模塊二、純電動(dòng)汽車的主要部件及工作原理

模塊二純電動(dòng)汽車的主要部件及工作原理,電動(dòng)汽車應(yīng)用較多的電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)時(shí),雖然在結(jié)構(gòu)上有許多獨(dú)到之處,并具有起步加速牽引力大,控制系統(tǒng)較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但它的整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率低。電動(dòng)汽車使用的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),突出的優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、效率高、調(diào)速范圍寬和基本免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),但其制造成本較高。電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)的性能直接影響著汽車的性能指標(biāo)。純電動(dòng)汽車的常用電源有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。純電動(dòng)汽車的能量管理主要是指電池管理系統(tǒng),它的主要功用是對(duì)電動(dòng)汽車用電池單體及整組進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、充放電、巡檢、溫度監(jiān)測(cè)等。輔助系統(tǒng)主要包括輔助動(dòng)力源、空調(diào)器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、刮水器、收音機(jī)以及照明和除霜裝置等。輔助動(dòng)力源主要由輔助電源和DC/DC功率轉(zhuǎn)換器組成。它的功用是向動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)器及其它輔助設(shè)備提供動(dòng)力。,電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置,電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置取決于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方式,可以有多種多樣。常見的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式如圖2-1（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）所示。,電動(dòng)汽車組成如圖2-2所示,電動(dòng)汽車組成如圖2-2所示。主要包括電源系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)等。動(dòng)力電池輸出電能，通過(guò)電機(jī)控制典型器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力，再通過(guò)減速機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)車輪，使電動(dòng)汽車行駛。一般來(lái)說(shuō)，如果把電動(dòng)汽車看成是一個(gè)大系統(tǒng)，則該系統(tǒng)主要由電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)組成。,圖2-3整車控制原理圖,圖2-3中雙線表示機(jī)械連接；粗線表示電氣連接；細(xì)線表示控制信號(hào)連接；線上的箭頭表示電功率或控制信號(hào)的傳輸方向。來(lái)自加速踏板的信號(hào)輸入電子控制器并通過(guò)控制功率變換器來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。充電器通過(guò)汽車的充電接口向蓄電池充電。,一、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器,1.電源系統(tǒng)電源系統(tǒng))主要包括動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)及輔助動(dòng)力源等，如圖2-4所示。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，是能量的存儲(chǔ)裝置。目前的純電動(dòng)汽車以鋰離子蓄電池為主(包括磷酸鐵鋰離子蓄電池、三元鋰離子蓄電池等)。電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的使用情況，對(duì)動(dòng)力電池的端電壓、內(nèi)阻、溫度、蓄電池電解液濃度、電池剩余電量、放電時(shí)間、放電電流或放電深度等動(dòng)力蓄電池狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并按動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境溫度的要求進(jìn)行調(diào)溫控制，通過(guò)限流控制避免動(dòng)力蓄電池過(guò)充、過(guò)放電，對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行顯示和報(bào)警，其信號(hào)流向輔助系統(tǒng)，并在組合儀表上顯示相關(guān)信息，以便駕駛員隨時(shí)掌握車輛信息。,電源系統(tǒng),電源系統(tǒng)主要包括動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)及輔助動(dòng)力源等，如圖2-4所示。