電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)與輔助裝置

1、第八章第八章 電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)與輔助裝置電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)與輔助裝置 第一節(jié)第一節(jié) 電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié) 充電器充電器 第三節(jié)第三節(jié) 電源變換裝置電源變換裝置 第四節(jié)第四節(jié) 電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 燃料電池汽車氫安全系統(tǒng)燃料電池汽車氫安全系統(tǒng) 第六節(jié)第六節(jié) 電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施 教學(xué)目的和要求：教學(xué)目的和要求： 了解電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)與輔助裝置分類，了解電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)與輔助裝置分類，掌握組成、構(gòu)造和工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用。掌握組成、構(gòu)造和工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用。 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 電

2、動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng) 、充電器、電源變換、充電器、電源變換裝置和電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)裝置和電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng) 本章難點(diǎn)：電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)本章難點(diǎn)：電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng) 教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)：教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)： 第一節(jié)第一節(jié) 電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng) 定義：定義： 電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換裝置的工作能量進(jìn)行協(xié)調(diào)、分配和控制的軟、硬裝置的工作能量進(jìn)行協(xié)調(diào)、分配和控制的軟、硬件系統(tǒng)。件系統(tǒng)。 一、概述一、概述 組成組成： 硬件：傳感器、硬件：傳感器、ECU控制單元和執(zhí)行元件?？刂茊卧蛨?zhí)行元件。

3、軟件系統(tǒng)主要是對(duì)傳感器輸送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算軟件系統(tǒng)主要是對(duì)傳感器輸送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，對(duì)能源轉(zhuǎn)換裝置的工作能量進(jìn)行優(yōu)化分析，處理，對(duì)能源轉(zhuǎn)換裝置的工作能量進(jìn)行優(yōu)化分析，并向執(zhí)行元件發(fā)出指令，控制其動(dòng)作。并向執(zhí)行元件發(fā)出指令，控制其動(dòng)作。 電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的功用：電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的功用： 是在滿足汽車基本技術(shù)性能和成本等要求的前是在滿足汽車基本技術(shù)性能和成本等要求的前提下，根據(jù)各部件的特性及汽車的運(yùn)行工況，使提下，根據(jù)各部件的特性及汽車的運(yùn)行工況，使能量在能量在各個(gè)能源轉(zhuǎn)換裝置各個(gè)能源轉(zhuǎn)換裝置之間按最佳路線流動(dòng)，之間按最佳路線流動(dòng)，從而達(dá)到最高的整車能源利用效率。從而達(dá)到最高的整車能

4、源利用效率。 各能源轉(zhuǎn)換裝置為各能源轉(zhuǎn)換裝置為: 發(fā)動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞裝置、功發(fā)動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞裝置、功率變換模塊、發(fā)電機(jī)和燃料電池等。率變換模塊、發(fā)電機(jī)和燃料電池等。 純電動(dòng)汽車，能源轉(zhuǎn)換裝置組成純電動(dòng)汽車，能源轉(zhuǎn)換裝置組成: 由蓄電池、電動(dòng)機(jī)由蓄電池、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、功率變換器及動(dòng)力發(fā)電機(jī)、功率變換器及動(dòng)力傳遞裝置等。傳遞裝置等。 能源傳遞路線能源傳遞路線: 由蓄電池到車輪（行駛）由蓄電池到車輪（行駛） 由車輪到蓄電池（能量回收）兩條。由車輪到蓄電池（能量回收）兩條。 混合動(dòng)力燃料電池汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，能混合動(dòng)力燃料電池汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，能量轉(zhuǎn)換裝置通

5、常有量轉(zhuǎn)換裝置通常有發(fā)電裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)或燃發(fā)電機(jī)或燃料電池）、功率變換器、動(dòng)力傳遞裝置、能量?jī)?chǔ)料電池）、功率變換器、動(dòng)力傳遞裝置、能量?jī)?chǔ)存裝置、充放電裝置存裝置、充放電裝置等。等。 能量傳遞路線：能量傳遞路線： 一是由發(fā)電裝置到車輪，一是由發(fā)電裝置到車輪， 二是由蓄電池到車輪，二是由蓄電池到車輪， 三是由發(fā)電裝置到能量?jī)?chǔ)存裝置，三是由發(fā)電裝置到能量?jī)?chǔ)存裝置， 四是由車輪到能量?jī)?chǔ)存裝置（能量回收）。四是由車輪到能量?jī)?chǔ)存裝置（能量回收）。二、純電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng)二、純電動(dòng)汽車的能源管理系統(tǒng) 輸入能源管理輸入能源管理系統(tǒng)電控單元系統(tǒng)電控單元ECU的參數(shù)有的參數(shù)有車輛運(yùn)行狀態(tài)

6、車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)：行駛速參數(shù)：行駛速度、電動(dòng)機(jī)功度、電動(dòng)機(jī)功率等；各電池率等；各電池組的狀態(tài)參數(shù)：組的狀態(tài)參數(shù)：工作電壓、放工作電壓、放電電流和電池電電流和電池溫度等；以及溫度等；以及車輛操縱狀態(tài)：車輛操縱狀態(tài)：制動(dòng)、啟動(dòng)、制動(dòng)、啟動(dòng)、加速和減速等加速和減速等 功能：功能： 能量管理系統(tǒng)采集從純電動(dòng)汽車各子系統(tǒng)通過(guò)能量管理系統(tǒng)采集從純電動(dòng)汽車各子系統(tǒng)通過(guò)傳感器收集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，完成下列功能：選擇傳感器收集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，完成下列功能：選擇電池的充電方案、顯示蓄電池的荷電狀態(tài)電池的充電方案、顯示蓄電池的荷電狀態(tài)（SOC）、監(jiān)控蓄電池的動(dòng)作、預(yù)測(cè)剩余行駛里）、監(jiān)控蓄電池的動(dòng)作、預(yù)測(cè)剩余行駛里程、調(diào)節(jié)

7、車燈亮度、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度以及回收再生程、調(diào)節(jié)車燈亮度、調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度以及回收再生制動(dòng)能量為蓄電池充電等。其中，電池管理系統(tǒng)制動(dòng)能量為蓄電池充電等。其中，電池管理系統(tǒng)（BMS）是能量管理系統(tǒng)（）是能量管理系統(tǒng)（EMS）中的一個(gè)主要）中的一個(gè)主要子系統(tǒng)，它處理蓄電池的顯示、測(cè)量、預(yù)測(cè)和全子系統(tǒng)，它處理蓄電池的顯示、測(cè)量、預(yù)測(cè)和全面管理等問(wèn)題。面管理等問(wèn)題。 1電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng) 主要包括：主要包括： 動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)動(dòng)力電池組管理系統(tǒng) 熱（溫度）管理系統(tǒng)熱（溫度）管理系統(tǒng) 高壓電線線路管理系統(tǒng)高壓電線線路管理系統(tǒng) （1）動(dòng)力電池組）動(dòng)力電池組組成組成: 需要多節(jié)單體電池或多個(gè)蓄電池串聯(lián)起來(lái)，需

8、要多節(jié)單體電池或多個(gè)蓄電池串聯(lián)起來(lái)， 總電壓總電壓:200 400V。 動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)一般采用微處理器通過(guò)標(biāo)動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)一般采用微處理器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信接口、準(zhǔn)通信接口、CAN總線和控制模塊等對(duì)動(dòng)力電池總線和控制模塊等對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行管理。組進(jìn)行管理。（2）功能）功能 1）動(dòng)力電池組管理）動(dòng)力電池組管理 監(jiān)控動(dòng)力電池組充電和放電監(jiān)控動(dòng)力電池組充電和放電時(shí)的電壓和電流、動(dòng)力電池組的溫度變化等。通時(shí)的電壓和電流、動(dòng)力電池組的溫度變化等。通過(guò)顯示裝置來(lái)動(dòng)態(tài)顯示蓄電池在充電和放電工作過(guò)顯示裝置來(lái)動(dòng)態(tài)顯示蓄電池在充電和放電工作過(guò)程中的過(guò)程中的SOC的變化，避免動(dòng)力電池組過(guò)充或過(guò)的變化，避免動(dòng)力電池

