，通過CAN總線發(fā)送相關命令，完成整車系統的啟動。當整車控制器接收到上電開關、直流充電樁、車載充電機或遠程智能終端的喚醒信號后，直接控制高壓繼電器與高壓系統的吸合或斷開，接通或斷開。整車控制器根據加速踏板位置信號、檔位信號和車速信號計算車輛的目標轉矩，并通過CAN總線發(fā)送轉矩需求指令給電機控制器。再生能量回收控制是在車輛滑行或制動過程中，電機從驅動狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，將車輛的動能轉換為電能儲存在動力電池中。當車輛在滑行或制動時，VCU根據ABS狀態(tài)、動力電池狀態(tài)和制動踏板位置等信號，計算再生能量回收轉矩并發(fā)送指令給電機控制器，啟動再生能量回收控制功能。（5）節(jié)能模式控制整車控制器會根據電機狀態(tài)、加速或制動踏板狀態(tài)、空調狀態(tài)、停車狀態(tài)和節(jié)能（ECO）指令判斷車輛是否能夠進入節(jié)能模式。在ECO模式下，整車的加速性能會有所減弱，在滑行和制動過程中會加大再生能量回收效果。（6）交流充電控制當整車控制器判斷車輛處于慢充模式時，根據動力電池的充電需求，向車載充電機發(fā)送充電指令，動力電池開始充電。（7）快充控制當車輛與快充設備連接時，充電設備發(fā)送充電喚醒信號給整車控制器，然后整車控制器根據充電需求向快充設備發(fā)送充電指令，動力電池開始充電。（8）冷卻系統控制在車輛行駛狀態(tài)下，整車控制器根據電機溫度、IGBT溫度、冷卻液溫度和空調狀態(tài)等信號，控制電子冷卻水泵與散熱器風扇的運轉。（9）動力切斷控制當新能源汽車發(fā)生碰撞、絕緣故障、動力電池過溫/過電壓、驅動電機過電流/過溫等嚴重故障時，整車控制器會及時切斷高壓電路上的繼電器，使動力電池停止輸出電流，以確保人員和車輛的安全。（10）DC/DC變換器控制新能源汽車的基礎電氣系統仍然采用12V供電，由低壓蓄電池進行供電。整車控制器隨時監(jiān)測低壓蓄電池的電量，當電壓降至設定值時，會控制高壓系統上電，通過DC/DC變換器給12V低壓蓄電池充電。（11）高壓上下電控制根據駕駛人對行車鑰匙開關的控制，進行動力電池的高壓接觸器開關控制，以完成高壓設備的電源通斷和預充電控制。上下電流程處理：協調各相關部件的上電與下電流程，包括電機控制器、動力電池管理系統等部件的供電，預充電繼電器、主繼電器的吸合和斷開時間等。（12）防溜車功能控制電動汽車在坡上起步時，駕駛人從松開制動踏板到踩加速踏板的過程中，會出現整車向后溜車的現象。在坡上行駛過程中，如果駕駛人踩加速踏板的深度不夠，整車車速會出現逐漸降到0m/s之后向后溜車現象。為了防止電動車在坡上起步和運行時向后溜車的現象，在整車控制策略中增加了防溜車功能。防溜車功能可以保證整車在坡上起步時，向后溜車距離小于10cm；在整車坡上運行過程中如果動力不足時，整車車速會慢慢降到0m/s，然后保持0m/s，不再向后溜車。（13）電動化輔助系統管理電動化輔助系統包括電動空調、電制動、電動助力轉向。整車控制器應該根據動力電池以及低壓蓄電池狀態(tài)，對DC/DC變換器、電動化輔助系統進行監(jiān)控。（14）車輛狀態(tài)的實時監(jiān)測和顯示整車控制器應該對車輛的狀態(tài)進行實時檢測，并且將各個子系統的信息發(fā)送給車載信息顯示系統，其過程是通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其動力系統及相關電氣附件，相關各子系統狀態(tài)信息驅動顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息通過數字儀表顯示出來。二、高壓附屬系統1.高壓系統結構電動汽車的高壓系統主要包括動力電池、高壓配電盒、快充線束、電機控制器、慢充線束、充電機、DC/DC變換器、PTC加熱器以及空調壓縮機等部件，如上圖所示。電動汽車高壓系統組成如下圖所示。2.高壓配電盒高壓配電盒簡稱高壓盒，是新能源汽車的整車配電裝置。來自于動力電池的高壓直流電通過高壓盒實現電源分配、接通以及斷開的功能控制。高壓配電盒外部連接線路如圖所示。3.DC/DC變換器DC/DC變換器的主要作用是取代傳統燃油車上面的1