新能源汽車技術（第2版）全套可編輯PPT課件全課導航項目1項目2項目3項目4項目5項目6純電動汽車概述動力電池及管理技術驅(qū)動電機及控制技術整車控制及輕量化技術純電動汽車其他關鍵技術混合動力電動汽車技術項目7燃料電池電動汽車技術緒論緒論緒論新能源汽車是相對于傳統(tǒng)燃油汽車而言的，根據(jù)我國工業(yè)和信息化部發(fā)布的《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)定》(2017年1月6日公布，修訂后于2020年8月19日發(fā)布)，新能源汽車是指采用新型動力系統(tǒng)，完全或者主要依靠新型能源驅(qū)動的汽車。0.1新能源汽車概述

緒論近年來，節(jié)能環(huán)保壓力促進了汽車技術向低碳化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、新能源、新材料等技術的發(fā)展，給汽車產(chǎn)業(yè)帶來了巨大變革，推動了傳統(tǒng)燃油汽車向新能源汽車的轉(zhuǎn)變。以電力驅(qū)動為主線的電池、電機、電控“三電”技術成為新能源汽車的核心技術，與之配套的充電、儲能等輔助技術則推進了新能源汽車的實際應用。物聯(lián)網(wǎng)、智能技術的革新推動了智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術的發(fā)展，促進了汽車產(chǎn)業(yè)與其他領域的跨界融合，為實現(xiàn)“SCSTSV”(SC是指智慧城市，ST是指智能交通，SV是指智能汽車)發(fā)展目標奠定了基礎。0.1新能源汽車概述

緒論新能源汽車主要是指電動汽車，各類電動汽車的一個共同特點是汽車完全或部分通過電機驅(qū)動，從而實現(xiàn)汽車尾氣零排放或低排放。0.2新能源汽車的分類

緒論321新能源汽車包括純電動汽車(BEV)燃料電池電動汽車(FCEV)混合動力電動汽車(HEV)1.純電動汽車純電動汽車是一種驅(qū)動能量完全由電能提供，由電機驅(qū)動的汽車，電機的驅(qū)動電能來源于車載可充電儲能系統(tǒng)(動力電池)或其他能量儲存裝置。目前，國內(nèi)市場上的純電動汽車有比亞迪旗下的漢EV、唐EV、秦PLUSEV、宋PLUSEV、e2等車型，特斯拉、小鵬、蔚來旗下的全系車型，廣汽埃安旗下的Aion系列車型，北汽新能源旗下的EC系列、EU系列、EX系列車型，吉利旗下的帝豪Gse、帝豪EV500、帝豪EVPro等車型，以及幾何、歐拉、哪吒、R汽車等品牌旗下的全系車型。

0.2新能源汽車的分類

緒論2.混合動力電動汽車混合動力電動汽車是指能夠至少從下述兩類車載儲存的能量中獲得動力的汽車。0.2新能源汽車的分類

緒論混合動力電動汽車（1）可消耗的燃料。（2）可再充電能/能量儲存裝置。0.2新能源汽車的分類

緒論0102按照動力系統(tǒng)結構形式的不同，混合動力電動汽車可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種。按照外接充電能力的不同，混合動力電動汽車可分為可外接充電式、不可外接充電式兩種。插電式混合動力電動汽車(PHEV)就屬于可外接充電式混合動力電動汽車。混合動力電動汽車目前，各大傳統(tǒng)汽車廠商紛紛推出自己的新能源汽車，其中大部分車型為插電式混合動力電動汽車，如比亞迪旗下的漢DM、唐DM、秦PLUSDM-i、宋PLUSDM-i等車型，一汽豐田旗下的卡羅拉雙擎E+車型，長城旗下的WEYP8、WEYVV7PHEV、WEYVV7GTPHEV等車型，華晨寶馬旗下的寶馬5系新能源車型。0.2新能源汽車的分類

緒論在我國，不可外接充電式(非插電式)混合動力電動汽車未被列入新能源汽車行列，故此類汽車不屬于新能源汽車的范疇。3.燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車是指以燃料電池系統(tǒng)為單一動力源，或者以燃料電池系統(tǒng)與車載可充電儲能系統(tǒng)為混合動力源的電動汽車。因此，燃料電池電動汽車可分為純?nèi)剂想姵仉妱悠嚭腿剂想姵鼗旌蟿恿﹄妱悠噧煞N。0.2新能源汽車的分類

