第二章 纯电动汽车

纯电动汽车的结构与原理
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• 电力驱动主模块 • 1、中央控制单元。中央控制单元不仅是电力驱动主 模块的控制中心，也要对整辆电动汽车的控制起到协调作 用。它根据加速踏板与制动踏板的输入信号，向驱动控制 器发出相应的控制指令，对电动机进行起动、加速、降速 、制动控制。在电动汽车降速和下坡滑行时，中央控制器 配合车载电源模块的能源管理系统进行发电回馈，即使蓄 电池反向充电。对于与汽车行驶状况有关的速度、功率、 电压信息还需传输到辅助模块加以显示。
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燃料电池汽车的结构与原理 •ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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燃料电池汽车与普通燃油汽车相比，其外形和内部空 间几乎没有什么区别，不同之处在于动力系统。
第二节 纯电动汽车的驱动系统
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1
组成
2
布置
第二节、纯电动汽车的驱动系统

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燃油汽车主要由发动机，底盘、车身和电气
四大部分组成，纯电动汽车的结构与燃油汽
车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而
取消了发动机，电力驱动控制系统的组成与
工作原理如图所示，它由电力驱动主模块、 车载电源模块和辅助模块三大部分组成。
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电力驱动主模块主要包括中央控制单元、驱动控制
器、电机、机械传动装置和车轮等。它的功用是将 存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能， 并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电 能充入蓄电池。
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驱动控制器是按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反馈信号，
对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器必须和
电动机配套使用。

中央控制单元根据加速踏板和制动踏板的输入信号，向驱动控制器发 出相应的控制指令，对电动机进行启动、加速、减速、制动控制。

电机在电动汽车中被要求承担电动和发电的双重功能，即在正常行驶
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(2) 电动机-驱动桥组合式驱动模式。 图（b）和（c）取消了离合器和变速器，但具有减 速差速机构，由1台电动机驱动两车轮旋转。优点
是可以继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装
置，只需要一组电动机和逆变器。
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(2) 电动机-驱动桥组合式驱动模式。 这种方式对电动机的要求较高，不仅要求电动机具 有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率， 以保证电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。
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池健康状态(SOH)和温度来限定电池的充放电电流，设定一个控制
充电和放电的算法逻辑，以此作为充放电控制的标准，其中还包
括电池组单体或模块进行电量均衡。
(4)安全管理和控制 BMS在安全方面功能：过电压和过电流控制、
1.电池管理系统的功能和构成原理
(5)热管理 电池在不同的温度下会有不同的工作性能，温度的变 化会使电池的SOC、开路电压、内阻和可用能量发生变化，甚至 会影响到电池的使用寿命。 (6)数据通信 数据通信是BMS的重要组成部分之一。

