模块五 比亚迪纯电动汽车的工作原理与故障诊断

应急维修开关的拆装过程如图5-7所示。
应急维修开关的拆装注意事项如 下：
a.启动按钮打到“OFF”挡。
b.务必戴绝缘手套。使用前必须 检查手套是否有破损、破洞或裂纹等 ，不要戴湿手套。
c.保证通过人工操作能够在紧急 情况下将电池电压从内部断开，如图 5-8所示。
（2）电池管理系统。电池管理系统也称电源管理系统（battery man agement system,BMS），是电动汽车电池系统的参数测试及控制装置， 具有安全预警与控制、剩余电量估算与指示、充放电能量管理与过程控 制、信息处理与通信等主要功能。高压电池组总成为整车提供动力能源 ，比亚迪E6电动汽车采用的是比亚迪自主研发的220 Ah磷酸锂钴铁电池 ，由96个电池单体串联组成，一次充满需要65 kW·h，兼容快充和慢充两 种充电模式。电池管理系统在整车中的位置如图5-9所示，电池管理系统 的组成如图5-10所示，电池管理系统的线束连接如图5-11所示。
模块五 比亚迪纯电动汽车的
工作原理与故障诊断
知识目标 1.了解比亚迪纯电动汽车的结构和工作原理。 2.理解比亚迪纯电动汽车的故障诊断方法。
能力目标 1.能在现场掌握比亚迪纯电动汽车的结构及工作
原理。 2.能在现场掌握比亚迪纯电动汽车故障的诊断方法。
内容：
一、比亚迪纯电动汽车动力系统组成及运行 二、比亚迪纯电动汽车ຫໍສະໝຸດ Baidu压电池系统故障诊断 三、比亚迪纯电动汽车电力驱动系统故障诊断 四、比亚迪纯电动汽车充电系统故障诊断 五、比亚迪纯电动汽车其他故障诊断
（10）主控ECU：接收各高压监控系统发出的信号，并加以判断，控 制冷却系统、制动系统、车速里程等。
（11）加速踏板：通过控制电流大小，从而控制电机转速。
（12）车载充电口：车载充电可分为快充和慢充，为了保证充电迅速 高效，使用特定的充电口进行充电，充电时需要保证整车防水密封性要 求，并且能够保证车载充电口承受瞬时大电流的充电过程。
表5-1 电池包的组成和参数
电池组成
电池参数
（1）共有96个单体；
（1）磷酸锂钴铁（正极）电池；
（2）电压采样线束1条（96+1）； （2）每个单体标称电压3.3 V，终止充
（3）温度采样线束1条（96+11）；电电压3.6 V，终止放电电压2.0 V；
（4）正负极母线各1条；
（3）电池包标称电压316.8 V，容量22
2）变速器
纯电动汽车 用变速器通常只 有一个挡位，减 速通过两级圆柱 斜齿轮实现，故 通常也称之为差 速减速器（简称 差减器）。比亚 迪E6纯电动汽 车变速器的结构 如图5-17所示。
（1）电动汽车的控制模块包括电机控制器、DC/DC交换器、动力配 电箱、电池管理单元。
（2）电动汽车的动力模块有电机总成、电池包体总成。
（3）电动汽车的高压辅助模块有车载慢充系统、漏电保护器、挡位 控制器、主控ECU、加速踏板、车载充电口、应急维修开关。
动力系统各部件的作用如下：
（1）电机控制器：负责控制电机的前进、倒退，维持电动汽车的正 常运转，关键零部件为IGBT。IGBT实际为大电容，目的是控制电流的工 作，保证能够按照驾驶员的意愿输出合适的电流参数。
（8）漏电保护器：通过将一端和负极相连，一端对车身连接，检测 电流和电压值，一旦发现有超出限制的电流和电压则发出报警，并切断 控制模块，保证用电安全。动力蓄电池系统泄漏电流量不超过2 mA（E6 车型），整车绝缘电阻值应大于1 000 Ω（E6车型）。
（9）挡位控制器：用来控制电动车前进、后退、停车等动作的部件 ，由于电动车与传统燃油车的控制方式不同，故挡位控制类似自动挡。
②电池温度控制。汽车动力电池采用大容量单体电池容易产生过热 现象，从而影响电池的安全和性能，必须监测和控制温度。
③保持电池组电压和温度的平衡。由于电池正负极材料和电池制造 水平的差异，电池组各单体电池之间尚不能达到性能的完全一致，在通 过串并联方式组成大功率、大容量动力电池组后，苛刻的使用条件也容 易诱发局部偏差，从而引发安全问题。因此，为确保电池性能良好，延 长电池使用寿命，必须使用BMS对电池组进行合理有效的管理和控制。