,1）蓄電池的定義和分類（1）定義蓄電池是盛有電解質(zhì)溶液并具有金屬電極，以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器。13）各種儲(chǔ)能器件特性電動(dòng)汽車常用的儲(chǔ)能器件有蓄電池、燃料電池、飛輪電池和超級(jí)電容，有時(shí)也將幾種儲(chǔ)能器件混合起來(lái)使用。其中，蓄電池又包括鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鈉硫蓄電池、鈉氯化鎳蓄電池和鋰離子電池等；燃料電池包括堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、氫離子固體聚合物電解質(zhì)燃料電池(SPEFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等。,衡量?jī)?chǔ)能器件特性常用的指標(biāo)有比能量、能量密度、比功率、功率密度、循環(huán)壽命、快速充電性能、充放電時(shí)間以及價(jià)格。（1)比能量，又稱質(zhì)量能量(Wh/kg)，它代表每千克質(zhì)量的電池能夠提供多少能量；（2)能量密度，又稱體積能量(Wh/L)，它代表每升容積的電池能夠提供多少能量；（3)比功率，又稱質(zhì)量功率(W/kg)，它代表每千克質(zhì)量的電池能夠提供多少功率；（4)功率密度，又稱體積功率(W/L)，它代表每升容積的電池能夠提供多少功率；（5)循環(huán)壽命，表示儲(chǔ)能器件的容量下降至某一規(guī)定數(shù)值（有效使用數(shù)值）之前，電池所經(jīng)歷的某一充放電制度下的充放電的次數(shù)；（6)快速充電性能，用充滿50%、80或100%能量所需的時(shí)間來(lái)表示。,各種儲(chǔ)能器件性能比較，見表2-1。,各種儲(chǔ)能器件性能比較,2.電機(jī)控制器,電機(jī)控制器是驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的控制中心，又稱智能功率模塊（IPM），以IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊為核心，輔以驅(qū)動(dòng)集成電路和主控集成電路。通過(guò)把微電子器件和功率器件集成到同一芯片上，形成了智能功率模塊。對(duì)所有的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息通過(guò)CAN2.0網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器內(nèi)含故障診斷電路，當(dāng)診斷出異常時(shí)，它將激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，發(fā)送給整車控制器，同時(shí)也會(huì)存儲(chǔ)該故障碼和數(shù)據(jù)。,3.驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng),電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)，如圖2-7所示。一般地，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電子控制器、功率變換器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪等部分構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能進(jìn)而推進(jìn)汽車行駛，并能夠在汽車減速制動(dòng)或者下坡時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)或直驅(qū)動(dòng)車輪。,發(fā)電電動(dòng)狀態(tài)控制策略，圖2-8,在SRM雙向控制系統(tǒng)中，采用了發(fā)電電動(dòng)狀態(tài)控制策略如圖2-8所示。SRM的動(dòng)作過(guò)程可分為發(fā)電過(guò)程和電動(dòng)過(guò)程，分別對(duì)應(yīng)于電動(dòng)汽車的制動(dòng)、滑行以及正常行駛過(guò)程，而將電動(dòng)汽車制動(dòng)、滑行時(shí)的能量回收到儲(chǔ)能裝置中，即能量的再生回饋；發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)切換的。在整個(gè)發(fā)電習(xí)饋過(guò)程中，由于SRM本體結(jié)構(gòu)特殊，其定子繞組既是勵(lì)磁繞組又是電樞繞組，故其勵(lì)磁與續(xù)流（發(fā)電）過(guò)程必須采用周期性分時(shí)控制。其勵(lì)磁過(guò)程是可控的，但續(xù)流（發(fā)電）過(guò)程不可控，因而采用電流斬波控制來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁階段的勵(lì)磁電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電過(guò)程的控制。而電動(dòng)過(guò)程采用電壓斬波控制，以調(diào)節(jié)電樞平均電壓從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。,驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性比較表表2-1,隨著電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)要求的不斷提高，永磁同步電機(jī)具有效率高、比功率密度大、功率因數(shù)高、可靠性高和便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(CPMSM)在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車上的應(yīng)用逐步增多,見表2-1。