緒論3.燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車一般是在燃料電池系統(tǒng)中，使氫氣和空氣中的氧氣在催化劑的作用下經(jīng)電化學反應產(chǎn)生電能，以此為主要動力源的汽車。目前市場上燃料電池電動汽車的銷量較小，主要有豐田Mirai、現(xiàn)代NEXO、本田ClarityFuelCell、廣汽埃安AionLXFuelCell、上汽MAXUSEUNIQ7、長安CS75FCV等車型。0.2新能源汽車的分類

緒論1.新能源汽車的發(fā)展背景石油短缺、環(huán)境污染、氣候變暖已成為世界各國面臨的共同挑戰(zhàn)，在此背景下，發(fā)展新能源汽車已成為大勢所趨。近年來，我國大力調(diào)整能源結構，推進環(huán)境治理工作。在節(jié)能減排方面，我國承諾于2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和（簡稱“雙碳目標”)，從碳達峰到碳中和的時間遠遠短于發(fā)達國家所用的時間，這就需要我們做出巨大的努力。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論1)石油短缺我國是世界第一大工業(yè)國，對石油資源的需求量極大，但與之不匹配的是，我國石油資源短缺，高度依賴進口，隨著我國經(jīng)濟加速發(fā)展，這種矛盾也變得越來越突出。根據(jù)中國石油經(jīng)濟技術研究院的數(shù)據(jù)，2020年，我國石油和天然氣的進口依存度已高達73%和43%，加之當前復雜的國際形勢，使我國的能源安全存在巨大風險。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論1)石油短缺

近年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為全球第一大汽車市場，包括汽車在內(nèi)的交通部門石油消耗量占全國石油總消耗量的比重多年保持在50%以上。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，未來汽車保有量將持續(xù)增加，石油消耗量也會增加，這將導致我國石油資源更加短缺。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論2)環(huán)境污染

傳統(tǒng)燃油汽車在行駛過程中會產(chǎn)生大量的有害氣體，不僅污染環(huán)境，還大大影響了人類健康。汽車尾氣的主要污染物為一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、鉛(Pb)、細微顆粒物及硫化物等。這些一次污染物還會通過大氣化學反應生成光化學煙霧、酸沉降物等二次污染物。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論2)環(huán)境污染

隨著城市汽車數(shù)量的快速增長，汽車排放的污染物已成為城市大氣污染的主要貢獻者，在一些城市其對多項大氣污染指標的貢獻率已在70%以上。汽車排放的污染物已對城市大氣環(huán)境構成了嚴重威脅。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論3)氣候變暖

能源的大量消耗會帶來嚴重的溫室氣體排放問題。二氧化碳是全球最主要的溫室氣體，是造成氣候變化的主要原因，而它主要來自石化燃料的燃燒。據(jù)世界上許多科學家預測，未來50~100年人類將完全進入一個變暖的世界。受人類活動的影響，溫室氣體和硫化物氣溶膠的濃度快速增加，未來100年全球平均地表溫度將上升1.4~5.8°C，到2050年，近30年我國平均氣溫將上升2.2°C。氣候變化風險加劇，汽車尾氣排放問題成為人們關注的焦點。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論2.新能源汽車的發(fā)展趨勢進入二十一世紀后，我國汽車產(chǎn)業(yè)開始高速發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)成為世界第一汽車生產(chǎn)和銷售大國。在新能源汽車方面，通過自主研發(fā)，我國已經(jīng)開發(fā)出純電0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車等各類整車產(chǎn)品，形成了多品種、全系列的各類整車和零部件生產(chǎn)及配套體系，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高，產(chǎn)品技術水平明顯提升，我國已基本掌握了電動汽車整車設計、系統(tǒng)集成等關鍵技術，新能源汽車技術達到世界先進水平，市場份額、整車產(chǎn)品關鍵性能指標處于世界先進水平，已掌握部分關鍵零部件的核心技術。掃

一

掃

我國為什么要大力發(fā)展新能源汽車?2.新能源汽車的發(fā)展趨勢補短板、破瓶頸、謀長遠，掌握核心技術、自立自強是當前我國汽車產(chǎn)業(yè)的首要任務。在當前逆全球化回潮和國際科技競爭加劇的背景下，汽車產(chǎn)業(yè)的競爭（特別是核心技術的競爭）將更多地體現(xiàn)在整個產(chǎn)業(yè)體系。當前，我國在節(jié)能汽車、新能源汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等的核心零部件方面均存在不同程度的技術欠缺，尤其是在車載芯片、操作系統(tǒng)、汽車材料等方面存在“卡脖子”技術。圍繞核心技術和關鍵瓶頸技術加強攻關，加大基礎研究和產(chǎn)業(yè)應用技術供給，培育和鞏固產(chǎn)業(yè)競爭力，掌握核心技術、自立自強勢在必行。