电动汽车的驱动系统布置
取决于电机驱动系统的方
式，可以有多种多样。

常见的驱动系统布置形式 如图所示。
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(1) 传统的驱动模式。 图（a）与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器 和离合器，只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽 车。这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时
电动汽车的后备功率。
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化关系的电流信号，以此提高系统的抗干扰能力。
(3)隔离运放采集法 隔离运算放大器是一种能够对模拟信号进行
电气隔离的电子元件，广泛用于工业过程控制中的隔离器和各种
电源设备中的隔离介质。
3.电池电压采集方法
(5)线性光耦合器放大电路采集法 图6-62 所示为基于线性光耦合 器TIL300的电池单体电压采集电路原理图，它实现了信号采集端 和处理端之间的隔离，从而提高了电路的稳定性与抗干扰能力。
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• 依据组成混合动力汽车的两个或多个能同 时运转的单个动力传动系之间动力联合位 置的不同，混合动力汽车还具有串联、并 联和混联三种基本的类型。
混合动力汽车结构与原理 • 串联混合动力汽车
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混合动力汽车结构与原理 • 并联混合动力汽车的概念 •
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混合动力汽车结构与原理 • 混联式混合动力汽车的概念 •
第三节、动力电池管理系统
1.电池管理系统的功能和构成原理 2.电池管理系统方案 3.电池电压采集方法 4.电池温度采集方法 5.电动汽车电池管理系统举例
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1.电池管理系统的功能和构成原理
(1)数据采集 在电池管理系统中，数据采集是对电池作出合理有 效管理和控制的基础。 (2)状态估计(SOC估算) 电池荷电状态(SOC)确定是电池管理系统 的重点和难点。 (3)能量管理 能量管理是指对电池充放电控制，即根据SOC、电
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• 电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电 动汽车和燃料电池电动汽车三大类
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纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底 盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控 制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车类 同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或 省去了。为此首先需对电力驱动控制系统重点阐述。
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第二章 纯电动汽车
第一节
纯电动汽车的概述
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1
概述
2
分类
概述
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• 电动汽车 • 电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电 池电动汽车三大类，纯电动汽车是电动汽车的技术基础。 纯电动汽车就定义来说是单纯用蓄电池作为驱动能源的汽 车，它是涉及到机械、动力学、电化学、电机学、微电子 与计算机控制等多种学科的高科技产品，下图为法国标致 101型电动汽车。
纯电动汽车的结构与原理
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• 电力驱动主模块 • 2、驱动控制器。驱动控制器功能是按中央控制单元 的指令和电动机的速度、电流反馈。信号，对电动机的速 度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与电动机 必须配套使用，目前对电动机的调速主要采用调压、调频 等方式，这主要取决于所选用的驱动电动机类型。
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(1)继电器阵列法 图6-58所示为基于继电器阵列法的电池电压 采集电路原理图，它由端电压传感器、继电器阵列、A/D转换 器、光耦合器、多路模拟开关等组成。
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图6-58 基于继电器阵列法的电池电压采集电路原理图
(2)恒流源法 采用恒流源电路进行电池电压采集的基本原理是： 在不使用转换电阻的前提下，将电池端电压转化为与之成线性 变化关系的电流信号，以此提高系统的抗干扰能力。
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混合动力汽车是指汽车动力传动系由两个或多个能同 时运转的单个动力传动系联合组成的汽车，汽车的行驶功 率依据实际的汽车行驶状态由单个动力传动系单独或多个 动力传动系共同提供。相比常规内燃机汽车和纯电动汽车， 下图所示的混合动力汽车动力传动系增加了整车能量管理 和综合控制系统，其主要作用在于以优化发动机的工作效 率为目标，协调发动机和驱动电机之间的动力分配，同时 进行动力电池组的电量管理。
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(3) 电动机-驱动桥整体式驱动模式。
图（d）是将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速
和差速转换。这种传动方式同样对电动机有较高的要求， 大起动转矩和后备功率，不仅要求控制系统有较高的控制 精度，而且要具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶 的安全、平稳。
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(4) 轮毂电机驱动模式。 图（e）和（f）同图（d）布置方式比较接近，将 电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车 轮行驶。
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图6-55 电池管理系统的构成原理
(6)数据通信 数据通信是BMS的重要组成部分之一。
表6-6 电池管理系统的主要任务
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2.电池管理系统方案
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图6-56 电池组集中式管理结构
2.电池管理系统方案
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图6-57 电池组分布式管理结构
3.电池电压采集方法
(1)继电器阵列法 图6-58所示为基于继电器阵列法的电池电压采 集电路原理图，它由端电压传感器、继电器阵列、A/D转换器、光 耦合器、多路模拟开关等组成。 (2)恒流源法 采用恒流源电路进行电池电压采集的基本原理是： 在不使用转换电阻的前提下，将电池端电压转化为与之成线性变
纯电动汽车的结构与原理
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• 电力驱动主模块 • 4、机械传动装置。电动汽车传动装置的作用是将电 动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮 行驶。由于电动机本身就具有较好的调速特性，其变速机 构可被大大简化，较多的是为放大电动机的输出转矩仅采 用一种固定的减速装置。又因为电动机可带负载直接起动 ，即省去了传统内燃机汽车的离合器。并由于电动机可以 容易地实现正反向旋转，所以也无需通过变速器中的倒档 齿轮组来实现倒车。
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(4)安全管理和控制 BMS在安全方面功能：过电压和过电流控 制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电 池。 (5)热管理 电池在不同的温度下会有不同的工作性能，温度的 变化会使电池的SOC、开路电压、内阻和可用能量发生变化， 甚至会影响到电池的使用寿命。
(6)数据通信 数据通信是BMS的重要组成部分之一。
时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能；在减速和下坡滑
行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转化为电能。

机械传动装置是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动 汽车车轮行驶。
二、 驱动系统布置形式

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电动汽车的驱动系统是电 动汽车的核心部分，其性 能决定着电动汽车运行性
能的好坏。
纯电动汽车的结构与原理
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• 电力驱动主模块 • 3、电机。电机在电动汽车中被要求承担着电动和发 电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能 ，将电能转化为机械旋转能；而在降速和下坡滑行时又被 要求进行发电，将车轮的惯性动能转换为电能。电机与驱 动控制器所组成的驱动系统是电动汽车中最为关键的部件 ，电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能 ，它直接影响着车辆的各项性能指标。
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1.电池管理系统的功能和构成原理
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图6-54 电池管理系统的功能框图
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(1)数据采集 在电池管理系统中，数据采集是对电池作出合理 有效管理和控制的基础。 (2)状态估计(SOC估算) 电池荷电状态(SOC)确定是电池管理系 统的重点和难点。 (3)能量管理 能量管理是指对电池充放电控制，即根据SOC、 电池健康状态(SOH)和温度来限定电池的充放电电流，设定一 个控制充电和放电的算法逻辑，以此作为充放电控制的标准， 其中还包括电池组单体或模块进行电量均衡。
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图6-59 减法运算恒流源电路
(3)隔离运放采集法 隔离运算放大器是一种能够对模拟信号进 行电气隔离的电子元件，广泛用于工业过程控制中的隔离器和 各种电源设备中的隔离介质。
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图6-60 隔离运算放大器在600V动力电池组管理系统中的应用单片机控制电路
概述
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• 纯电动汽车的特点 • 6、不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量、 尺寸及形状。 • 7、能源效率高，多样化。 • 8、不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，如 蓄电池可通过充电器充电，或者采用替换蓄电池的方式。 • 9、结构简单，生产工艺相对成熟，使用维修方便。 • 10、动力电源使用成本高，续驶里程短。
概述
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概述
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• 纯电动汽车的特点 • 1、节能，不消耗石油。 • 2、环保，无污染，噪声和振动小。 • 3、能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴 器和转轴传递，各部件的布置具有很大的灵活性。 • 4、驱动系统布置不同会使系统结构区别很大。 • 5、采用不同类型的电机(如直流电机和交流电机)会影 响到纯电动汽车的质量、尺寸和形状。