,4.整車控制器,4.整車控制器整車控制器是純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)車輛整體運(yùn)行狀況的控制、協(xié)調(diào)和監(jiān)控。其主要功能包括車輛運(yùn)行控制、能量管理、車輛運(yùn)行狀態(tài)顯示、整車網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷和處理等。整車控制系統(tǒng)是一個(gè)基于CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜分布式控制系統(tǒng)。整車控制器接收傳感器信號(hào)和駕駛員的操作信號(hào)，按照設(shè)定的控制策略，向驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊、電池管理系統(tǒng)、車身控制模塊等控制單元發(fā)送控制命令，并通過(guò)液晶顯示單元進(jìn)行車輛狀態(tài)顯示。對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收利用是整車控制器的一項(xiàng)重要功能。,5.輔助系統(tǒng),5.輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)包括車載信息顯示系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)、照；明及除霜裝置、刮水器和收音機(jī)等，如圖2-10所示，借助這些輔助設(shè)備來(lái)提高汽車的操縱性和成員的舒適性。,6.真空助力制動(dòng)系統(tǒng),6.真空助力制動(dòng)系統(tǒng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)轎車的制動(dòng)系統(tǒng)真空助力裝置的真空源來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，而純電動(dòng)汽車沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)總成，制動(dòng)系統(tǒng)由于沒(méi)有真空動(dòng)力源而喪失真空助力功能，僅由人力所產(chǎn)生的制動(dòng)力無(wú)法滿足行車制動(dòng)的需要，因此制動(dòng)系統(tǒng)真空助力裝置的核心問(wèn)題是產(chǎn)生足夠壓力的真空源，滿足純電動(dòng)轎車制動(dòng)系統(tǒng)需求。1）系統(tǒng)分析與組成真空助力制動(dòng)系統(tǒng)采用電壓力開關(guān)為系統(tǒng)壓力檢測(cè)器件，真空泵控制器檢測(cè)到系統(tǒng)壓力不足時(shí)，電壓力開關(guān)斷開，啟動(dòng)電動(dòng)真空泵為真空儲(chǔ)氣罐抽真空；當(dāng)真空儲(chǔ)氣罐內(nèi)部氣壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，控制器控制電動(dòng)真空泵停止工作。,6.真空助力制動(dòng)系統(tǒng),系統(tǒng)采用電壓力開關(guān)為系統(tǒng)壓力檢測(cè)器件，當(dāng)系統(tǒng)壓力不足時(shí)，電壓力開關(guān)斷開，啟動(dòng)電動(dòng)真空泵為真空儲(chǔ)氣罐抽真空；當(dāng)真空儲(chǔ)氣罐內(nèi)部氣壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電動(dòng)真空泵停止工作。為純電動(dòng)車設(shè)計(jì)的電助力制動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖，如圖2-11所示。,2）控制器控制系統(tǒng)組成,2）控制器控制系統(tǒng)組成在電助力制動(dòng)系統(tǒng)中，真空泵控制器為核心器件。基于純電動(dòng)車設(shè)計(jì)的電助力制動(dòng)系統(tǒng)控制器采用Freescale公司生產(chǎn)的MC9S08系列單片機(jī)為測(cè)量控制單元，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。電壓力開關(guān)的輸出信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路輸入至單片機(jī)，控制器采用掃描方式獲得單片機(jī)IO管腳狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到電壓力開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)變時(shí)，控制單元立即響應(yīng)當(dāng)前管腳狀態(tài)值，輸出相應(yīng)的信號(hào)控制真空泵的工作狀態(tài)。,3）系統(tǒng)模式識(shí)別與轉(zhuǎn)換,3）系統(tǒng)模式識(shí)別與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包含控制器初始化、正常工作模式、有通信故障模式與無(wú)通信故障模式共4種工作模式，系統(tǒng)模式轉(zhuǎn)換圖如圖2-13所示。系統(tǒng)上電后，完成控制器自檢與初始化，以1ms為周期實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力開關(guān)與真空泵工作電流，系統(tǒng)上電100ms后控制器進(jìn)入正常模式。,7.純電動(dòng)汽車整車上下電控制,7.