0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論在未來10~15年，在穩(wěn)步提升的新能源汽車技術支撐下，我國將全面掌握高比能高安全動力電池、高效電機驅(qū)動系統(tǒng)、先進電控系統(tǒng)、全新整車平臺以及高性能長壽命燃料電池等新能源汽車關鍵裝備的生產(chǎn)技術，并達到世界先進水平。動力電池、驅(qū)動電機作為核心零部件，其技術水平影響著新能源汽車的發(fā)展。整車性能的提升離不開核心零部件及相關基礎設施技術的進步，同時，整車性能的需求也帶動核心零部件的技術進步，從而促進了新能源汽車整車與零部件相輔相成的技術創(chuàng)新。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論純電動汽車和插電式混合動力電動汽車是我國已經(jīng)進行產(chǎn)業(yè)化推廣的兩類重要產(chǎn)品，也是未來10~15年內(nèi)新能源汽車逐漸成為主流汽車產(chǎn)品的關鍵所在。

0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論純電動汽車和插電式混合動力電動汽車涵蓋了電池技術、電機技術、電控技術、充換電技術、智能化技術、專用發(fā)動機技術以及整車集成與控制技術等先進新能源汽車技術。動力電池是純電動汽車和插電式混合動力電動汽車的核心部件，其技術水平和性能水平直接決定新能源汽車的續(xù)駛里程、使用壽命、成本等關鍵指標。電機驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車主要的能量轉(zhuǎn)換與動力傳遞系統(tǒng)，是實現(xiàn)電能與機械能轉(zhuǎn)換，保證整車動力性、經(jīng)濟性、可靠性等性能的關鍵部件。充電基礎設施是新型基礎設施建設的重要組成部分，是新能源汽車大規(guī)模推廣的基礎保障，也是實現(xiàn)智慧城市多能源融合的核心媒介之一，是構建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的重要支撐。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論燃料電池電動汽車具有零排放、續(xù)駛里程長、燃料加注快的特點，是全球汽車動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級的一個重要發(fā)展方向，也是我國新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。燃料電池電動汽車涵蓋0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論了氫能供應鏈和汽車關鍵系統(tǒng)技術鏈，燃料電池堆及關鍵材料、車用燃料電池系統(tǒng)、整車集成，以及氫氣生產(chǎn)、運輸、儲存和加注相關基礎設施等技術是未來燃料電池電動汽車技術的重要發(fā)展方向。0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論202520302035預計到2025年，新能源汽車銷量占汽車總銷量的20%左右，氫燃料電池電動汽車保有量達到10萬輛左右。到2030年，新能源汽車銷量占汽車總銷量的40%左右。到2035年，新能源汽車將成為主流，其銷量占汽車總銷量50%以上，氫燃料電池電動汽車保有量達到100萬輛左右。在未來10~15年，新能源汽車將逐漸成為汽車產(chǎn)業(yè)的主流產(chǎn)品，汽車產(chǎn)業(yè)將基本實現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型。汽車強國之路發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。在黨的領導下，我國堅持純電驅(qū)動戰(zhàn)略取向，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了巨大成就，成為世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要力量之一。與此同時，我國新能源汽車發(fā)展也面臨核心技術創(chuàng)新能力不強、質(zhì)量保障體系有待完善、基礎設施建設仍顯滯后、產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不健全、市場競爭日益加劇等問題。為推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，加快建設汽車強國，國務院辦公廳于2020年10月20日發(fā)布了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》。……（詳見教材）0.3新能源汽車的發(fā)展

