新能源汽车与电动机控制

混合动力动力的运用特征
THS（丰田混合动力系统）主要操作特征
从发动机停止 状态下起动
正常行驶
加速
减速
停 止
仅电动机
电动机和发动机
电动机和发动机 （从蓄电池获取） 的额外电能）
充电蓄电池
发动机自动停止
1.起动：发动机效率差时，例如起步和低速行驶时，发动机停止且仅利用电动 机驱动车辆。 2.行驶：通过在发电机和车轮之间分配发动机动力来驱动车辆。利用产生的 电能驱动电动机。为实现最大效率，适时配合使用发动机和电动机。 3.加速：加速时，除发动机动力外，蓄电池也向电机供电以提高加速性能。 4.减速：减速或制动时，电动机用作发电机把制动能量转换为电能并储存在蓄 电池内。 5.停止：车辆停止时，发动机自动停止以提高燃油经济性
前
言
不断增加的燃烧热能需求与排放，赖以生存的环境空气不 断的遭受污染，石油能源有限储量面临不断的减少短缺，人类 正主动的迎接这一历史性的严峻挑战。 为使我们的天空变蓝，人与地球生态资源的和谐共处，开 发清洁、高效、智能化的新能源，取代现在正在使用的内燃机 热力的车辆，是该时期的迫切需要； 发展纯电动、混合动力和燃料电池电动化的电力车辆，是 该时期汽车动力的转型，主要体现了电动机、电力控制、电瓶 技术在车辆上可靠的安全性——新能源车的特点主要体现了汽 车电力驱动的运用（高压）。 了解新能源汽车的电力结构原理与控制技术特点，掌握安 全操作规范，对养护、维修、诊断现代新能源电动车，是现 代修理技能的必修课。
理论最大 节油效果
典型车型例 君越混合动力
本田insight
丰田Prius
混合动力分类
从对电能的依赖程度，混合动力可分为:
弱混合动力 MILD HYBRID 也称轻度混合动力、软混合动力、微混合动力等。例如奇瑞A5的 BSG款（电机10KW），通常节油10%以下，电机不直接参与驱动，主 要用于启动和回收制动能。 中度混合动力 中混常用ISG内置安装曲轴启动/发电技术，例如别克君越Eco Hybrid（电机15KW），通常节油20%左右。 重度混合动力FULL HYBRID 也称全混合动力、强混合动力等，强混合动力代表产品为TOYOTA PRIUS（电机50KW），可节油40%。 插电混合动力PLUG IN HYBRID 插电式混合动力，能供更好的节油比例，但会消耗一定的电能， 例如大众高尔夫TwinDrive（电机130KW），每百公里8度电和2.5L 的油耗。
新能源汽车运用与控制
南京林业大学汽车与交通工程学院 ----杨忠颇
内
容
前 言 新能源动力汽车的发展概述 一、组合高压电池结构与管理监控 二、车用电力驱动电机（发电机）结构与控制 三、 HV混合动力车驱动管理控制装置 四、电力转换驱动控制系统装置与连接性能的检测 五、新能源电动车使用缺点与安全
小 结
高压电池的外观结构与安装布置
由若干小型单元体子电池集合而成的高压电池安装箱内，每个小单元之间的都有 电池连接管理的采样导线、每个动力电池模组的前端都有电池信息采集器。
特斯拉Model S电池组板看似非常高大上。其电池组板由16组电池 组串联而成，并且每组电池组由444节锂电池，每74节并联形成。 因此特斯拉Model S电池组板由7104节18650锂电池组成。
气隙是为了单元电池通风散热
混合动力车的驱动能量管理与策略
1、蓄电池电量SOC的控制要保证上限约80%（上限在 75%说明蓄电池性能衰竭）、下限40%、目标60%。 运行时根据油门踏板、制动踏板、车辆车速与发动机 的传递扭矩信息、适时的命令，以节能环保为核心、智 能的控制发动机热能运转、电动机电能的动力切换或发 动机电动机混能的共动力驱动的模式。
丰田HV控制系统组成结构信息方框图
混合驱动桥
档位传感器 (换档, 选择)
分解器型速度 传感器 (MG2)
MG1 MG2
空调压缩机
加速踏板位置 传感器
HV ECU
变频器空调变频 器源自发动机 制动执行器发动机 ECU (ECM) 防滑控制 ECU
CAN
升压转换器
DC-DC 转换器
SMR1, 2 and 3 HY电池 BMS
蓄电池智能单元 绝缘异常 检测 通信 电压 动力管理控制 ECU (HV CPU) SOC、HOC 控制
HV 蓄电池控制原理
HV 蓄电池冷 却鼓风机
HV 蓄电池冷却鼓 风机控制
温度 x 3 温度传 感器
HV 蓄电池
电压 x 14
+
维修塞 电流 传感器 -
高压蓄电池电量目标与监控管理
电池管理系统主要功能包括数据采集、电池状态计算、能量管理、热管理、安全管理、 均衡控制和通信功能等。 目标温度50℃
一、产品结构特点
S11电动车系统框图
驱动方式：前置前驱动力总成：减速器（速比9.035）+6kw永磁同步电机 能量路径： ① 高压：车载充电器→动力电池（Batt）→三项电机控制器（Inverter） →高压电机 ② 低压：动力电池→DCDC→低压电器系统
纯电动汽车元件布置结构图
二、产品总布置
充电器