純電動(dòng)汽車整車上下電控制純電動(dòng)汽車(EV)以動(dòng)力蓄電池組作為唯一動(dòng)力源，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為唯一動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。蓄電池工作電壓高達(dá)幾百伏，當(dāng)發(fā)生高壓電路絕緣失效或短路等故障時(shí)，會(huì)直接影響駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)以及車載用電器的安全。因此，在使用純電動(dòng)汽車時(shí)，要充分考慮高壓動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)整車和人員的電氣安全性，確保車輛運(yùn)行安全、駕駛?cè)藛T安全和車輛運(yùn)行環(huán)境安全。目標(biāo)車型鑰匙門開關(guān)設(shè)置為兩擋:OFF擋、ON擋；整車擋位設(shè)置為:前進(jìn)擋(D擋)、空擋(N擋)、倒擋(R擋)。h頁(yè)表1為各主要部件縮略語(yǔ)及其定義。表2為各變量名稱及說(shuō)明。,表2-2各變量名稱及說(shuō)明,表2-2各變量名稱及說(shuō)明,1）整車上下電控制,1）整車上下電控制(1)整車模式說(shuō)明基于鑰匙門位置設(shè)置，進(jìn)行上下電控制，實(shí)現(xiàn)整車控制系統(tǒng)初始化、自檢、充電狀態(tài)判斷等功能。目標(biāo)車型整車控制器由低壓蓄電池供電，其上電下電狀態(tài)由儀表板上的低壓開關(guān)進(jìn)行控制。整車模式分為外接充電模式、非充電模式和緊急停機(jī)模式。系統(tǒng)充電狀態(tài)和非充電狀態(tài)由充電連接線進(jìn)行判斷，充電線已連接為充電狀態(tài)，否則為非充電狀態(tài)，緊急停車模式為整車處于最高故障等級(jí)進(jìn)行下電處理。整車運(yùn)行模式管理如下頁(yè)圖2-14所示:,整車運(yùn)行模式管理,整車運(yùn)行模式管理如下頁(yè)圖2-14所示:,邏輯圖圖2-17,在緊急故障模式下，主要處理高壓電的緊急下電和對(duì)低壓電進(jìn)行處理，具體邏輯圖如下頁(yè)圖2-17所示。純電動(dòng)汽車整車上下電控制策略的核心就是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)高壓電路通斷的控制，在此過(guò)程中要準(zhǔn)確高效的對(duì)上下電進(jìn)行控制，達(dá)到既能快速響應(yīng)駕駛員動(dòng)作，又可以保證整車在上電、下電過(guò)程安全性的目的。對(duì)于上電、下電控制策略的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以整車控制器為控制核心的純電動(dòng)汽車常規(guī)上下電、緊急下電等關(guān)鍵功能，該策略能準(zhǔn)確診斷出整車動(dòng)力系統(tǒng)的高壓故障并迅速做出相應(yīng)處理，為整車控制器及相應(yīng)的高低壓設(shè)備調(diào)試奠定了基礎(chǔ)，對(duì)于提高整車動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行安全、駕駛員安全和車輛運(yùn)行環(huán)境安全具有指導(dǎo)意義。,8.純電動(dòng)汽車AMT變速器,8.純電動(dòng)汽車AMT變速器AMT（AutomaticMechanicalTransmission)機(jī)械式自動(dòng)變速器是在傳統(tǒng)的有級(jí)固定軸式機(jī)械齒輪變速器和干式摩擦離合器上增加了自動(dòng)變速操作系統(tǒng)，使其在繼承傳統(tǒng)手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維修制造的優(yōu)點(diǎn)上，同時(shí)具有了自動(dòng)變速器良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性、減輕駕駛員疲勞強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。AMT變速器主要包括變速器、變速器控制單元TCU（TransmissionControlUnit)、傳感器、離合器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,1）純電動(dòng)汽車AMT變速器工作原理AMT機(jī)械式自動(dòng)變速器是通過(guò)電子控制單元實(shí)現(xiàn)選換檔操作的，在傳統(tǒng)的機(jī)械式手動(dòng)變速器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用電子技術(shù)和模糊控制理論，實(shí)現(xiàn)離合器與選換檔等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配合，從而達(dá)到自動(dòng)換檔的目的。2）純電動(dòng)汽車AMT變速器優(yōu)缺點(diǎn)與傳統(tǒng)手動(dòng)變速器MT相比，如表2-4所示，AMT變速器取消了部分機(jī)械結(jié)構(gòu)，如換檔手柄和變速器之間的機(jī)械連接、離合器踏板等，有效減輕了駕駛員的操作疲勞強(qiáng)度，提高了車輛的舒適性。再者，系統(tǒng)按照最佳換檔規(guī)律、優(yōu)秀駕駛員的操作習(xí)慣而設(shè)定的換檔選擇，提升了車輛的使用壽命，降低了油耗。,3）純電動(dòng)汽車AMT變速器換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)純電動(dòng)汽車所有動(dòng)力源均來(lái)自電池組，其與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的不同還包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。