緒論新能源汽車的概念課堂總結新能源汽車的分類緒論新能源汽車的發(fā)展謝謝新能源汽車技術（第2版）項目一純電動汽車概述

純電動汽車是新能源汽車最重要的一個分支。在2016—2020年，中國純電動汽車銷量總體上呈上升趨勢。國務院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中提出，到2025年，我國新能源汽車新車銷售量將達到汽車新車銷售總量的20%左右，其中純電動汽車在汽車新車銷售總量中的占比約為4.32%。按照“碳達峰”“碳中和”的實現(xiàn)路徑，我國將在2030年實現(xiàn)“碳達峰”，2060年實現(xiàn)“碳中和”。2025—2060年，純電動汽車滲透率將逐漸提升，到2060年，純電動汽車的市場滲透率有望超過70%。項目導讀達成目標技能目標思政目標知識目標（1）掌握純電動汽車各系統(tǒng)的結構。（2）熟悉純電動汽車的技術條件。（3）掌握純電動汽車的動力性。（4）掌握純電動汽車的經(jīng)濟性。（1）能夠識別純電動汽車的主要結構。（2）能夠分析純電動汽車的動力性。（1）培養(yǎng)科學嚴謹、精益求精的工匠精神。（2）強化安全意識和節(jié)能環(huán)保意識。（3）養(yǎng)成嚴肅認真、標準規(guī)范的工作作風。認識純電動汽車1.1純電動汽車概述項目1任務導入小吳所在的A市對小客車指標配置實行搖號政策，小吳經(jīng)過多年申請都沒有中簽。隨著國家大力推進新能源汽車發(fā)展，A市放寬了對新能源汽車指標的限制，滿足條件的家庭即可申請。這激發(fā)了小吳購買新能源汽車的熱情。經(jīng)過考察，小吳發(fā)現(xiàn)，純電動汽車具有結構簡單、維護成本低、操作方便等特點，非常適合像他這樣的新手，并且在他預算范圍內(nèi)有多種車型可供選擇，這讓小吳欣喜不已。純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車不同，它是靠驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能來驅(qū)動車輛行駛的，因此不需要安裝發(fā)動機及相關部件。此外，在很多方面，純電動汽車的結構與傳統(tǒng)燃油汽車也存在差異。思考：純電動汽車的基本結構有哪些？想一想純電動汽車是以動力電池儲備的電能為動力，用驅(qū)動電機來驅(qū)動車輛行駛的。純電動汽車主要由動力電池系統(tǒng)、驅(qū)動電機系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等電動系統(tǒng)，以及車身、底盤等常規(guī)系統(tǒng)組成，如圖所示。純電動汽車的組成任務1.1

認識純電動汽車純電動汽車無須發(fā)動機，其驅(qū)動電機相當于傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機，動力電池相當于傳統(tǒng)燃油汽車的油箱。

電能是二次能源，可以來自風能、水能、熱能或太陽能，由車載充電系統(tǒng)和外部充電裝置儲存在動力電池中，供純電動汽車使用。任務1.1

認識純電動汽車任務1.1

認識純電動汽車動力電池系統(tǒng)基本結構動力電池箱動力電池輔助元器件電池管理系統(tǒng)（BMS）1.動力電池系統(tǒng)的基本結構1.1.1動力電池系統(tǒng)動力電池箱用于支撐、固定和保護動力電池系統(tǒng)，主要由上蓋、下托盤、正負極引出插孔、采集線接口、維修開關等組成。任務1.1

認識純電動汽車1.1.1動力電池系統(tǒng)動力電池用于存儲和提供電能，通常先由多個電池單體并聯(lián)組成電池模塊，再由多個電池模塊串聯(lián)組成電池模組。任務1.1

認識純電動汽車1.1.1動力電池系統(tǒng)掃

一

掃

動力電池電池管理系統(tǒng)主要用于檢測電池單體的電壓、電流以及電池模組的總電壓、總電流，控制動力電池充放電，防止動力電池過充電和過放電。任務1.1

認識純電動汽車1.1.1動力電池系統(tǒng)

輔助元器件主要有繼電器、預充電阻、熔斷器、電流傳感器、溫度傳感器、動力電池的內(nèi)部線纜和高低壓插接件等。任務1.1

認識純電動汽車1.1.1動力電池系統(tǒng)時采集動力電池的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，監(jiān)控動力電池的工作狀態(tài)，并通過總線網(wǎng)絡與整車控制器進行通信，對動力電池系統(tǒng)的充放電進行綜合管理。2.動力電池系統(tǒng)的工作原理

動力電池系統(tǒng)首先接收和存儲由充電系統(tǒng)和制動能量回收系統(tǒng)提供的電能，然后通過高壓配電盒為驅(qū)動電機、空調(diào)壓縮機、PTC加熱器等用電設備提供電能。動力電池模組放置在密閉的動力電池箱內(nèi)，通過高壓插接件與高壓配電盒相連，輸出高壓直流電。電池管理系統(tǒng)實任務1.1

認識純電動汽車1.1.1動力電池系統(tǒng)我國的新能源汽車技術，特別是動力電池技術，在國際上具有較強的技術優(yōu)勢，特斯拉、奔馳、寶馬等汽車企業(yè)都在采購我國的動力電池。在動力電池技術方面，寧德時代、比亞迪兩大企業(yè)都具有國際領先優(yōu)勢。以比亞迪的刀片電池技術為例，其刀片電池很薄很長，單體厚度僅為0.3mm，制造工藝難度很高，在世界范圍內(nèi)都具有獨創(chuàng)性。任務1.1