燃料电池 技术 + 动力电池 超级电容技术 + 动力电池
注意：低速电瓶车、双燃料车（含天然气、生物柴油、乙醇、甲醇 等）均不属于新能源技术
新能源车运用的技术结构特征
主要特征是：在原有的动力结构上：运用了高压电源，控制电机、加入 了电力驱动的车辆（减少或取代热力燃油消耗与排放污染的热力驱动 装置）。
THS II（丰田混合动力系统 II）——理念
THS II 同时实现高水平环保和高功率输出，这是“混合动 力协同驱动”的理念。该项创新通过协同电动机动力和发 动机动力提高车辆性能。
低油耗
高功率
HV普锐斯主要动力与控制部件布置图
混合动力驱动桥
电控汽油发动机
变频器总成
混合动力轿车的发动机舱(丰田--- PRIUS)
电力驱动车的发展，在动力总体结构上，最终完 全淘汰热力发动机和变速器，其电力驱动结构的方 式几乎不大。
国家“863计划”2001 新能源车发展框架
并联式、串联式、混联式
新 能 源 车 的 架 构
油电混合 俗称--混合动力
弱混、中混、重混 非插电式、插电式 电池 组动力电池技术
电电混合 俗称--电动汽车
2、能量回收：减速、下坡滑行时动机械能转换为发电+ 发动机拖动发电的电能、向电力系统补充电量。
3、每个电池单元格均安装了传感器监测蓄电池的连接 、电压、均衡量、剩余量、温度、内阻、能量寿命等技 术参数、便于控制性能调整与自诊断。
混合动力系统的动作模式
1）起步低负荷 在起步和极低速行驶时，电池需要有足够的目标电量，发 动机在低效率高油耗区切断启动，利用电动机行驶。 2）正常行驶 利用动力分配机构，一部分直接驱动车辆，另一部分用来 驱动发电机。产生的电力驱动电动机，来实现控制这两条 路径的动力分割比率的最大效率。 3）全油门加速 全油门时，电动机提供部分动力，增加驱动力。 4）减速、下坡、 减速、下坡时车轮带动电机作为发电机使用，将动能转化 为电能储存在电池中。 5）电池充电 对电池的充电状态进行控制，使其处于一定的范围之内。当 电池充量达到该范围的下限时，发动机启动，开始启动开 始充电。达到上限时停止充电。
辅助电池
HV 蓄电池
车速传 感器
DLC3
一、组合高压电池结构与管理监控
电池管理系统（Battery Management System 简称BMS） 是对电池组进行安全监控及有效管理、提高蓄电池使用效率的装置。 通过该系统对电池组充放电的有效控制，可达到增加续航里程、延长 使用寿命，并保证电池组应用的安全和可靠性。
新能源动力汽车的发展概述
现热力驱动的内燃机因能源与严厉的环保法规 约束下已不适应需求，将会被新能源电动车所取代。 目前作为热力转型时期的新能源电动动车，不管 是运用燃料电池还是纯电驱动，在技术上都存在着 难以大面积推广的弊端，汽车要完全进入“纯电能 时代”，必须要有过渡技术---混动力汽车，才是目 前相对容易推广新能源与环保解决的最终方案之一。
特斯拉电源管理系统的控制单元的布置
特 斯 拉 电 池 管 理 器 控 制 单 元
例奥迪Q5HV电池
►额定电压 266 V ► 单格电压 3.7 V Li-ion ► 电池格数量 72 (串联) ► 容量 5.0 Ah ► 工作温度 15 — 55 C °， -30 C °以下则无法保证起动功能 ► 总能量 1.3 kWh ► 可用能量 0.8 kWh ，充电状态在 30 – 80%时 ► 重量 38 kg （安装重量）
预充电接线盒 后底板下动力电池 高压线束总成 DCDC转换
后舱动力电池
前舱车身电器 小电池
前舱动 力电池 驱动力管理 控制MCU
高压电机 驱动总成
典型EV纯电动汽车结构与控制原理图
点火开关唤醒
外部充电
燃料电池电动车
燃料电池工作原理
虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也 能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃 烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的+电荷转移来形成电流的。 最关键的技术就是利用 特殊的“电解质薄膜”将氢气 原子拆分，整个过程可以理 解成蚊子无法穿过纱窗，但 是更小的灰尘却可以….电解 质薄膜也是燃料电池领域最 难被攻克的技术壁垒。
混合动力系统管理控制内容表
（HV控制装置）
THS II 工作原理 列线图 工作原理 • HV 系统控制 • HV 输出计算 • 行驶模式控制 • SMR 控制 • 逆变器控制 • 逆变器工作信号 • 高压电容器放电 IGBT 切断 • 增压转换器控制 • DC/DC DC/AC转换器控制 • 电动机牵引力控制 • 制动再生电力控制 • E-four 控制 • HV 蓄电池控制 • SOC 控制 • HV 蓄电池冷却 • 绝缘异常检测 • 发动机控制 • 空调压缩机控制 • 输出技术限制 • 失效保护+诊断