9、組過(guò)充或過(guò)放，保護(hù)蓄電池不受損害，保持電池組的最佳工放，保護(hù)蓄電池不受損害，保持電池組的最佳工作狀態(tài)。作狀態(tài)。 2）單節(jié)電池管理）單節(jié)電池管理 對(duì)單節(jié)電池動(dòng)態(tài)電壓和溫升的對(duì)單節(jié)電池動(dòng)態(tài)電壓和溫升的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)電池組中各個(gè)電池的不一變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)電池組中各個(gè)電池的不一致性進(jìn)行監(jiān)控和管理，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和剔除有致性進(jìn)行監(jiān)控和管理，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和剔除有性能缺陷的單體蓄電池。性能缺陷的單體蓄電池。2電池管理系統(tǒng)的功能電池管理系統(tǒng)的功能 顯示荷電狀態(tài)顯示荷電狀態(tài)（SOC）、提供電）、提供電池溫度信息、電池高池溫度信息、電池高溫報(bào)警、電池性能異溫報(bào)警、電池性能異常早期警報(bào)、顯示電常早期警報(bào)

10、、顯示電解液狀態(tài)、提供電池解液狀態(tài)、提供電池老化信息、記錄電池老化信息、記錄電池關(guān)鍵數(shù)據(jù)。關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 圖圖8-2 電動(dòng)汽車電池管理電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)功能示意圖系統(tǒng)功能示意圖 （1）數(shù)據(jù)采集）數(shù)據(jù)采集 電池管理系統(tǒng)的所有算法都以采電池管理系統(tǒng)的所有算法都以采集的數(shù)據(jù)作為輸入，采樣速率、精度和前置濾波集的數(shù)據(jù)作為輸入，采樣速率、精度和前置濾波特性是影響電池管理系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。電動(dòng)特性是影響電池管理系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的采樣速率一般要求大于汽車電池管理系統(tǒng)的采樣速率一般要求大于 200HZ（50ms）。）。 （2）電池狀態(tài)估計(jì)）電池狀態(tài)估計(jì) 電池狀態(tài)估計(jì)包括電池狀態(tài)估計(jì)包括

11、 SOC（state of charge）和）和 SOH（state of health）兩個(gè)方面。兩個(gè)方面。SOC告訴駕駛員電池的荷電量，以此告訴駕駛員電池的荷電量，以此可以估計(jì)汽車還能行駛的里程；可以估計(jì)汽車還能行駛的里程；SOH告訴駕駛員告訴駕駛員電池的壽命還有多久。電池的壽命還有多久。SOC和和SOH是進(jìn)行能量管是進(jìn)行能量管理的重要參數(shù)。最常用的理的重要參數(shù)。最常用的SOC估計(jì)方法是估計(jì)方法是Ah計(jì)量計(jì)量結(jié)合效率補(bǔ)償?shù)姆椒ā＝Y(jié)合效率補(bǔ)償?shù)姆椒ā?（3）能量管理）能量管理 在能量管理中，在能量管理中，SOC、SOH、電流、電壓、溫度等參數(shù)作為輸入用來(lái)完成下列電流、電壓、溫度等參數(shù)作為輸入

12、用來(lái)完成下列功能：功能：用用SOC，SOH和溫度限制電池放電電流；和溫度限制電池放電電流；控制充電過(guò)程，包括均衡充電。充放電過(guò)程的控制充電過(guò)程，包括均衡充電。充放電過(guò)程的監(jiān)控和限制與電池種類、電池工藝關(guān)系很大。監(jiān)控和限制與電池種類、電池工藝關(guān)系很大。 （4）熱管理）熱管理 熱管理的功能是使電池單體溫度熱管理的功能是使電池單體溫度保持在合理的范圍內(nèi)并且要求均衡，對(duì)高溫電池保持在合理的范圍內(nèi)并且要求均衡，對(duì)高溫電池實(shí)施冷卻，在低溫條件下對(duì)電池進(jìn)行加熱等。對(duì)實(shí)施冷卻，在低溫條件下對(duì)電池進(jìn)行加熱等。對(duì)于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理功能更為重要

13、。熱管理功能更為重要。 （5）通信功能）通信功能 電池管理系統(tǒng)與車載設(shè)備或非電池管理系統(tǒng)與車載設(shè)備或非車載設(shè)備的通信也是重要功能之一。根據(jù)應(yīng)用需車載設(shè)備的通信也是重要功能之一。根據(jù)應(yīng)用需要，數(shù)據(jù)交換可采用不同的通信接口，如：模擬要，數(shù)據(jù)交換可采用不同的通信接口，如：模擬信號(hào)、信號(hào)、PWM信號(hào)、信號(hào)、CAN總線或總線或I2C串行接口。串行接口。 （6）安全管理）安全管理 具體功能為：具體功能為：防止電池過(guò)熱而防止電池過(guò)熱而發(fā)生熱失控；監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流是否超過(guò)限發(fā)生熱失控；監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流是否超過(guò)限制；防止電池過(guò)度放電，尤其是防止個(gè)別電池單制；防止電池過(guò)度放電，尤其是防止個(gè)別電池單體過(guò)度放

14、電。體過(guò)度放電。 3、電池、電池SOC的估計(jì)和故障診斷的估計(jì)和故障診斷 動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)SOC的顯示功能的顯示功能或汽車在線可行駛里程顯示功能，或汽車在線可行駛里程顯示功能，SOC的誤差的誤差8%，配備故障診斷專家系統(tǒng)，可以早期預(yù)報(bào)動(dòng)力，配備故障診斷專家系統(tǒng)，可以早期預(yù)報(bào)動(dòng)力電池組的故障和隱患。具有自檢和診斷功能，以電池組的故障和隱患。具有自檢和診斷功能，以及高抗干擾能力。及高抗干擾能力。 4、電池的熱管理系統(tǒng)、電池的熱管理系統(tǒng) 功能：功能： 電池組溫度過(guò)高時(shí)有效散熱、低溫條件下快速電池組溫度過(guò)高時(shí)有效散熱、低溫條件下快速加熱、保證所有電池單體較好的溫度一致

15、性以及加熱、保證所有電池單體較好的溫度一致性以及有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)。有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)。 5、安全防護(hù)、安全防護(hù) 動(dòng)力電池組的總電壓可以達(dá)到動(dòng)力電池組的總電壓可以達(dá)到200400V，高電，高電壓應(yīng)采取有效的隔離措施。一般要求將動(dòng)力電池壓應(yīng)采取有效的隔離措施。一般要求將動(dòng)力電池組與乘坐區(qū)分離。汽車停止使用時(shí)，自動(dòng)切斷電組與乘坐區(qū)分離。汽車停止使用時(shí)，自動(dòng)切斷電源，電動(dòng)汽車發(fā)生碰撞或傾覆時(shí)，電池管理系統(tǒng)源，電動(dòng)汽車發(fā)生碰撞或傾覆時(shí)，電池管理系統(tǒng)應(yīng)能立即切斷電源并報(bào)警，不會(huì)發(fā)生電解液對(duì)人應(yīng)能立即切斷電源并報(bào)警，不會(huì)發(fā)生電解液對(duì)人體的傷害或引起火災(zāi)。體的傷害或引起火災(zāi)。 6、典型的電動(dòng)汽車