針對(duì)本課題所研究的純電動(dòng)汽車AMT選換檔系統(tǒng)，主要包括:電池及其管理系統(tǒng)BMS(BatteryManagementSystem)、整車控制器TCU、換檔控制器、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)及換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示器等。純電動(dòng)汽車AMT變速器換檔系統(tǒng)具體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖2-19所示。,純電動(dòng)汽車AMT選換檔控制系統(tǒng)主要包含以下四個(gè)部分:(1)控制對(duì)象:換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變速器;(2)執(zhí)行部件:絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)、伺服驅(qū)動(dòng)器及無(wú)刷直流電機(jī);(3)通信單元:CAN通信模塊;(4)控制單元:STM32FB106微處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、故障診斷電路模塊、顯示報(bào)警電路模塊、時(shí)鐘電路模塊和存儲(chǔ)電路模塊等；特別需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，通常的純電動(dòng)汽車AMT換檔控制系統(tǒng)是應(yīng)包含各種傳感器，如油門踏板傳感器、車速傳感器、選換檔機(jī)構(gòu)位置傳感器等，AMT換檔控制系統(tǒng)是基于TCU控制器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的換檔控制及換檔檢測(cè)，所以只需通過(guò)CAN通信模塊實(shí)現(xiàn)與整車控制器的通信以獲得車輛的狀態(tài)信息及選換檔的控制策略信息。,二、純電動(dòng)汽車工作原理,1.純電動(dòng)汽車工作原理電池通過(guò)控制系統(tǒng)向電動(dòng)機(jī)供電，在電動(dòng)機(jī)中將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力并傳給系統(tǒng)，最后傳送給驅(qū)動(dòng)車輪，使驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)與地面間的相互作用產(chǎn)生使汽車行使的牽引力，如圖2-20所示。由駕駛員操縱的加速踏板帶有傳感器，將加速踏板的位置變成電信號(hào)送入電子控制器（ECU），從而控制汽車的行駛速度。由駕駛員操縱的制動(dòng)踏板也帶有傳感器，當(dāng)汽車減速或制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板位置傳感器將信號(hào)傳送給主控制器，后者識(shí)別信號(hào)和汽車行駛狀態(tài)后發(fā)出指令，使汽車進(jìn)入減速滑行、減速再生制動(dòng)、再生或機(jī)械聯(lián)合制動(dòng)或機(jī)械制動(dòng)等狀態(tài)。,電池通過(guò)控制系統(tǒng)向電動(dòng)機(jī)供電，在電動(dòng)機(jī)中將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力并傳給系統(tǒng)，最后傳送給驅(qū)動(dòng)車輪，使驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)與地面間的相互作用產(chǎn)生使汽車行使的牽引力，如圖2-20所示。,2.純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成,1）純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖2-21所示，主要由中央控制單元、驅(qū)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。為適應(yīng)駕駛?cè)说膫鹘y(tǒng)操縱習(xí)慣，純電動(dòng)汽車仍保留了加速踏板、制動(dòng)踏板及有關(guān)操縱手柄或按鈕等。不過(guò)在電動(dòng)汽車上是將加速踏板、制動(dòng)踏板的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)輸入到中央控制單元采對(duì)汽車的行駛實(shí)行控制的。對(duì)于擋位變速桿，為遵循駕駛?cè)说膫鹘y(tǒng)習(xí)慣，一般仍需保留，同樣除傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式外也就只有前進(jìn)擋、停車、停車擋、倒擋位，并且以開關(guān)信號(hào)傳輸?shù)街醒肟刂茊卧獊?lái)對(duì)汽車進(jìn)行前進(jìn)、停車、倒車控制。,純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖2-21所示，主要由中央控制單元、驅(qū)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。（1）中央控制單元中央控制單元不僅是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制中心，還要對(duì)整輛純電動(dòng)汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。它根據(jù)加速踏板與制動(dòng)踏板的輸入信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)控制。