（5）托盘1个
0 Ah；
（4）一次充电65 kW·h
注：标称电压=单体标称电压×单体数量；综合工况下续驶里 程超过300 km。
电池单元的安装位置如图5-5所示。
③应急维修开关。应急维修开关是电动车辆中一种常用的手动操作 设备，用于使电动车辆紧急断电，从而对车辆进行维修及更换零部件等 。应急维修开关的位置如图5-6所示。
2 美孚ATF220
1）驱动电机
驱动电机的额定功率是75 kW，最大功率是120 kW。电机由外圈的 定子和内圈的转子组成，可向外输出转矩，驱动汽车前进或是后退；同 时也可以作为发电机发电，为电池充电，回收制动能量。如前所述，驱 动电机为永磁同步电机，具有高密度、小型轻量化、高效率、高可靠性 、高耐久性和强适应性等特点。图5-14所示为比亚迪E6纯电动汽车驱动 电机。
一、比亚迪纯电动汽车动力系统的组成及运行
比亚迪纯电动汽车主要由比亚迪股份有限公司设计并制造。2003年 比亚迪公司正式收购陕西秦川汽车有限责任公司，组建比亚迪汽车，进 入汽车制造与销售领域。比亚迪汽车隶属于比亚迪股份有限公司。
比亚迪汽车成功推出了宋EV、秦EV、比亚迪E5、比亚迪E6等系列纯 电动汽车产品，其生产的纯电动汽车在市场上已有较高的占有率。
驱动电机根据冷却方式分为风冷式和水冷式，根据结构分为直流有 刷电机、直流无刷电机及交流电机。
比亚迪E6纯电动汽车采用了交流无刷永磁同步电机，电机定子的三 相绕组在正弦绕组下形成圆形的旋转磁场，驱动电机旋转。在旋转过程 中，电机旋转变压器（简称旋变）对电机的旋转速度和位置进行检测， 将信号反馈给电机控制器。电机控制器接收到来自旋变检测的信号，对 比这些信号与目标值之间的差距，进而对电机的转速、转矩及转速变化 率等方面进行控制。
电源管理系统能够对电源系统的状态参数进行实时监控，比较重要 的状态参数有SOC、总电压、总电流、每节电池温度值、每节电池电压 值、漏电信号（通过对硬件信号的采样）、碰撞信号（通过接收主控EC U的报文）。
①SOC：电池荷电状态,也称剩余电量，代表的是电池使用一段时间 或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百 分数表示。其取值范围为0～1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC =1时表示电池完全充满。电源管理系统能够在运行过程中对电池荷电状 态进行实时估算，主要是通过电流积分的方法实现SOC的计算。
驱动电机采用水冷方式进行冷却，其冷却过程与发动机水 套冷却方式相同，即在壳体上加工水套，通过强制冷却水循环 的方式进行热交换。冷却系统包括散热器总成、电子风扇总成 、电动水泵总成和冷却软管，冷却介质为乙二醇型冷却液。驱 动电机水冷系统如图5-15所示。
旋转变压器是用于检测电机转速和转子位置的部件，布置于驱动电 机壳体上。旋变输出电压随转子转角变化而变化，当励磁绕组以一定频 率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正、余弦函数 关系，这种旋变又称为正余弦旋转变压器。永磁交流电机的位置传感器 ，原来以光学编码器居多，但近年迅速被旋转变压器取代，这主要是因 为永磁交流电机现在大部分采用了正弦波控制。磁阻式旋变是旋变的一 种常见形式，其中励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动 。两个绕组的形式不一样，使得两个绕组的相位差90°。旋转变压器实物 如图5-16所示。
表5-2 比亚迪E6电力驱动系统的参数
名称/单位 电机输出最大转矩/N·m 电机输出额定功率/kW 电机输出最大功率/kW 电机输出最大转数/（r·min-1） 电力驱动系统总质量/kg
总传动比 第一级传动比
主减速比 变速器润滑油量/L
变速器润滑油牌号
变速器润滑油牌号 电机冷却油牌号
值 450 75 120 7500 130 6.417 1.667 3.85 3.5 齿轮油SAE80W-90；环境温度低于-1 5 ℃时，为SAE75W-90