16、電池管理系統(tǒng)、典型的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng) （1）美國(guó)通用汽車公司）美國(guó)通用汽車公司EV1電動(dòng)汽車的電池管理電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)系統(tǒng) 電動(dòng)汽車由電動(dòng)汽車由27個(gè)鉛酸電池供電，電池壽命為個(gè)鉛酸電池供電，電池壽命為450個(gè)深放電周期，可放電深度個(gè)深放電周期，可放電深度80，一次充電，一次充電市內(nèi)行駛里程市內(nèi)行駛里程113km，高速公路行駛里程，高速公路行駛里程145km。（2）德國(guó)柏林大學(xué)研制的）德國(guó)柏林大學(xué)研制的電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)主要功能包括：主要功能包括： 防止電池過(guò)充過(guò)放、電池防止電池過(guò)充過(guò)放、電池模塊加平衡器實(shí)現(xiàn)均衡充電、模塊加平衡器實(shí)現(xiàn)均衡充電、基于模糊專家系統(tǒng)的剩余電基于模糊專家

17、系統(tǒng)的剩余電量估計(jì)、電池組熱管理、用量估計(jì)、電池組熱管理、用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)電池老化信神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)電池老化信息、電池故障診斷，并且能息、電池故障診斷，并且能及時(shí)調(diào)整模糊專家系統(tǒng)的參及時(shí)調(diào)整模糊專家系統(tǒng)的參數(shù)、數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)，存儲(chǔ)數(shù)、數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)，存儲(chǔ)是為了電池診斷和維護(hù)工作是為了電池診斷和維護(hù)工作保存歷史數(shù)據(jù)。該電池管理保存歷史數(shù)據(jù)。該電池管理系統(tǒng)是目前國(guó)際上功能比較系統(tǒng)是目前國(guó)際上功能比較齊全、技術(shù)含量比較高的先齊全、技術(shù)含量比較高的先進(jìn)的電動(dòng)汽車用電池管理系進(jìn)的電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)。統(tǒng)。圖圖8-3柏林大學(xué)設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)柏林大學(xué)設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 在電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)能源

18、管理的難點(diǎn)，在于如何在電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)能源管理的難點(diǎn)，在于如何根據(jù)所采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電根據(jù)所采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流的歷史數(shù)據(jù)，來(lái)建立一個(gè)確定每塊電池還剩余流的歷史數(shù)據(jù)，來(lái)建立一個(gè)確定每塊電池還剩余多少能量的較精確的數(shù)學(xué)模型。在電動(dòng)汽車上，多少能量的較精確的數(shù)學(xué)模型。在電動(dòng)汽車上，除了有必要使用電池能量管理系統(tǒng)外，在選用電除了有必要使用電池能量管理系統(tǒng)外，在選用電池組中的電池時(shí)，應(yīng)盡量選用各種特性參數(shù)接近池組中的電池時(shí)，應(yīng)盡量選用各種特性參數(shù)接近的電池，這對(duì)提高電池組中各電池的使用壽命也的電池，這對(duì)提高電池組中各電池的使用壽命也是非常重要的。是非常重要的。 三、燃

19、料電池汽車和混合動(dòng)力汽車的三、燃料電池汽車和混合動(dòng)力汽車的能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng) 1燃料電池汽車的能源管理系統(tǒng)燃料電池汽車的能源管理系統(tǒng) 能源一般有三個(gè)：燃料的化學(xué)能、儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能源一般有三個(gè)：燃料的化學(xué)能、儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存的能量和回收的汽車動(dòng)能。用燃料電池替代了存的能量和回收的汽車動(dòng)能。用燃料電池替代了內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)。 能源管理策略的任務(wù)就是控制汽車動(dòng)力系統(tǒng)的能源管理策略的任務(wù)就是控制汽車動(dòng)力系統(tǒng)的能量傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而達(dá)到期望的系統(tǒng)響應(yīng)。能量傳輸和轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而達(dá)到期望的系統(tǒng)響應(yīng)。具體地說(shuō)，就是在不影響汽車性能和部件壽命的具體地說(shuō)，就是在不影響汽車性能和部件壽命的前提下，均衡各部件的工作負(fù)

20、荷，從而降低能量前提下，均衡各部件的工作負(fù)荷，從而降低能量損失，提高燃料經(jīng)濟(jì)性。損失，提高燃料經(jīng)濟(jì)性。 能源管理策略主要包括能源管理策略主要包括功率分配策略、速比控功率分配策略、速比控制和制動(dòng)能量回饋策略制和制動(dòng)能量回饋策略三個(gè)組成部分。功率分配三個(gè)組成部分。功率分配是核心問(wèn)題。只有三者緊密結(jié)合，才能降低燃料是核心問(wèn)題。只有三者緊密結(jié)合，才能降低燃料消耗、延長(zhǎng)燃料電池和蓄電池的使用壽命。消耗、延長(zhǎng)燃料電池和蓄電池的使用壽命。 對(duì)于采用蓄電池的燃料電池汽車來(lái)說(shuō)，能源管理對(duì)于采用蓄電池的燃料電池汽車來(lái)說(shuō)，能源管理策略的主要任務(wù)為：策略的主要任務(wù)為： 在不損害蓄電池的情況下，滿足汽車動(dòng)力性的在不損害

21、蓄電池的情況下，滿足汽車動(dòng)力性的設(shè)計(jì)要求，保證可接受的駕駛性。設(shè)計(jì)要求，保證可接受的駕駛性。 確定燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（開(kāi)啟或關(guān)閉）確定燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（開(kāi)啟或關(guān)閉）從而獲得最大的燃料經(jīng)濟(jì)性。從而獲得最大的燃料經(jīng)濟(jì)性。 根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)矩需求和子系統(tǒng)的限制條件來(lái)確根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)矩需求和子系統(tǒng)的限制條件來(lái)確定車輪轉(zhuǎn)矩命令。定車輪轉(zhuǎn)矩命令。 確定動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式和各模式之間的轉(zhuǎn)換確定動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式和各模式之間的轉(zhuǎn)換機(jī)制，確定傳動(dòng)系的速比。機(jī)制，確定傳動(dòng)系的速比。 其中，蓄電池工作狀態(tài)的控制是能量管理策略所其中，蓄電池工作狀態(tài)的控制是能量管理策略所要解決的基本問(wèn)題。主要考慮以下因素：要解決的

22、基本問(wèn)題。主要考慮以下因素： 蓄電池效率是蓄電池效率是SOC的函數(shù)，并與內(nèi)阻密切相關(guān)。的函數(shù)，并與內(nèi)阻密切相關(guān)。必須選擇一個(gè)蓄電池的最佳工作區(qū)域，降低充放必須選擇一個(gè)蓄電池的最佳工作區(qū)域，降低充放電損失，同時(shí)保留額外的吸收峰值功率的空間。電損失，同時(shí)保留額外的吸收峰值功率的空間。 控制蓄電池的充放電深度，放電深度和頻率會(huì)控制蓄電池的充放電深度，放電深度和頻率會(huì)影響到電池的循環(huán)壽命。影響到電池的循環(huán)壽命。 電池所存儲(chǔ)的能量在整個(gè)循環(huán)工況下要達(dá)到平電池所存儲(chǔ)的能量在整個(gè)循環(huán)工況下要達(dá)到平衡。衡。能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 根據(jù)根據(jù)當(dāng)前車速、電池當(dāng)前車速、電池SOC等，以及駕駛員等，以及駕

23、駛員的轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)，的轉(zhuǎn)矩需求信號(hào)，決決定定當(dāng)前汽車的最佳檔當(dāng)前汽車的最佳檔位。如果轉(zhuǎn)矩需求為位。如果轉(zhuǎn)矩需求為負(fù)值，即為制動(dòng)狀態(tài)，負(fù)值，即為制動(dòng)狀態(tài)，就需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定就需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定的制動(dòng)能量回饋策略的制動(dòng)能量回饋策略來(lái)確定電機(jī)的回饋轉(zhuǎn)來(lái)確定電機(jī)的回饋轉(zhuǎn)矩。在確定了所有負(fù)矩。在確定了所有負(fù)載的功率需求后，可載的功率需求后，可以以根據(jù)功率分配策略根據(jù)功率分配策略計(jì)算出對(duì)燃料電池系計(jì)算出對(duì)燃料電池系統(tǒng)的需求功率，來(lái)保統(tǒng)的需求功率，來(lái)保證在滿足當(dāng)前動(dòng)力需證在滿足當(dāng)前動(dòng)力需求的前提下獲得較好求的前提下獲得較好的整車能量效率。的整車能量效率。圖8-5 燃料電池汽車能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2混合動(dòng)力汽車的