在純電動(dòng)汽車減速和下坡滑行時(shí)，中央控制單元配合車載電源模塊的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電回饋，使蓄電池反向充電。對(duì)于與汽車行駛狀況有關(guān)的速度、功率、電壓、電流及有關(guān)故障診斷等信息，還需傳輸?shù)捷o助模塊的駕駛室顯示操縱臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字或模擬顯示，也可采用液晶屏幕顯示來(lái)提高其信息量。,（2）驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)控制器的功能是按中央控制單單元的指令和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度、電流反饋信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)控制器與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)必須配套使用，目前對(duì)電動(dòng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速主要采用調(diào)壓、調(diào)頻等方式，這主要取決于所選用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)類型。（3）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在純電動(dòng)汽車中被要求承擔(dān)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；而在減速和下坡滑行時(shí)又被要求進(jìn)行發(fā)電，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。（4）車載電源模塊電源電源模塊主要包括蓄電池電源、能量管理系統(tǒng)和充電控制器等。它的功用是向電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電能、監(jiān)測(cè)電源使用情況以及控制充電機(jī)向蓄電池充電。（5）輔助模塊輔助系統(tǒng)主要包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室顯示操縱臺(tái)和各種輔助裝置等。輔助系統(tǒng)除輔助動(dòng)力源外，依據(jù)不同車型而不同。（6）機(jī)械傳動(dòng)裝置純電動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)裝置的作用是，將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，從而帶動(dòng)汽車車輪行駛。,2.純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置,2.純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置由于純電動(dòng)汽車是單純用蓄電池作為驅(qū)動(dòng)能源的汽車，采用合理的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式來(lái)充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是尤其重要的。純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置的原則是，符合車輛動(dòng)力學(xué)對(duì)汽車重心位置的要求，并盡可能降低車輛質(zhì)心高度。,3.純電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池的管理技術(shù),由于動(dòng)力電池能量和端電壓的限制，純電動(dòng)汽車需要采用多塊電池進(jìn)行串、并聯(lián)組合，但是由于動(dòng)力電池特性的非線性和時(shí)變性，以及復(fù)雜的使用條件和苛刻的使用環(huán)境，在純電動(dòng)汽車使用過(guò)程中,要使動(dòng)力電池工作在合理的電壓、電流、溫度范圍內(nèi)，純電動(dòng)汽車上動(dòng)力電池使用都需要進(jìn)行有效管理，對(duì)于鎳氫電池和鋰離子電池，有效的管理尤其需要，如果管理不善，不僅可能會(huì)顯著縮短動(dòng)力電池的使用壽命，還可能引起著火等嚴(yán)重安全事故，因此，動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)成為電動(dòng)汽車的必備裝置。,1）動(dòng)力蓄電池管理任務(wù)動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)與電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池緊密結(jié)合在一起，對(duì)動(dòng)力電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行時(shí)刻檢測(cè),同時(shí)還進(jìn)行漏電檢測(cè)、熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量、放電功率，報(bào)告SOC（stateofcharge）、SOH（stateofhealth，性能狀態(tài)，也稱健康狀態(tài)），還根據(jù)動(dòng)力電池的電壓、電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程，以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電流的充電，通過(guò)CAN總線接口與車載總控制器、電動(dòng)機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。