認識純電動汽車1.1.1動力電池系統(tǒng)純電動汽車的驅(qū)動電機系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機和電機控制系統(tǒng)兩部分組成。

任務1.1

認識純電動汽車1.1.2驅(qū)動電機系統(tǒng)

321電機控制系統(tǒng)電機控制器（MCU）減速器總成冷卻系統(tǒng)驅(qū)動電機將動力電池系統(tǒng)輸送來的電能轉(zhuǎn)化成機械能。電機控制器對驅(qū)動電機進行啟動、加減速、怠速、制動等運行狀態(tài)的控制，并實時進行狀態(tài)和故障監(jiān)測，保障驅(qū)動電機系統(tǒng)安全可靠地運行。

驅(qū)動電機及電機控制器在運行時會產(chǎn)生大量熱能，冷卻系統(tǒng)用于將這部分熱能傳遞至外界，使驅(qū)動電機及電機控制器工作在一個溫度相對穩(wěn)定的環(huán)境中。減速器總成是驅(qū)動電機的傳動裝置，用于將驅(qū)動電機的機械能傳遞至車輪以使車輛達到相應的車速。任務1.1

認識純電動汽車1.1.2驅(qū)動電機系統(tǒng)

1.整車控制系統(tǒng)的基本結構整車控制系統(tǒng)是純電動汽車的“大腦”，負責整車信息的采集、處理和傳遞，對純電動汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性和舒適性等進行綜合控制。如圖所示，整車控制系統(tǒng)主要由整車控制器（VCU）及相關控制線路組成，可分為低壓電控系統(tǒng)、高壓電控系統(tǒng)、整車網(wǎng)絡管理系統(tǒng)三部分。整車控制系統(tǒng)的基本結構1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車低壓電控系統(tǒng)：用于控制低壓電氣設備或電路，如低壓蓄電池的充電控制，車燈、刮水器等低壓電氣設備的電源控制，整車控制器和高壓系統(tǒng)各控制電路的電源控制。傳統(tǒng)燃油汽車的蓄電池由發(fā)動機驅(qū)動充電機為其充電，純電動汽車的低壓蓄電池則由動力電池通過DC/DC變換器為其充電。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車1.整車控制系統(tǒng)的基本結構高壓電控系統(tǒng)：用于控制高壓系統(tǒng)的各電氣設備，如動力電池、驅(qū)動電機、電動壓縮機、DC/DC變換器等。高壓電控系統(tǒng)可根據(jù)車輛行駛的功率需求，實現(xiàn)從動力電池到驅(qū)動電機的能量轉(zhuǎn)換與傳輸控制。整車網(wǎng)絡管理系統(tǒng)：用于整車控制器與電機控制器、電池管理系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)等子系統(tǒng)之間的通信與管理。整車控制器一般通過CAN總線與各子系統(tǒng)進行通信。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車2.整車控制系統(tǒng)的主要功能整車控制模式的判斷和驅(qū)動控制