24、能源管理系統(tǒng)混合動(dòng)力汽車的能源管理系統(tǒng) （1）長(zhǎng)安混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）長(zhǎng)安混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該車的能源傳遞路線有四條該車的能源傳遞路線有四條: 第第1條路線為從四缸電噴發(fā)動(dòng)機(jī)到輪胎；條路線為從四缸電噴發(fā)動(dòng)機(jī)到輪胎； 第第2條路線為動(dòng)力電池組到輪胎；條路線為動(dòng)力電池組到輪胎； 第第3條為從發(fā)電裝置條為從發(fā)電裝置ISG到動(dòng)力電池組；到動(dòng)力電池組； 第第4條路線為輪胎到動(dòng)力電池組，在汽車下坡或條路線為輪胎到動(dòng)力電池組，在汽車下坡或制動(dòng)工況時(shí)，由發(fā)電機(jī)制動(dòng)工況時(shí)，由發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)ISG將汽車的再生將汽車的再生或制動(dòng)的能量存儲(chǔ)到動(dòng)力電池。或制動(dòng)的能量存儲(chǔ)到動(dòng)力電池。 電控單元電控單元EC

25、U和電和電子油門對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)子油門對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。行控制。ISG通過(guò)通過(guò)ISG控制器和驅(qū)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，電池器進(jìn)行控制，電池能量管理系統(tǒng)對(duì)電能量管理系統(tǒng)對(duì)電池組的荷電狀態(tài)進(jìn)池組的荷電狀態(tài)進(jìn)行控制。通過(guò)行控制。通過(guò) CAN（Controller Area Network）總線，混合動(dòng)力系總線，混合動(dòng)力系統(tǒng)中所有控制子系統(tǒng)中所有控制子系統(tǒng)向多能源動(dòng)力總統(tǒng)向多能源動(dòng)力總成管理系統(tǒng)發(fā)送子成管理系統(tǒng)發(fā)送子系統(tǒng)運(yùn)行信息，并系統(tǒng)運(yùn)行信息，并且接受多能源總成且接受多能源總成管理系統(tǒng)的控制命管理系統(tǒng)的控制命令，通過(guò)多能源動(dòng)令，通過(guò)多能源動(dòng)力總成管理系統(tǒng)來(lái)力總成管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)

26、的控制協(xié)調(diào)。的控制協(xié)調(diào)。圖圖8-6 長(zhǎng)安混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)安混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （2）開(kāi)關(guān)型控制）開(kāi)關(guān)型控制策略由系統(tǒng)初始化策略由系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊組和數(shù)據(jù)顯示模塊組成主要的系統(tǒng)軟件。成主要的系統(tǒng)軟件。 圖圖8-7 開(kāi)關(guān)型控制策略系統(tǒng)控制流程圖開(kāi)關(guān)型控制策略系統(tǒng)控制流程圖 蓄電池的充電狀態(tài)的最小值和最大值分別設(shè)定蓄電池的充電狀態(tài)的最小值和最大值分別設(shè)定為為60和和80。系統(tǒng)主要功能包括控制發(fā)電機(jī)控。系統(tǒng)主要功能包括控制發(fā)電機(jī)控制器，監(jiān)控和管理電動(dòng)機(jī)控制器；監(jiān)控電池組工制器，監(jiān)控和管理電動(dòng)機(jī)控制器；監(jiān)控電池組工作狀況

27、；根據(jù)電池組電量自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)電機(jī)作狀況；根據(jù)電池組電量自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)電機(jī)組，對(duì)電池組進(jìn)行充電或停止充電。組，對(duì)電池組進(jìn)行充電或停止充電。 開(kāi)關(guān)型控制策略的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)關(guān)型控制策略的優(yōu)點(diǎn): 是保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作于效率最高點(diǎn)，所以其熱效是保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作于效率最高點(diǎn)，所以其熱效率高，有害排放少。缺點(diǎn)主要是蓄電池充放電頻率高，有害排放少。缺點(diǎn)主要是蓄電池充放電頻繁，加上發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)的動(dòng)態(tài)損耗，系統(tǒng)繁，加上發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)的動(dòng)態(tài)損耗，系統(tǒng)總的損失功率增大?？偟膿p失功率增大。 （3）“功率跟蹤型功率跟蹤型”控制策略控制策略 “功率跟蹤型功率跟蹤型”控制策略是由發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤控制策略是由發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤汽

28、車功率需求，只有在蓄電池的充電狀態(tài)為最大汽車功率需求，只有在蓄電池的充電狀態(tài)為最大值、并且蓄電池提供的功率能滿足汽車需求時(shí)，值、并且蓄電池提供的功率能滿足汽車需求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才停機(jī)或怠速運(yùn)行。此策略的優(yōu)點(diǎn)是蓄電發(fā)動(dòng)機(jī)才停機(jī)或怠速運(yùn)行。此策略的優(yōu)點(diǎn)是蓄電池充放電次數(shù)減少，因而系統(tǒng)內(nèi)部損失減少；另池充放電次數(shù)減少，因而系統(tǒng)內(nèi)部損失減少；另外可以采用小容量的蓄電池，從而減輕汽車質(zhì)量，外可以采用小容量的蓄電池，從而減輕汽車質(zhì)量，減小行駛阻力。其主要不足是發(fā)動(dòng)機(jī)必須在較大減小行駛阻力。其主要不足是發(fā)動(dòng)機(jī)必須在較大的工況范圍運(yùn)行，平均熱效率較低，有害排放較的工況范圍運(yùn)行，平均熱效率較低，有害排放較多。多。

29、第二節(jié)第二節(jié) 充電器充電器 目前的電動(dòng)汽車蓄電池仍以鉛酸蓄電池為主，目前的電動(dòng)汽車蓄電池仍以鉛酸蓄電池為主，正確使用蓄電池，及時(shí)進(jìn)行充電可有效降低汽車正確使用蓄電池，及時(shí)進(jìn)行充電可有效降低汽車的使用成本。的使用成本。 一、蓄電池的充電方法一、蓄電池的充電方法1恒壓充電恒壓充電2恒流充電恒流充電3快速充電快速充電 4智能充電智能充電5均衡充電均衡充電 1恒壓充電恒壓充電 恒壓充電是是保持蓄電池充電壓一定的充電方恒壓充電是是保持蓄電池充電壓一定的充電方法，對(duì)每個(gè)單體蓄電池均以某一恒定電壓進(jìn)行充法，對(duì)每個(gè)單體蓄電池均以某一恒定電壓進(jìn)行充電。電。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 充電速度較快，且隨著充電的進(jìn)行，充電電流

30、充電速度較快，且隨著充電的進(jìn)行，充電電流會(huì)逐漸減小，電壓設(shè)定適當(dāng)時(shí)，充足電時(shí)會(huì)自動(dòng)會(huì)逐漸減小，電壓設(shè)定適當(dāng)時(shí)，充足電時(shí)會(huì)自動(dòng)停充。停充。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 不能保證蓄電池徹底充足電，如果蓄電池放電不能保證蓄電池徹底充足電，如果蓄電池放電深度過(guò)深，充電的電流會(huì)很大，不僅會(huì)危及充電深度過(guò)深，充電的電流會(huì)很大，不僅會(huì)危及充電器的安全，而且可能對(duì)蓄電池造成損害。若充電器的安全，而且可能對(duì)蓄電池造成損害。若充電電壓選擇過(guò)低，后期充電電流過(guò)小，又會(huì)導(dǎo)致充電壓選擇過(guò)低，后期充電電流過(guò)小，又會(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間延長(zhǎng)。電時(shí)間延長(zhǎng)。 2恒流充電恒流充電 恒流充電是保持蓄電池的充電電流不變的充電恒流充電是保持蓄電池的充電電流