,BMS的主要任務(wù)及相應(yīng)的傳感器輸入和輸出控制如表2-6所示。通常在車輛運(yùn)行過(guò)程中，能夠通過(guò)傳感器直接測(cè)量得到的參數(shù)僅有動(dòng)力電池端電壓U、動(dòng)力電池工作電流I、動(dòng)力電池的溫度T，而車輛動(dòng)力系統(tǒng)控制需要用到的物理量包括電池當(dāng)前的SOC、電池當(dāng)前的SOH、最大可充放電功率等，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)內(nèi)部各物理量之間的關(guān)系如圖2-31(b)所示。在車載動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中，熱管理技術(shù)、準(zhǔn)確的荷電狀態(tài)SOC和性能狀態(tài)（SCH）在線實(shí)時(shí)估計(jì)技術(shù)具有較大的難度，是其核心技術(shù)。,2）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組成及工作模式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)一般包括動(dòng)力電池組、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)控制單元MCU、動(dòng)力電池單體電壓和溫度信號(hào)采集模塊(BMU模塊)、總電流及總電壓信號(hào)采集模塊（UI模塊）、整車通信模塊(模塊1)、高壓電安全系統(tǒng)(高壓接觸器、熔斷器)及電流均衡模塊（模塊2）、熱管理系統(tǒng)和檢測(cè)單元（電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器)等，圖2-32所示為兩種典型的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)方案。如圖2-33所示，高壓接觸器包括B+接觸器*、B-接觸器、預(yù)充接觸器、直流轉(zhuǎn)換器(用于向低壓電池及車載低壓設(shè)備供電)接觸器及車載充電器接觸器。,如圖2-33所示，高壓接觸器包括B+接觸器*、B-接觸器、預(yù)充接觸器、直流轉(zhuǎn)換器(用于向低壓電池及車載低壓設(shè)備供電)接觸器及車載充電器接觸器。,動(dòng)力電池管理系統(tǒng)可工作于下電模式、準(zhǔn)備模式、放電模式、充電模式和故障模式5種工作模式下。（1）下電模式下電模式是整個(gè)系統(tǒng)的低壓與高壓處于不工作狀態(tài)的模式。在下電模式下，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)控制的所有高壓接觸器均處于斷開狀態(tài)；低壓控制電源處于不供電狀態(tài)。下電模式屬于省電模式。（2）準(zhǔn)備模式在準(zhǔn)備模式下，系統(tǒng)所有的接觸器均處于未吸合狀態(tài)。在該模式下，系統(tǒng)可接受外界的點(diǎn)火開關(guān)、整車控制器、電動(dòng)機(jī)控制器、充電插頭開關(guān)等部件發(fā)出的硬線信號(hào)或受CAN報(bào)文控制的低壓信號(hào)來(lái)控制各高壓接觸器，從而使動(dòng)力電池管理系統(tǒng)進(jìn)入所需工作模式。,（3）放電模式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到點(diǎn)火開關(guān)的高壓上電信號(hào)(Key-ST信號(hào))后，系統(tǒng)首先閉合B-接觸器，由于電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，為防止過(guò)大的電流沖擊，B-接觸器閉合后即閉合預(yù)充接觸器進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)；當(dāng)預(yù)充電容兩端電壓達(dá)到母線電壓的90%時(shí)，立即閉合B+接觸器并斷開頂充接觸器進(jìn)入放電模式。目前汽車常用低壓電源由12V的鉛酸蓄電池提供，不僅可為低壓控制系統(tǒng)供電，還需為助力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)、刮水器電動(dòng)機(jī)、安全氣囊及后視鏡調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)等提供電源。為保證低壓蓄電池能持續(xù)為整車控制系統(tǒng)供電，低壓蓄電池需有充電電源，而直流轉(zhuǎn)換器接觸器的開啟即可滿足這一需求，因此，當(dāng)動(dòng)力電池系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時(shí)，B+接觸器閉合后即閉合直流轉(zhuǎn)換器接觸器，以保證低壓電源持續(xù)供電。,（4）充電模式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)檢測(cè)到充電喚醒信號(hào)(ChargeWakeUp)時(shí)，系統(tǒng)即進(jìn)入充電模式。在該模式下，B-接觸器與車載充電器接觸器閉合，同時(shí)為保證低壓控制電源持續(xù)供電，直流轉(zhuǎn)換器接觸器仍需處于工作狀態(tài)。在充電模式下，系統(tǒng)不響應(yīng)點(diǎn)火開關(guān)發(fā)出的任何指令，充電插頭提供的充電喚醒信號(hào)可作為充電模式的判定依據(jù)。（5）故障模式故障模式是控制系統(tǒng)中常出現(xiàn)的一種狀態(tài)。由于車用動(dòng)力電池的使用關(guān)系到用戶的人身安全，因而系統(tǒng)對(duì)于各種相應(yīng)模式總是采取“安全第一”的原則。