VCU通過CAN總線和I/O端口來獲取啟動信號、充電信號、加速/制動踏板位置信號、當前車速等狀態(tài)信息和整車故障信息（

如有），以此來判斷當前需要的整車工作模式，如充電模式、行駛模式等;根據(jù)當前車輛狀態(tài)和相關參數(shù)計算車輛的轉(zhuǎn)矩能力，然后結合當前車輛行駛需要的轉(zhuǎn)矩，計算出合理的實際輸出轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對車輛的驅(qū)動控制。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車（2）整車能量優(yōu)化管理整車控制系統(tǒng)對電能分配進行合理優(yōu)化，以提高車輛的續(xù)駛里程。（3）整車通信網(wǎng)絡管理整車控制系統(tǒng)以VCU為中心組建整車通信網(wǎng)絡，通過與BMS、MCU、空調(diào)控制器等模塊的通信，實現(xiàn)信息的組織與傳輸、網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡節(jié)點的管理、信息優(yōu)先權的動態(tài)分配和網(wǎng)絡故障的診斷與處理等網(wǎng)絡管理功能。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車2.整車控制系統(tǒng)的主要功能（4）制動能量回收控制純電動汽車可在車輛制動時對制動能量進行回收，以提高車輛的續(xù)駛里程。整車控制系統(tǒng)根據(jù)行駛速度、駕駛員的制動意圖和動力電池的狀態(tài)，判斷車輛是否滿足制動能量回收的條件，如滿足條件，則使動力電池進入充電狀態(tài)，將部分制動能量轉(zhuǎn)換成動力電池的電能，從而實現(xiàn)對制動能量回收的控制。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車2.整車控制系統(tǒng)的主要功能（5）故障診斷和處理整車控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測整車的狀態(tài)，并進行故障診斷。如果監(jiān)測到故障信息，整車控制系統(tǒng)將對故障進行判斷和分級，及時進行相應的安全保護，同時通過故障指示燈報警，并在VCU中存儲故障碼，以備維修時查看。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車2.整車控制系統(tǒng)的主要功能（6）車輛狀態(tài)監(jiān)測與顯示整車控制系統(tǒng)對車輛狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并將各子系統(tǒng)的狀態(tài)信息發(fā)送給信息顯示系統(tǒng)，通過數(shù)字儀表盤顯示車輛狀態(tài)信息，如驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和溫度，動力電池的電量，車輛的車速、行駛里程等信息。1.1.3整車控制系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車2.整車控制系統(tǒng)的主要功能目前，純電動汽車的充電系統(tǒng)一般分為交流充電（慢充）系統(tǒng)和直流充電（快充）系統(tǒng)兩部分。1）交流充電系統(tǒng)交流充電系統(tǒng)是純電動汽車的常規(guī)充電系統(tǒng)，它是使用民用220V單相交流電（家用電源或交流充電樁），通過車載充電機進行整流變換，將220V單相交流電變換為高壓直流電后為動力電池充電。交流充電系統(tǒng)主要由供電設備、交流充電接口、高壓線束、車載充電機、高壓配電盒等部件組成。1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車1.充電系統(tǒng)1.充電系統(tǒng)供電設備：一般為交流充電樁和充電連接裝置，也可以是家用電源。交流充電接口：用于連接供電設備，如圖所示。交流充電接口1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車高壓線束：用于連接交流充電接口與車載充電機，將交流充電樁輸入的220V單相交流電輸送至車載充電機。車載充電機：用于將220V單相交流電轉(zhuǎn)換成動力電池所需的高壓直流電，如圖所示。車載充電機通過CAN總線與BMS通信，以判斷動力電池的連接狀態(tài)是否正常，獲取動力電池系統(tǒng)的參數(shù)及充電前和充電過程中動力電池模組和電池單體的實時數(shù)據(jù);通過CAN總線與VCU通信，上傳車載充電機的工作狀態(tài)、工作參數(shù)和故障信息，接收啟動充電或停止充電等控制命令。車載充電機1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車1.充電系統(tǒng)

高壓配電盒：用于整車的高壓配電管理，可分別對各電能輸出線路進行控制，并具有過電流保護、過電壓保護、高溫保護等功能。高壓配電盒內(nèi)部一般包含PTC控制器以及車載充電機、DC/DC變換器、空調(diào)壓縮機、PTC加熱器等高壓設備相關電路的熔斷器，如圖所示。高壓配電盒通過CAN總線與VCU通信，可實時與其交換數(shù)據(jù)。高壓配電盒1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車1.充電系統(tǒng)

2）直流充電系統(tǒng)直流充電系統(tǒng)一般使用工業(yè)380V三相交流電作為電源，將電源提供的交流電變成高壓、大電流的直流電后，直接為動力電池充電。直流充電系統(tǒng)主要由以下部件組成。1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車供電設備直流充電接口高壓線束高壓配電盒1.充電系統(tǒng)

供電設備：由直流充電樁和充電連接裝置組成，可將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成動力電池所需的高壓直流電。

直流充電接口：用于連接供電設備，如圖所示。直流充電接口1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車1.充電系統(tǒng)高壓線束：用于連接直流充電接口和高壓配電盒，將直流充電樁輸入的高壓直流電輸送至高壓配電盒。高壓配電盒：將由高壓直流電輸送給動力電池，同時對動力電池的電源輸出及分配進行管理，實現(xiàn)對支路用電器的保護。1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車1.充電系統(tǒng)2.制動能量回收系統(tǒng)制動能量回收系統(tǒng)就是把純電動汽車無用的、不需要的或有害的慣性運動所產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能，并回饋至動力電池，同時產(chǎn)生制動力矩，使車輛迅速減速的系統(tǒng)。1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車3.安全保護系統(tǒng)純電動汽車上有大量高壓電氣設備，因此必須設置安全保護系統(tǒng)，確保駕乘人員和維修人員的安全。此外，純電動汽車必須配備故障自診斷系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動控制高壓系統(tǒng)斷電，以防止事故的發(fā)生。1.1.4輔助系統(tǒng)