31、不變的充電方法。恒定電流用調(diào)整充電器的電流來(lái)控制，在方法。恒定電流用調(diào)整充電器的電流來(lái)控制，在一般的硅整流器充電器中即可實(shí)現(xiàn)，充電操作簡(jiǎn)一般的硅整流器充電器中即可實(shí)現(xiàn)，充電操作簡(jiǎn)單方便。但要求采用小電流、長(zhǎng)時(shí)間的充電模式，單方便。但要求采用小電流、長(zhǎng)時(shí)間的充電模式，恒流充電一般需要恒流充電一般需要15h以上。以上。 第一階段的充第一階段的充電電流取額定電電流取額定容量的容量的1/10。 第二階段的充第二階段的充電電流減小一電電流減小一半，即取額定半，即取額定容量的容量的1/20。 蓄電池充足電的標(biāo)志是：蓄電池充足電的標(biāo)志是： 單格蓄電池的充電電壓達(dá)到約單格蓄電池的充電電壓達(dá)到約2.7V；電解液

32、中；電解液中有大量氣泡產(chǎn)生；電解液的密度上升到最大值。有大量氣泡產(chǎn)生；電解液的密度上升到最大值。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 可以保證蓄電池徹底充足電，延長(zhǎng)蓄電池的使可以保證蓄電池徹底充足電，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，減少蓄電池用壽命，減少蓄電池“硫化硫化”故障產(chǎn)生的傾向。故障產(chǎn)生的傾向。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 充電時(shí)間比較長(zhǎng)。到目前為止。充電時(shí)間比較長(zhǎng)。到目前為止。 恒流兩階段充電法是鉛酸蓄電池充電中最常用恒流兩階段充電法是鉛酸蓄電池充電中最常用的方法。的方法。 3快速充電快速充電 快速充電過(guò)程中遵循的原則是，在可能的情況快速充電過(guò)程中遵循的原則是，在可能的情況下，向蓄電池施以盡量大的充電電流，又不使蓄下，向蓄電池施

33、以盡量大的充電電流，又不使蓄電池的析氣量過(guò)大，同時(shí)還要防止蓄電池過(guò)充電。電池的析氣量過(guò)大，同時(shí)還要防止蓄電池過(guò)充電。 對(duì)鉛酸蓄電池的充電可以縮短到對(duì)鉛酸蓄電池的充電可以縮短到23h。 使電流以脈沖的方式輸送給蓄電池，對(duì)電使電流以脈沖的方式輸送給蓄電池，對(duì)電池充電，然后讓電池短時(shí)間、大脈沖放電，池充電，然后讓電池短時(shí)間、大脈沖放電，在整個(gè)充電過(guò)程中使電池反復(fù)充、放電。在整個(gè)充電過(guò)程中使電池反復(fù)充、放電。 4智能充電智能充電 智能充電應(yīng)用智能充電應(yīng)用dU/dt的技術(shù)，跟蹤檢測(cè)蓄電池端的技術(shù)，跟蹤檢測(cè)蓄電池端電壓在單位時(shí)間內(nèi)的變化量，尤其在蓄電池充電電壓在單位時(shí)間內(nèi)的變化量，尤其在蓄電池充電的后期，

34、各種蓄電池在充電后期呈現(xiàn)不同的變化的后期，各種蓄電池在充電后期呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律；并且要?jiǎng)討B(tài)跟蹤蓄電池可接受的充電電流，規(guī)律；并且要?jiǎng)討B(tài)跟蹤蓄電池可接受的充電電流，使充電電流始終處于蓄電池可接受的充電電流曲使充電電流始終處于蓄電池可接受的充電電流曲線附近。線附近。dU/dt的值只要得到確定，蓄電池的充電的值只要得到確定，蓄電池的充電深度就基本確定，并可以判斷終止的條件。深度就基本確定，并可以判斷終止的條件。 5均衡充電均衡充電 均衡充電是以小電流進(jìn)行均衡充電是以小電流進(jìn)行l(wèi) 3h的過(guò)充電過(guò)程，的過(guò)充電過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)，均衡充電不能頻繁進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，均衡充電不能頻繁進(jìn)行。 在電動(dòng)汽車上根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)

35、在電動(dòng)汽車上根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)的發(fā)電情況和發(fā)電機(jī)的發(fā)電情況和動(dòng)力電池組的情況，選擇不同的充電方法，各種動(dòng)力電池組的情況，選擇不同的充電方法，各種充電方法可以兼用。充電方法可以兼用。二、充電器的類型二、充電器的類型1充電站、停車場(chǎng)和維修站用大中型充電器充電站、停車場(chǎng)和維修站用大中型充電器 充電站、停車場(chǎng)和維修站用大中型充電器通充電站、停車場(chǎng)和維修站用大中型充電器通常采用常采用380V三相交流充電器。要求體積小、三相交流充電器。要求體積小、質(zhì)量輕、操作簡(jiǎn)便、工作可靠、能夠自動(dòng)控制質(zhì)量輕、操作簡(jiǎn)便、工作可靠、能夠自動(dòng)控制和有自檢系統(tǒng)等。可供多輛汽車在夜間停駛時(shí)和有自檢系統(tǒng)等。可供多輛汽車在夜間停駛時(shí)

36、進(jìn)行充電，充電時(shí)間一般進(jìn)行充電，充電時(shí)間一般510h。 2家庭用小型充電器家庭用小型充電器 家庭用小型充電器一般采用單相交流充電器或家庭用小型充電器一般采用單相交流充電器或單相單相/三相交流充電器。一般要求體積小、質(zhì)量輕、三相交流充電器。一般要求體積小、質(zhì)量輕、便于安裝和移動(dòng)、操作簡(jiǎn)便、工作可靠、顯示準(zhǔn)便于安裝和移動(dòng)、操作簡(jiǎn)便、工作可靠、顯示準(zhǔn)確和能夠自動(dòng)控制等。確和能夠自動(dòng)控制等。 可供私家汽車在夜間停駛時(shí)進(jìn)行充電，功率可供私家汽車在夜間停駛時(shí)進(jìn)行充電，功率35kW，充電時(shí)間，充電時(shí)間510h。也可以用于快速充電。也可以用于快速充電。美國(guó)福特汽車公司研制的美國(guó)福特汽車公司研制的Posicha

37、rge快速充電器，快速充電器，只用只用1020 min時(shí)間即可完成電動(dòng)汽車的充電，時(shí)間即可完成電動(dòng)汽車的充電，每次充電可以供電動(dòng)汽車行駛約每次充電可以供電動(dòng)汽車行駛約90km。 3車載小型充電器車載小型充電器 車載小型充電器一般為單相交流充電器或單相車載小型充電器一般為單相交流充電器或單相/三相交流充電器，要求體積小、質(zhì)量輕、可靠性三相交流充電器，要求體積小、質(zhì)量輕、可靠性好、便于在汽車上安裝、使用方便等。通常以感好、便于在汽車上安裝、使用方便等。通常以感應(yīng)式為主要形式，能夠全天候地進(jìn)行充電和快速應(yīng)式為主要形式，能夠全天候地進(jìn)行充電和快速充電。充電。三、電動(dòng)汽車的蓄電池充電器三、電動(dòng)汽車的蓄電