（6）动力总成（电池包）：动力总成作为提供整车动力能源的设 备，根据电池种类的不同可分为锂电池、镍氢电池和铅酸类电池。
（7）车载慢充系统：车载慢充系统需要提升低压转高压的转化效 率。需要注意的是，使用家用插座为电动车充电时，也需要考虑插座 及线路的承受能力，需要额定电流10 A的单项220 V插座，如果采用一 些伪劣产品的插座，也可能导致充电插座烧毁、线路烧熔等安全隐患 。
纯电动汽车电力驱动系统的结构如图5-13所示。由图5-13可知，电 力驱动系统是包含于整车控制系统中的重要系统，参与了能量传递和整 车控制的大部分工作。
电力驱动系统的机械连接方式是将电机、电机控制器和变速器连接 为整体。此外，将电机和变速器连接为一个机械整体，将控制器安装于 车身上，也是一种常见的布置方式。比亚迪E6即采用了后者所述的分体 式布置方式，其电力驱动系统的参数见表5-2。
本模块以比亚迪汽车生产的E6纯电动车型为例，详细介绍比亚迪纯 电动汽车的工作原理与故障诊断方法。
1.电动汽车动力系统的结构及原理
比亚迪E6纯电动汽车动力系统结构及原理（前驱系统）如图5-1所示 。比亚迪E6整车动力系统的能量传递路线如图5-2所示。
电动汽车动力系统主要由控制模块、动力模块和高压辅助模块三大 模块组成。
漏电传感器主要监测电池总成与车身的漏电流。测 量正负极与车身的绝缘阻值如下：
120~140 kΩ 一般漏电
≤ 20 kΩ
严重漏电
漏电传感器的安装如图5-12所示。
3.电力驱动系统
纯电动汽车的电力驱动系统由驱动电机、电机控制器和变速器构成。
电机控制器采集接收挡位开关信号、加速踏板深度（加减速）信号、制 动踏板深度信号、驱动电机转速信号、驱动电机旋变信号等，经过一系列逻 辑分析处理和判断，输出相应的信号指令精确控制电机的正转、反转，维持 电动车的正常运转，并将信号的数值通过显示屏呈现，供驾驶员随时掌握车 辆状况。关键零部件为绝缘栅双极型晶体管（IGBT），主要应用在新能源 汽车的逆变器上。汽车正常行驶时将电池组的直流电逆变成三相交流电驱动 电机，减速时把发电机的交流电逆变成直流电储存在电池组中，保证能够按 照驾驶员的驾驶意愿输出合适的电流参数。
（4）电池管理单元：也称为电源管理器系统（battery management s ystem，BMS），是电动汽车电池系统的参数测试及控制装置，具有安全 预警与控制、剩余电量估算与指示、充放电能量管理与过程控制、信息 处理与通信等主要功能。
（5）动力电机：动力电机根据冷却形式分风冷和水冷，根据结构 分为直流有刷电机和直流无刷电机以及交流电机。该车使用的电机为 交流无刷电机，通过采集电机旋变信号进行工作。
（13）应急维修开关：通常设计为人工操作的安全开关，一般设计在 电池的正负极近端，保证通过人工操作应急开关能够在紧急情况下将电 池电压封闭。
2.动力总成（电池包）和电池管理单元
（1）动力总成。
①作用。动力总成（电池包）作为提供整车动力能源的设备，主要 作用是储存电能和释放电能,如图5-3 所示。
②电池包的组成和参数。电池包的组成和参数见表5-1。电池包的结 构示意图如图5-4所示。
从配电箱一路流向电机控制器的电量，由主控ECU根据驾驶员操作 信息（接收加速踏板角度传感器和挡位控制器的信号）控制着电机控制 器的工作，电机控制器主要控制流向电机的电量大小，以及控制电机正 反转来驱动车辆前进或后退。
（2）DC/DC变换器：负责将330 V高压直流转低压提供给车载低压用 电设备，如蓄电池、EPS等。
从配电箱一路流向DC/DC变换器的电量，经过DC/DC变换器将高压 直流电转化为低压直流电，为车辆电动液压助力转向系统提供42 V的电 源，同时还为整车用电设备提供12 V的电源。
（3）高压配电箱：通过配电箱对电池包体中巨大的能量进行控制， 相当于一个大型的电闸，通过继电器的吸合来控制电流通断，将电流进 行分流等。关键零部件为继电器，为了控制如此大的电流通过整车，需 要通过几个继电器的并联工作，这也对继电器工作的一致性和可靠性提 出了苛刻的要求。