北汽纯电动汽车的工作原理与故障诊断
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电池单体：构成动力电池模块的最小单元。
电池模块：一组并联的电池单体的组合，该组合额定电压与电池 单体的额定电压相等，是电池单体在物理结构和电路上连接起来的最 小分组，可作为一个单元替换。
模组：由多个电池模块或单体电芯串联组成的一个组合体。
除此之外，动力电池包内部还有电池管理系统（BMS）等一些主 要部件。
动力电池系统内的BMS 实时采集各电芯的电压、各温度传感器 的温度值、电池系统的总电压值和总电流值等数据，时时监控动力电 池的工作状态，并通过 CAN 线与整车控制器（VCU，参见电控部分 的整车控制器相关内容）或充电机之间进行通信，获得电能需求和故 障信息，对动力电池系统的充放电进行综合管理。
2.电机
北汽纯电动汽车的 工作原理与故障诊断
知识目标
1.了解北汽纯电动汽车的结构和工作原理。 2.理解北汽纯电动汽车的故障诊断方法。
能力目标
1.能在现场掌握北汽纯电动汽车的结构及工作 原理。
2.能在现场掌握北汽纯电动汽车故障的诊断方 法。
内容：
一、北汽纯电动汽车动力系统的组成及运行 二、北汽纯电动汽车驱动电机故障诊断 三、北汽纯电动汽车无法正常行驶故障诊断 四、北汽纯电动汽车其他故障诊断
（3）可以快速地补充能量。要有足够的充电或者换电速度，否则车辆的 行驶会受到较大限制，将只适用于城市内的通勤。
（4）较低的平均使用成本。由于在纯电动汽车的行驶过程中，电池处在 频繁的充电和放电的状态，这对电池的循环寿命有较高要求，因而电池的寿 命和价格综合起来要有竞争力。
北汽EV200纯电动汽车使用的电池被整合为动力电池包 后安装于汽车底盘下部，其安装位置如图6-2所示。
相比于传统的燃油汽车，纯电动汽车的结构相对简单，控制上也 更加灵活方便。北汽EV200的一些主要控制器都安装在引擎盖下，其 安装位置如图6-1所示。
电机控制器是直接控制电机运转的核心部件，它接受整车控制器 的命令，并向电机发出三相交流电，控制电机的旋转。
图6-1北汽EV200主要部件安装位置 1—电机控制器； 2—高压控制盒； 3— DC/DC转换器； 4—车载 充电机
对于纯电动汽车来说，蓄电池所处的位置较为特殊，其选用上需要依 照一定的标准进行，优秀的蓄电池应该具有的特性如下：
（1）足够的能量密度。只有在单位体积（体积比能量）或单位质量（能 量密度）下能够存储足够多的能量，才能在电池充满后行驶较长的里程，同 时电池的质量和体积才能够尽可能小。
（2）足够的功率密度。只有在单位体积单位质量下能够产生足够大的功 率，才能使车辆在加速和上坡时产生足够的动能。
纯电动汽车的电机相当于普通燃油汽车的发动机，是车辆行驶的主 要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性 、经济性和用户驾乘感受，因而其在电动车上的地位至关重要。目前， 纯电动汽车上使用的多为三相交流电机。
车型 动力电池包电压 动力电池包容量 动力电池包电量 普通充电时间 快速充电时间
能量密度 体积比能量
EV200 332V 91.5Ah 30.4kWh 8～9h
1h 104Wh/kg 127Wh/L
高压蓄电池的内部构造如图6-4所示。 图6-4 高压蓄电池的内部构造
可以看到其中有很多动力电池模组，与动力电池模组有关的一些 概念如下：
1.电池
纯电动汽车的电池相当于普通燃油汽车的油箱，为汽车运行提供 全部能量。目前使用较多的是锂离子电池。
锂离子电池的工作原理简单来讲，就是嵌入蓄电池正负极板上的 锂离子在电池内部电动势的作用下，从某一极板脱离并在电池内部经 过电解液穿过隔离物到达另一极板并嵌入的过程。在放电过程中，锂 离子从负极（阴极）运动到正极（阳极）；充电过程则正好相反，锂 离子从正极（阳极）运动到负极（阴极）。
使用锂离子电池的过程中，要注意锂离子电池不能被过充和过放。 这是因为如果锂离子电池位于正负极的锂离子被完全移动到另一极， 那么在下一次充放电时就无法保证锂离子畅通嵌入通道，从而造成电 池寿命缩短。因而，为保证正负极板中的锂离子在充放电后留有部分 锂离子，也就是锂离子电池不能过充过放电，需要严格限制充电终止 电压和放电终止电压。