38、池充電器 汽車蓄電池充電器的基本功能有三個(gè)：汽車蓄電池充電器的基本功能有三個(gè)：一是由市電進(jìn)行電力變換提供直流電，一是由市電進(jìn)行電力變換提供直流電，二是供給與蓄電池額定條件相對(duì)應(yīng)的電力，二是供給與蓄電池額定條件相對(duì)應(yīng)的電力，三是當(dāng)蓄電池充滿后自動(dòng)停止充電。三是當(dāng)蓄電池充滿后自動(dòng)停止充電。 根據(jù)充電器是否安裝在車內(nèi)，充電器可分為根據(jù)充電器是否安裝在車內(nèi)，充電器可分為 車載和非車載車載和非車載兩種。兩種。 根據(jù)充電時(shí)的能量轉(zhuǎn)換方式的不同，充電器分為根據(jù)充電時(shí)的能量轉(zhuǎn)換方式的不同，充電器分為接觸式和感應(yīng)式接觸式和感應(yīng)式兩類。兩類。 車載充電器車載充電器一般設(shè)計(jì)為一般設(shè)計(jì)為小充電率小充電率，充電時(shí)間長(zhǎng)，

39、充電時(shí)間長(zhǎng)，一般為一般為5 8h，要求其盡可能體積小、質(zhì)量輕，要求其盡可能體積小、質(zhì)量輕（一般小于（一般小于5kg）。）。 由于充電器和電池管理系統(tǒng)都裝在車上，所以由于充電器和電池管理系統(tǒng)都裝在車上，所以它們相互之間容易利用電動(dòng)汽車的內(nèi)部線路網(wǎng)絡(luò)它們相互之間容易利用電動(dòng)汽車的內(nèi)部線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，而且蓄電池的充電方式是預(yù)先定義好進(jìn)行通訊，而且蓄電池的充電方式是預(yù)先定義好的。的。 非車載充電器非車載充電器沒(méi)有質(zhì)量和體積的限制，一般設(shè)計(jì)沒(méi)有質(zhì)量和體積的限制，一般設(shè)計(jì)為為大充電率大充電率。由于非車載充電器和電池管理系統(tǒng)。由于非車載充電器和電池管理系統(tǒng)是分開(kāi)的，它們之間必須通過(guò)某種方式進(jìn)行通訊。是分開(kāi)

40、的，它們之間必須通過(guò)某種方式進(jìn)行通訊。根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的關(guān)于電池的類型、荷電根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的關(guān)于電池的類型、荷電狀態(tài)、電壓和溫度等信息，非車載充電器選擇一狀態(tài)、電壓和溫度等信息，非車載充電器選擇一種合適的充電方式為蓄電池充電，以避免蓄電池種合適的充電方式為蓄電池充電，以避免蓄電池的過(guò)充和過(guò)熱。的過(guò)充和過(guò)熱。 接觸式接觸式是將帶插頭的交流動(dòng)力電纜線插到電動(dòng)是將帶插頭的交流動(dòng)力電纜線插到電動(dòng)汽車的插座中給電池充電。汽車的插座中給電池充電。 適合于戶內(nèi)充電。適合于戶內(nèi)充電。 感應(yīng)式感應(yīng)式則通過(guò)電磁感應(yīng)耦合的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)則通過(guò)電磁感應(yīng)耦合的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換給電池充電。換給電池充電。 適合于

41、戶外充電。適合于戶外充電。 車載和非車載充電器都可以是接觸式或感應(yīng)式車載和非車載充電器都可以是接觸式或感應(yīng)式的。的。 1接觸式充電器接觸式充電器 采用插頭與插座金屬接觸的方式來(lái)導(dǎo)電，優(yōu)點(diǎn)是采用插頭與插座金屬接觸的方式來(lái)導(dǎo)電，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟和成本低廉。工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟和成本低廉。 組成：組成： 一個(gè)是將輸入一個(gè)是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整為直流電的整流器；另一個(gè)流器；另一個(gè)是調(diào)節(jié)直流電是調(diào)節(jié)直流電功率的功率轉(zhuǎn)功率的功率轉(zhuǎn)換器。換器。 圖圖8-11非車載接觸式充電器的布置方案非車載接觸式充電器的布置方案 把電線的插頭插入電動(dòng)汽車上相對(duì)應(yīng)的插座中，把電線的插頭插入電動(dòng)汽車

42、上相對(duì)應(yīng)的插座中，直流電能就輸入蓄電池對(duì)其充電。直流電能就輸入蓄電池對(duì)其充電。 根據(jù)非車載充電器和車上電池管理系統(tǒng)相互之根據(jù)非車載充電器和車上電池管理系統(tǒng)相互之間的通訊，功率轉(zhuǎn)換器能在線調(diào)節(jié)直流充電功率，間的通訊，功率轉(zhuǎn)換器能在線調(diào)節(jié)直流充電功率，而且非車載充電器能顯示充電電流、電壓、充電而且非車載充電器能顯示充電電流、電壓、充電的電能、所需的充電費(fèi)用等。的電能、所需的充電費(fèi)用等。 2感應(yīng)式充電器感應(yīng)式充電器 感應(yīng)充電器將電能從感應(yīng)充電器將電能從充電器感應(yīng)到電動(dòng)汽充電器感應(yīng)到電動(dòng)汽車上來(lái)給蓄電池充電。車上來(lái)給蓄電池充電。感應(yīng)充電器是利用高感應(yīng)充電器是利用高頻變壓器原理，高頻頻變壓器原理，高頻變

43、壓器的一邊繞組裝變壓器的一邊繞組裝在離車的充電器上，在離車的充電器上，另一邊繞組嵌在電動(dòng)另一邊繞組嵌在電動(dòng)汽車上。汽車上。 圖圖8-12 感應(yīng)式充電器的充電原理感應(yīng)式充電器的充電原理 充電器將充電器將5060Hz的市電轉(zhuǎn)換成的市電轉(zhuǎn)換成 80300Hz的的高頻電，然后再感應(yīng)到電動(dòng)汽車一方。整流電路高頻電，然后再感應(yīng)到電動(dòng)汽車一方。整流電路將高頻交流電變換為能夠?yàn)樾铍姵爻潆姷闹绷麟?。將高頻交流電變換為能夠?yàn)樾铍姵爻潆姷闹绷麟姟?特點(diǎn)：特點(diǎn)： 任何天氣條件下，包括雨雪天或者是暴風(fēng)雨，任何天氣條件下，包括雨雪天或者是暴風(fēng)雨，安全的進(jìn)行充電，其不足之處是充電時(shí)不可避免安全的進(jìn)行充電，其不足之處是充電時(shí)

44、不可避免地有感應(yīng)損耗，而且投資成本高。地有感應(yīng)損耗，而且投資成本高。第三節(jié)第三節(jié) 電源變換裝置電源變換裝置 一、電動(dòng)汽車電子設(shè)備對(duì)電源的要求一、電動(dòng)汽車電子設(shè)備對(duì)電源的要求 各功能塊對(duì)電源的要求：如所需的電壓和電流各功能塊對(duì)電源的要求：如所需的電壓和電流的大小、功率等級(jí)、電磁兼容性、安全可靠性等的大小、功率等級(jí)、電磁兼容性、安全可靠性等指標(biāo)也各不相同。指標(biāo)也各不相同。 功率變換器可分為功率變換器可分為 DC/DC、DC/ AC、AC/DC三種類型。三種類型。 它們各自有不同的適用范圍，使用最多的是前它們各自有不同的適用范圍，使用最多的是前兩種。兩種。 二、二、DC/DC功率變換器功率變換器 （

45、一）電動(dòng)汽車的（一）電動(dòng)汽車的DC/DC變換器的主要功用：變換器的主要功用： 將寬范圍變化的直流電壓變換成穩(wěn)定性能良好將寬范圍變化的直流電壓變換成穩(wěn)定性能良好的直流電壓。的直流電壓。 （二）（二）DC/DC的種類的種類 從開(kāi)關(guān)控制方式來(lái)分從開(kāi)關(guān)控制方式來(lái)分，DC/DC功率變換電路有：功率變換電路有： 脈寬調(diào)制式脈寬調(diào)制式PWM（PulseWidth Modulation）、）、 脈沖頻率調(diào)制式脈沖頻率調(diào)制式 PFM（Pulse Frequency Munition）、）、 脈寬和頻率混合調(diào)制式脈寬和頻率混合調(diào)制式“硬開(kāi)關(guān)電路硬開(kāi)關(guān)電路”、 零電壓或零電流零電壓或零電流“軟開(kāi)關(guān)軟開(kāi)關(guān)”PWM電路