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)對(duì)于故障的響應(yīng)還需根據(jù)故障等級(jí)而定，當(dāng)其故障級(jí)別較低時(shí)，系統(tǒng)可采取報(bào)錯(cuò)或者發(fā)出報(bào)警信號(hào)方式告知駕駛?cè)?；而?dāng)故障級(jí)別較高，甚至伴隨有危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)將采取斷開高壓接觸器的控制策略。,3）動(dòng)力電池組的均衡充電管理和熱管理由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組中眾多動(dòng)力電池之間存在制造工藝、材質(zhì)、使用環(huán)境、接線方式等差異，單個(gè)電池之間存在容量、端電壓和內(nèi)阻的不一致在所難免，使用充電機(jī)直接為電池組送行至預(yù)充電，必然導(dǎo)致單個(gè)電池之間不一致性的加劇，出現(xiàn)個(gè)別電池的過(guò)電壓充電。同樣，單個(gè)電池間不一致性的存在也會(huì)導(dǎo)致電池組放電過(guò)程中的個(gè)別電池的過(guò)放電。,（2）動(dòng)力電池組的熱管理由于動(dòng)力電池的充放電特性在很大程度上取決于電池電解液的溫度，所以BMS的一個(gè)重要作用是在動(dòng)為電池出充放電過(guò)程中將電池組的溫度保持在正常的工作溫度范圍內(nèi)心，動(dòng)力電池的充放電是典型的電化學(xué)過(guò)程，其伴生的反應(yīng)熱很容易引起動(dòng)力電池組內(nèi)部的溫升及一定的溫差，如果不及時(shí)散熱，對(duì)動(dòng)力電池的安全性、可靠性及動(dòng)力電池壽命都有很大的影響。因此在熱管理方面主要面臨的問(wèn)題有，充放電時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱如何散發(fā)；電池組模塊內(nèi)部單體之間的溫度如何均衡；寒冷環(huán)境下，如何將電池預(yù)熱到設(shè)定的溫度范圍。影響動(dòng)力電池?zé)峁芾淼囊蛩刂饕óa(chǎn)熱率、電池形狀、冷媒類型、冷媒流速、流道厚度等。目前車載動(dòng)力電池主要考慮外部散熱結(jié)構(gòu),很少將動(dòng)力電池內(nèi)部傳熱與外部散熱過(guò)程耦合分析，因此無(wú)法從根本上控制電池散熱所帶來(lái)的負(fù)面影響。從控制的角度看，目前的動(dòng)力電池組熱管理系統(tǒng)可以分為前提冷卻法、液體冷卻法、相變材料冷卻法、熱管冷卻法及一些帶加熱的熱管理系統(tǒng)。,4）電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能動(dòng)力型電池組是純電動(dòng)汽車唯一的動(dòng)力來(lái)源，對(duì)電池組進(jìn)行有效管理是純電動(dòng)汽車整車能量管理的重要內(nèi)容。作為純電動(dòng)汽車項(xiàng)目的另一個(gè)研究方向，電池管理系統(tǒng)(BMS)是直接進(jìn)行電池管理的控制單元，同時(shí)也是整車能量管理系統(tǒng)的重要組成部分。整車控制器通過(guò)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池進(jìn)行有效管理。并且通過(guò)電池管理系統(tǒng)獲取電池信息，為整車能量的優(yōu)化控制提供參考。,電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能有：對(duì)電池信息進(jìn)行采集。準(zhǔn)確采集電池組的充放電電流、電壓、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，將電池組的信息通過(guò)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器。進(jìn)行電池SOC估算。整車控制器在進(jìn)行整車能量管理時(shí)，必須考慮電池組狀態(tài)。電池剩余電量SOC(StateOfCharge)是衡量電池狀態(tài)的重要指標(biāo)，表示電池當(dāng)前剩余電量與額定電量的比值。如何根據(jù)電池的端電壓，充放電電流，內(nèi)阻等參數(shù)對(duì)電池剩余容量進(jìn)行估計(jì)是電池管理系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。對(duì)電池組進(jìn)行充放電控制。對(duì)電池組進(jìn)行充放電控制對(duì)于保證電池組安全工作，防止電池過(guò)度充放電有著重要意義。整車控制器通過(guò)對(duì)電池管理系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)電池的充放電轉(zhuǎn)換。,故障診斷及處理。動(dòng)力型電池組的運(yùn)行環(huán)境非常惡劣復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障必然會(huì)導(dǎo)致電池性能的下降，情況嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致電池報(bào)廢甚至爆炸。因此，電池管理系統(tǒng)必須具備及時(shí)預(yù)防故障和及時(shí)處理故障的能力。動(dòng)力型電池組可能出現(xiàn)的故障主要有:過(guò)充、過(guò)放、過(guò)溫、過(guò)流、容量過(guò)高、容量過(guò)低等。電池管理系統(tǒng)的故障診斷及處理是實(shí)現(xiàn)電池組安全工作的重要保障。對(duì)電池組進(jìn)行均衡控制。鏗電池組單體間的不一致型是固有的，為了延長(zhǎng)電池的使用壽命，電池管理系統(tǒng)需要提供均衡措施盡量減小單體電池之間的差異。對(duì)動(dòng)力型鏗電池組進(jìn)行