图6-2 高压蓄电池安装部位
EV200使用的是由 BESK生产的三元锂电池， 相比大多数纯电动汽车使用 的磷酸铁锂电池而言，这种 电池具有更高的能量密度、 更长的寿命、更轻的质量等 优势，但是其造价较高。其 外部形状如图6-3所示。
图6-3 高压蓄电池的外部形状
高压蓄电池的基本参数见表6-1。
表6-1 高压蓄电池的基本参数
北汽纯电动汽车主要由北京新能源汽车股份有限公司（简称“北汽 新能源”）设计并制造。北汽新能源隶属于北京汽车集团有限公司，是 一家以环保乘用车为主要经营范围的新能源科技公司。
北京新能源汽车股份有限公司成立以来，成功打造了EH、EU、EX 、EV、EC五个系列的纯电动汽车产品，并推出了多种车型，其生产的纯 电动汽车在市场上已有较高的占有率。
BMS是电池保护和管理的核心部件，它相当于动力电池系统的大 脑，不仅要保证电池安全可靠地使用，而且要充分发挥电池的能力和 延长使用寿命。它通过控制接触器控制动力电池组的充放电，从而成 为电池和整车控制器以及驾驶员之间沟通的桥梁。
BMS通过电压、电流及温度检测等功能实现对动力电池系统的过 压、欠压、 过流、过高温和过低温保护、继电器控制、SOC 估算、 充放电管理、均衡控制、故障报警及处理、与其他控制器进行通信等 功能。此外，电池管理系统还具有高压回路绝Baidu Nhomakorabea检测功能，以及为动 力电池系统加热功能。
本模块主要以北京新能源汽车股份有限公司生产的EV200纯电动车 型为例，详细介绍北汽纯电动汽车的工作原理与故障诊断方法。
一、北汽纯电动汽车动力系统的组成及运行
任何纯电动汽车都离不开三大核心部件，即电池、电机、电控系统， 北汽纯电动汽车也不例外。相比于传统的燃油汽车，电池相当于储存 汽油或柴油的油箱，电机相当于汽油/柴油发动机，电控系统则与传统 燃油汽车的电控系统类似，只是传统燃油汽车的电控系统控制的是燃 油、发动机和一系列控制器，而纯电动汽车上的电控系统控制的是电 池、电机和一系列控制器。
电池模块：一组并联的电池单体的组合，该组合额定电压与电池 单体的额定电压相等，是电池单体在物理结构和电路上连接起来的最 小分组，可作为一个单元替换。
模组：由多个电池模块或单体电芯串联组成的一个组合体。
除此之外，动力电池包内部还有电池管理系统（BMS）等一些主 要部件。
动力电池系统内的BMS 实时采集各电芯的电压、各温度传感器 的温度值、电池系统的总电压值和总电流值等数据，时时监控动力电 池的工作状态，并通过 CAN 线与整车控制器（VCU，参见电控部分 的整车控制器相关内容）或充电机之间进行通信，获得电能需求和故 障信息，对动力电池系统的充放电进行综合管理。
2.电机
北汽纯电动汽车的 工作原理与故障诊断
知识目标
1.了解北汽纯电动汽车的结构和工作原理。 2.理解北汽纯电动汽车的故障诊断方法。
能力目标
1.能在现场掌握北汽纯电动汽车的结构及工作 原理。
2.能在现场掌握北汽纯电动汽车故障的诊断方 法。
内容：
一、北汽纯电动汽车动力系统的组成及运行 二、北汽纯电动汽车驱动电机故障诊断 三、北汽纯电动汽车无法正常行驶故障诊断 四、北汽纯电动汽车其他故障诊断
（3）可以快速地补充能量。要有足够的充电或者换电速度，否则车辆的 行驶会受到较大限制，将只适用于城市内的通勤。
（4）较低的平均使用成本。由于在纯电动汽车的行驶过程中，电池处在 频繁的充电和放电的状态，这对电池的循环寿命有较高要求，因而电池的寿 命和价格综合起来要有竞争力。
北汽EV200纯电动汽车使用的电池被整合为动力电池包 后安装于汽车底盘下部，其安装位置如图6-2所示。
相比于传统的燃油汽车，纯电动汽车的结构相对简单，控制上也 更加灵活方便。北汽EV200的一些主要控制器都安装在引擎盖下，其 安装位置如图6-1所示。
电机控制器是直接控制电机运转的核心部件，它接受整车控制器 的命令，并向电机发出三相交流电，控制电机的旋转。