任務1.1

認識純電動汽車純電動汽車的基本結構課堂總結各系統(tǒng)的主要功能純電動汽車的工作原理任務1.1

認識純電動汽車課后作業(yè)（1）簡述純電動汽車的組成。（2）簡述驅(qū)動電機系統(tǒng)的基本結構和作用。（3）簡述整車控制系統(tǒng)的基本結構。（4）簡述制動能量回收系統(tǒng)的工作原理。任務1.1

認識純電動汽車

分析純電動汽車的特性純電動汽車概述項目11.2任務導入小李所在城市長期實行汽車（新能源汽車除外）尾號單雙號限行政策，自家的傳統(tǒng)燃油汽車經(jīng)常因限行而無法使用。因此，為了方便日常出行，小李購買了一輛時下正火的五菱宏光MINIEV純電動汽車。車買回來后，小李便開著它回農(nóng)村老家。在老家，村里的老人圍著小李新買的車一陣討論，都說這是老年代步車。小李聽后略感尷尬，便向他們解釋說，這款車絕對是純電動汽車，可以上新能源汽車牌照，和其他汽車一樣上路行駛，還可以上高速呢。小李解釋過后，大家仍將信將疑，弄得小李自己心里也沒底了，于是小李上網(wǎng)去查了下純電動汽車相關技術標準，發(fā)現(xiàn)這款車滿足純電動汽車的各項技術條件，由此佐證了自己的說法。思考：純電動汽車是什么？有什么技術要求？想一想純電動汽車分為純電動乘用車、純電動貨車等類型，下面以純電動乘用車為例，說明純電動汽車的技術條件。我國國家標準《純電動乘用車技術條件》（GB/T28382—2012）規(guī)定了座位數(shù)在5座及以下的純電動乘用車的技術條件。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件1.質(zhì)量分配要求

車輛的驅(qū)動電機及動力電池系統(tǒng)應合理布置，使質(zhì)量分布均衡。車輛的動力電池總質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值不宜大于30%。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件2.安全要求車輛的特殊安全、制動性能、成員保護等應符合以下規(guī)定。

（1）《電動汽車安全要求》（GB/T18384—2020）對電動汽車特殊安全的規(guī)定。該標準在人員觸電防護、功能安全防護、動力電池、車輛碰撞防護、車輛阻燃防護、車輛充電接口、車輛報警和提示、車輛事件數(shù)據(jù)記錄和電磁兼容方面均做出了要求。（2）《乘用車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》（GB21670—2008）對制動性能的規(guī)定。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件（3）《汽車正面碰撞的乘員保護》（GB11551—2014）和《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護》（GB20071—2006）對成員保護的規(guī)定。（4）在設計車輛時應考慮車輛啟動、車速低于20km/h時，能夠給車外人員發(fā)出適當?shù)奶崾拘月曧憽?.安全要求

《電動汽車安全要求》（GB/T18384—2020）根據(jù)最大工作電壓的不同，將電氣元件或電路的電壓等級分成A、B兩級，如表所示。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件3.動力性要求車輛的動力性應滿足以下要求。

（1）30min最高車速：按照《電動汽車動力性能試驗方法》（GB/T18385—2005）規(guī)定的試驗方法，車輛能夠持續(xù)行駛30min以上的最高平均車速應不低于80km/h。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件最高車速包括1km最高車速和30min最高車速兩種，其中1km最高車速是指車輛能夠往返各持續(xù)行駛1km以上距離的最高車速的平均值。《純電動乘用車技術條件》（GB/T28382—2012）

中僅規(guī)定了30min最高車速的技術要求。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件3.動力性要求（2）加速性能：按照《電動汽車動力性能試驗方法》（GB/T18385—2005）規(guī)定的試驗方法，車輛從0km/h到50km/h所用的加速時間應不超過10s，從50km/h到80km/h所用的加速時間應不超過15s。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件

（3）爬坡性能：按照《電動汽車動力性能試驗方法》（GB/T

18385

—

2005）規(guī)定的試驗方法，車輛通過4%坡度的爬坡速度應不低于60km/h，通過12%坡度的爬坡速度應不低于30km/h，車輛最大爬坡度應不低于20%。其中，爬坡速度是指車輛在給定坡度的坡道上能夠持續(xù)行駛1km以上的最高平均車速。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件3.動力性要求4.低溫啟動性能要求車輛在-20±2°C的試驗環(huán)境溫度下，浸車8h后，應能正常啟動、行駛。