46、、電路、 諧振式、諧振式、 準(zhǔn)諧振式變換器。準(zhǔn)諧振式變換器。 從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)分，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)分，DC/DC功率變換電路有：功率變換電路有： 升壓型、升壓型、 降壓型、降壓型、 升升/降壓型、降壓型、 正激型、正激型、 反激型、反激型、 反相型、反相型、 全橋式正激型、全橋式正激型、 半橋式正激型、半橋式正激型、 推挽式正激型等。推挽式正激型等。 輔助子系統(tǒng)能量供給的輔助子系統(tǒng)能量供給的DC/DC變換器變換器 非絕緣型：負(fù)極與車身相連，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非絕緣型：負(fù)極與車身相連，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低；成本低； 絕緣型絕緣型 ：負(fù)極與車身絕緣，主電源的高等：負(fù)極與車身絕緣，主電源的高等 級(jí)電壓與輔助電源的低等

47、級(jí)電壓級(jí)電壓與輔助電源的低等級(jí)電壓 隔離開(kāi)來(lái)。隔離開(kāi)來(lái)。 共性：共性：工作效率都很高，一般為工作效率都很高，一般為8595，并且適于商，并且適于商用。用。 （三）（三）DC/DC變換器的電路舉例變換器的電路舉例以控制電路的驅(qū)以控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為基礎(chǔ)，動(dòng)信號(hào)為基礎(chǔ)，功率回路打開(kāi)或功率回路打開(kāi)或者關(guān)閉晶閘管，者關(guān)閉晶閘管，輸入輸入直流電直流電，供，供給變壓器交流電給變壓器交流電壓。在變壓器中壓。在變壓器中變壓之后得到的變壓之后得到的交流電壓交流電壓，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)整流二極管的整整流二極管的整流作用，得到流作用，得到斷斷續(xù)直流電壓續(xù)直流電壓，再，再經(jīng)平滑電路平滑經(jīng)平滑電路平滑后對(duì)輔助電池充后對(duì)輔助電池

48、充電?？刂苹芈愤€電?？刂苹芈愤€具有輸入過(guò)電壓具有輸入過(guò)電壓保護(hù)、輸出限流、保護(hù)、輸出限流、過(guò)熱保護(hù)和警報(bào)過(guò)熱保護(hù)和警報(bào)功能。功能。（四）燃料電池汽車的（四）燃料電池汽車的DC/DC功率變換器功率變換器 1燃料電池汽車燃料電池汽車DC/DC變換器的作用變換器的作用 要使汽車電子設(shè)備正常工作，必須使用一個(gè)要使汽車電子設(shè)備正常工作，必須使用一個(gè)DC/DC功率變換模塊，將寬范圍變化的直流電壓功率變換模塊，將寬范圍變化的直流電壓變換成穩(wěn)定性能良好的直流電壓。變換成穩(wěn)定性能良好的直流電壓。 （l）燃料電池的特性）燃料電池的特性： 實(shí)現(xiàn)燃料電池輸出電壓與動(dòng)力總線電壓匹配。實(shí)現(xiàn)燃料電池輸出電壓與動(dòng)力總線電壓匹

49、配。 （2）混合動(dòng)力型燃料電池汽車的特點(diǎn)）混合動(dòng)力型燃料電池汽車的特點(diǎn) 燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓通常在燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓通常在240V430V，而且燃料電池的外特性（電壓隨電流的變化）曲而且燃料電池的外特性（電壓隨電流的變化）曲線斜率較大。線斜率較大。 蓄電池組的標(biāo)稱電壓一般設(shè)計(jì)在蓄電池組的標(biāo)稱電壓一般設(shè)計(jì)在380V以上，而以上，而且由于蓄電池的充放電特性及其使用安全性的要且由于蓄電池的充放電特性及其使用安全性的要求，蓄電池的端電壓求，蓄電池的端電壓應(yīng)在較小的范圍內(nèi)變化應(yīng)在較小的范圍內(nèi)變化。 在燃料電池的輸出端串接一個(gè)對(duì)燃料電池的輸在燃料電池的輸出端串接一個(gè)對(duì)燃料電池的輸出電壓進(jìn)行升壓變換及

50、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的出電壓進(jìn)行升壓變換及穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的DC/DC變換器，變換器，使使DC/DC變換器的輸出電壓和蓄電池工作電壓相變換器的輸出電壓和蓄電池工作電壓相匹配，并且控制燃料電池的最大輸出電流和功率，匹配，并且控制燃料電池的最大輸出電流和功率，起到保護(hù)燃料電池系統(tǒng)的目的。起到保護(hù)燃料電池系統(tǒng)的目的。 燃料電池或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料電池或發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組只提供電能，電流發(fā)電機(jī)組只提供電能，電流的方向只是的方向只是單向流動(dòng)。單向流動(dòng)。 而蓄電池和超級(jí)電容器在充放電時(shí)，電流的方而蓄電池和超級(jí)電容器在充放電時(shí)，電流的方向是向是可逆性流動(dòng)可逆性流動(dòng)。 各種電源的電壓和電流受工況變化影響而不穩(wěn)各種電源的電壓和電流受工況變化

51、影響而不穩(wěn)定，但驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不能適應(yīng)其變化，所以在電源定，但驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不能適應(yīng)其變化，所以在電源與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間需要裝置與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間需要裝置DC/DC變換器。變換器。 在電源與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間需要裝置在電源與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之間需要裝置DC/DC變換變換器。器。 在燃料電池或發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料電池或發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組與電動(dòng)機(jī)之間需發(fā)電機(jī)組與電動(dòng)機(jī)之間需要裝置單向要裝置單向DC/DC變換器。變換器。 在蓄電池和超級(jí)電容器與電動(dòng)機(jī)之間需要裝置在蓄電池和超級(jí)電容器與電動(dòng)機(jī)之間需要裝置雙向雙向DC/DC變換器。變換器。 2DC/DC變換器的工作原理變換器的工作原理 （1）雙向）雙向DC/DC變換器變換器 組成：組成

52、： 充電工況時(shí)充電工況時(shí) ，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)Q1切斷、切斷、 Q2導(dǎo)通導(dǎo)通，充電，充電時(shí)的電流或者儲(chǔ)存制動(dòng)反時(shí)的電流或者儲(chǔ)存制動(dòng)反饋時(shí)的電流，經(jīng)動(dòng)力總線饋時(shí)的電流，經(jīng)動(dòng)力總線向蓄電池或超級(jí)電容器充向蓄電池或超級(jí)電容器充電。變換器處于降壓電。變換器處于降壓（Buck）狀態(tài)。）狀態(tài)。 放電工況時(shí)放電工況時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通，導(dǎo)通， Q2切斷，切斷，蓄電池蓄電池或超級(jí)電容器放電，電容或超級(jí)電容器放電，電容C中儲(chǔ)存的電荷也同時(shí)放中儲(chǔ)存的電荷也同時(shí)放電，電流由超級(jí)電容器向電，電流由超級(jí)電容器向動(dòng)力總線流動(dòng)，雙向動(dòng)力總線流動(dòng)，雙向DC/DC變換器對(duì)外放電處變換器對(duì)外放電處于升壓（于升壓（Boo