图6-1北汽EV200主要部件安装位置 1—电机控制器； 2—高压控制盒； 3— DC/DC转换器； 4—车载 充电机
对于纯电动汽车来说，蓄电池所处的位置较为特殊，其选用上需要依 照一定的标准进行，优秀的蓄电池应该具有的特性如下：
（1）足够的能量密度。只有在单位体积（体积比能量）或单位质量（能 量密度）下能够存储足够多的能量，才能在电池充满后行驶较长的里程，同 时电池的质量和体积才能够尽可能小。
（2）足够的功率密度。只有在单位体积单位质量下能够产生足够大的功 率，才能使车辆在加速和上坡时产生足够的动能。
纯电动汽车的电机相当于普通燃油汽车的发动机，是车辆行驶的主 要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性 、经济性和用户驾乘感受，因而其在电动车上的地位至关重要。目前， 纯电动汽车上使用的多为三相交流电机。
车型 动力电池包电压 动力电池包容量 动力电池包电量 普通充电时间 快速充电时间
能量密度 体积比能量
EV200 332V 91.5Ah 30.4kWh 8～9h
1h 104Wh/kg 127Wh/L
高压蓄电池的内部构造如图6-4所示。 图6-4 高压蓄电池的内部构造
可以看到其中有很多动力电池模组，与动力电池模组有关的一些 概念如下：
1.电池
纯电动汽车的电池相当于普通燃油汽车的油箱，为汽车运行提供 全部能量。目前使用较多的是锂离子电池。
锂离子电池的工作原理简单来讲，就是嵌入蓄电池正负极板上的 锂离子在电池内部电动势的作用下，从某一极板脱离并在电池内部经 过电解液穿过隔离物到达另一极板并嵌入的过程。在放电过程中，锂 离子从负极（阴极）运动到正极（阳极）；充电过程则正好相反，锂 离子从正极（阳极）运动到负极（阴极）。
使用锂离子电池的过程中，要注意锂离子电池不能被过充和过放。 这是因为如果锂离子电池位于正负极的锂离子被完全移动到另一极， 那么在下一次充放电时就无法保证锂离子畅通嵌入通道，从而造成电 池寿命缩短。因而，为保证正负极板中的锂离子在充放电后留有部分 锂离子，也就是锂离子电池不能过充过放电，需要严格限制充电终止 电压和放电终止电压。
图6-2 高压蓄电池安装部位
EV200使用的是由 BESK生产的三元锂电池， 相比大多数纯电动汽车使用 的磷酸铁锂电池而言，这种 电池具有更高的能量密度、 更长的寿命、更轻的质量等 优势，但是其造价较高。其 外部形状如图6-3所示。
图6-3 高压蓄电池的外部形状
高压蓄电池的基本参数见表6-1。
表6-1 高压蓄电池的基本参数
北汽纯电动汽车主要由北京新能源汽车股份有限公司（简称“北汽 新能源”）设计并制造。北汽新能源隶属于北京汽车集团有限公司，是 一家以环保乘用车为主要经营范围的新能源科技公司。
北京新能源汽车股份有限公司成立以来，成功打造了EH、EU、EX 、EV、EC五个系列的纯电动汽车产品，并推出了多种车型，其生产的纯 电动汽车在市场上已有较高的占有率。
BMS是电池保护和管理的核心部件，它相当于动力电池系统的大 脑，不仅要保证电池安全可靠地使用，而且要充分发挥电池的能力和 延长使用寿命。它通过控制接触器控制动力电池组的充放电，从而成 为电池和整车控制器以及驾驶员之间沟通的桥梁。
BMS通过电压、电流及温度检测等功能实现对动力电池系统的过 压、欠压、 过流、过高温和过低温保护、继电器控制、SOC 估算、 充放电管理、均衡控制、故障报警及处理、与其他控制器进行通信等 功能。此外，电池管理系统还具有高压回路绝Baidu Nhomakorabea检测功能，以及为动 力电池系统加热功能。
本模块主要以北京新能源汽车股份有限公司生产的EV200纯电动车 型为例，详细介绍北汽纯电动汽车的工作原理与故障诊断方法。
一、北汽纯电动汽车动力系统的组成及运行
任何纯电动汽车都离不开三大核心部件，即电池、电机、电控系统， 北汽纯电动汽车也不例外。相比于传统的燃油汽车，电池相当于储存 汽油或柴油的油箱，电机相当于汽油/柴油发动机，电控系统则与传统 燃油汽车的电控系统类似，只是传统燃油汽车的电控系统控制的是燃 油、发动机和一系列控制器，而纯电动汽车上的电控系统控制的是电 池、电机和一系列控制器。