53、st）狀態(tài)。）狀態(tài)。 （2）單向）單向DC/DC變換器變換器 根據(jù)整車動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定根據(jù)整車動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定DC/DC變換器的變換器的輸出電壓給定值。當(dāng)燃料電池電流逐漸增大時(shí)，電壓基本輸出電壓給定值。當(dāng)燃料電池電流逐漸增大時(shí)，電壓基本保持平穩(wěn)，通過(guò)對(duì)輸出電壓的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)變換器的恒保持平穩(wěn)，通過(guò)對(duì)輸出電壓的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)變換器的恒壓輸出。壓輸出。 AB 段段 ：當(dāng)燃料電池電流逐漸：當(dāng)燃料電池電流逐漸增大時(shí)，電壓基本保持平穩(wěn)，增大時(shí)，電壓基本保持平穩(wěn)，通過(guò)對(duì)輸出電壓的閉環(huán)控制，通過(guò)對(duì)輸出電壓的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)變換器的恒壓輸出實(shí)現(xiàn)變換器的恒壓輸出 。 BC段段 ：隨著燃料電池電：

54、隨著燃料電池電流的繼續(xù)增大，燃料電池流的繼續(xù)增大，燃料電池輸出電壓下降，輸出電壓下降，DC/DC變變換器實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料電池的換器實(shí)時(shí)檢測(cè)燃料電池的輸出電壓，輸出電壓，當(dāng)該電壓下降當(dāng)該電壓下降到下限值時(shí)，到下限值時(shí)，DC/DC就根就根據(jù)燃料電池的輸出功率進(jìn)據(jù)燃料電池的輸出功率進(jìn)行恒功率輸出行恒功率輸出 。 CD段段 ：當(dāng)：當(dāng)DC/DC變換器變換器達(dá)到最大電流輸出時(shí)，電達(dá)到最大電流輸出時(shí)，電壓迅速下降，其電流值決壓迅速下降，其電流值決定定DC/DC變換器的最大輸變換器的最大輸出電流。恒電流段。出電流。恒電流段。 1） Boost 功率變換器功率變換器 2)全橋式全橋式DC/DC功率功率變換器變換器

55、三、三、DC/AC功率變換器功率變換器 1DC/AC功率變換器的作用功率變換器的作用 DC/AC功率變換器是將直流電變換為交流電的功率變換器是將直流電變換為交流電的裝置，也稱為逆變器（電源模塊）。裝置，也稱為逆變器（電源模塊）。 在使用交流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車上，必須通過(guò)在使用交流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車上，必須通過(guò)DC/AC功率變換器將蓄電池或燃料電池的直流電功率變換器將蓄電池或燃料電池的直流電變換為交流電，才能驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)工作。變換為交流電，才能驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)工作。 2DC/AC功率變換器的種類及原理功率變換器的種類及原理 有源逆變：有源逆變： 是把直流電逆變成與交流電源同頻率的交流電是把直流電逆變

56、成與交流電源同頻率的交流電饋送到電網(wǎng)饋送到電網(wǎng)中去的逆變器。中去的逆變器。 無(wú)源逆變：無(wú)源逆變： 在逆變狀態(tài)下，變換電路的交流側(cè)直接與負(fù)載在逆變狀態(tài)下，變換電路的交流側(cè)直接與負(fù)載連接，將直流電逆變成某一頻率或可調(diào)頻率的交連接，將直流電逆變成某一頻率或可調(diào)頻率的交流電直接流電直接供給負(fù)載供給負(fù)載。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： DC/AC無(wú)源逆變電路模塊具有體積小、質(zhì)量輕、無(wú)源逆變電路模塊具有體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、穩(wěn)定性好、工作可靠的特點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)換噪聲低、穩(wěn)定性好、工作可靠的特點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)換效率高，諧波失真小，有自動(dòng)穩(wěn)頻穩(wěn)壓性能，保效率高，諧波失真小，有自動(dòng)穩(wěn)頻穩(wěn)壓性能，保護(hù)功能完善。護(hù)功能完善。 應(yīng)用：應(yīng)用：

57、 電動(dòng)汽車中使用的電動(dòng)汽車中使用的DC/AC多為多為無(wú)源逆變器無(wú)源逆變器，除，除電動(dòng)汽車外，電動(dòng)汽車外，DC/AC無(wú)源逆變電路模塊主要用于無(wú)源逆變電路模塊主要用于航天、航海及通訊系統(tǒng)等設(shè)備。航天、航海及通訊系統(tǒng)等設(shè)備。四、四、AC/DC功率變換器功率變換器 AC/DC功率變換器的作用是將功率變換器的作用是將交流電壓交流電壓轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定直流電壓。電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定直流電壓。 電動(dòng)汽車中電動(dòng)汽車中AC/DC的功能主要是將交流發(fā)電機(jī)的功能主要是將交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電提供給用電器或儲(chǔ)能發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電提供給用電器或儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存。設(shè)備儲(chǔ)存。 AC/DC組成：組

58、成： 輸入濾波電路、輸入濾波電路、 全波整流和濾波電路、全波整流和濾波電路、 DC/DC變換電路、變換電路、 過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)電路、過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)電路、 控制電路和輸出整流電路?？刂齐娐泛洼敵稣麟娐?。 整流電路的作用整流電路的作用是將交流電壓變?yōu)橹绷髅}動(dòng)電壓；是將交流電壓變?yōu)橹绷髅}動(dòng)電壓； 輸入濾波電路的作用輸入濾波電路的作用是使整流后的電壓更加平滑，是使整流后的電壓更加平滑，并將電網(wǎng)中的雜波濾除以免對(duì)模塊產(chǎn)生干擾。并將電網(wǎng)中的雜波濾除以免對(duì)模塊產(chǎn)生干擾。 DC/DC變換電路和控制電路作用變換電路和控制電路作用是實(shí)現(xiàn)直流電壓是實(shí)現(xiàn)直流電壓的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。的轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓。 保護(hù)電路的作用保護(hù)

59、電路的作用是在模塊輸入電壓或電流過(guò)大時(shí)是在模塊輸入電壓或電流過(guò)大時(shí)使模塊關(guān)斷，起到保護(hù)作用。使模塊關(guān)斷，起到保護(hù)作用。 為了解決整流后諧波畸變所導(dǎo)致的低功率因數(shù)問(wèn)為了解決整流后諧波畸變所導(dǎo)致的低功率因數(shù)問(wèn)題，使模塊效率進(jìn)一步提高，越來(lái)越多的模塊制造題，使模塊效率進(jìn)一步提高，越來(lái)越多的模塊制造廠商在全波整流電路和廠商在全波整流電路和DC/DC變換電路之間加入功變換電路之間加入功率因數(shù)校正電路。率因數(shù)校正電路。第四節(jié)第四節(jié) 電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng) 電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)能充分發(fā)揮電動(dòng)汽電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)能充分發(fā)揮電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，把剎車制動(dòng)、高速運(yùn)行、減速運(yùn)行、車的

60、優(yōu)點(diǎn)，把剎車制動(dòng)、高速運(yùn)行、減速運(yùn)行、下坡滑行等狀態(tài)下的部分能量轉(zhuǎn)化為電能反充給下坡滑行等狀態(tài)下的部分能量轉(zhuǎn)化為電能反充給蓄電池，從而有效地利用能源，提高了電動(dòng)汽車蓄電池，從而有效地利用能源，提高了電動(dòng)汽車的續(xù)程里程，這是傳統(tǒng)的燃油汽車所不能相比的。的續(xù)程里程，這是傳統(tǒng)的燃油汽車所不能相比的。一、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的基本原理一、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的基本原理 1泵能原理泵能原理 泵能，即為由低壓向高壓充電泵能，即為由低壓向高壓充電 。 當(dāng)當(dāng)U Uc時(shí)，對(duì)電容的充電電流為時(shí)，對(duì)電容的充電電流為ic，電感電流為，電感電流為iL。 因?yàn)橐驗(yàn)閁 Uc，所以，所以iL0， 低壓向高壓的充電過(guò)程可低壓向高壓的充