5.續(xù)駛里程要求續(xù)駛里程是指純電動汽車在動力電池充滿電的情況下，按照規(guī)定的行駛工況所能行駛的最大距離。根據(jù)《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》（GB/T18386.1—2021）規(guī)定的試驗方法，車輛的工況法續(xù)駛里程應大于80km。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件6.可靠性要求車輛的可靠性應滿足以下要求。

（1）里程分配：可靠性行駛試驗的總里程為15000km，其中強化壞路2000km，平坦公路6000km，高速公路2000km，工況行駛5000km。可靠性行駛試驗的動力性試驗里程以及各試驗間的行駛里程等可計入可靠性試驗里程。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件

混合動力電動汽車的可靠性行駛試驗應按照《混合動力電動汽車定型試驗規(guī)程》（GB/T19750—2005）規(guī)定的方法進行。該標準中規(guī)定了混合動力電動汽車新產(chǎn)品設計定型試驗的實施條件、試驗項目、試驗方法、判定依據(jù)和試驗報告的內(nèi)容，并附有耐久工況試驗說明。純電動汽車的可靠性行駛試驗應在國家授權的試驗場地內(nèi)進行。可靠性行駛試驗的總里程為相應燃油車輛定型試驗規(guī)程中規(guī)定的可靠性行駛總里程的50%;總里程若小于5000km，則按5000km執(zhí)行。里程分配比例為：強化壞路占35%，平坦公路和高速公路占65%。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件6.可靠性要求（2）故障：整個可靠性試驗過程中，整車控制器、總線系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)、驅(qū)動電機系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等不應出現(xiàn)危及人身安全、引起主要總成報廢、對周圍環(huán)境造成嚴重危害的故障（致命故障）;也不應出現(xiàn)影響行車安全、引起主要零部件和總成嚴重損壞，或用易損備件和隨車工具不能在短時間內(nèi)排除的故障（嚴重故障）。其他系統(tǒng)和零部件參照相關標準的要求。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件（3）車輛維護：車輛的正常維護應按照車輛制造廠的規(guī)定;整個行駛試驗期間，不應更換動力系統(tǒng)的關鍵部件，如驅(qū)動電機及電機控制器、動力電池及電池管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件6.可靠性要求（4）性能復試：可靠性試驗結束后，進行30min最高車速、續(xù)駛里程復試。30min最高車速的復測值應不低于初始測試值的80%，且應不低于70km/h；工況法續(xù)駛里程的復測值應不低于初始測試值的80%，且應不低于70km。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件6.可靠性要求7.車輛上安裝的動力電池的要求車輛上安裝的動力電池應滿足以下要求。（1）一般要求：動力電池根據(jù)其類型，應符合行業(yè)標準《電動汽車用鉛酸蓄電池》（QC/T742—2006）、《電動汽車用鋰離子蓄電池》（QC/T743—2006）或《電動汽車用金屬氫化物鎳蓄電池》（QC/T744—2006）

的要求。

（2）低溫容量：動力電池在環(huán)境溫度為-20°C時的容量與常溫下的容量之比，應不小于70%。根據(jù)動力電池的類型，試驗方法應符合上述三個行業(yè)標準中相應的條款。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.1純電動汽車的技術條件1.驅(qū)動電機的特性驅(qū)動電機對純電動汽車的動力性起著至關重要的作用。它的特性主要體現(xiàn)在工作特性和機械特性兩個方面，具體如下。（1）驅(qū)動電機的工作特性：驅(qū)動電機通常在低速運行時呈恒轉(zhuǎn)矩特性，在高速運行時呈恒功率特性。在低速運行時，隨著轉(zhuǎn)速的增大，驅(qū)動電機的輸出功率逐漸增大，但輸出轉(zhuǎn)矩基本保持不變;在高速運行時，隨著轉(zhuǎn)速的增大，驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩逐漸減小，但輸出功率基本保持不變。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性掃

一

掃

動力電池

（2）驅(qū)動電機的機械特性：驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關系。不同類型的驅(qū)動電機之間的機械特性差異較大，若驅(qū)動電機具有較大范圍的恒功率運行區(qū)域，則其最大輸出轉(zhuǎn)矩通常較大，受此影響，車輛的加速和爬坡性能表現(xiàn)較好，傳動裝置也可以設計得相對簡單一些。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性1.驅(qū)動電機的特性不同類型的驅(qū)動電機擁有不同的最高轉(zhuǎn)速比x（

即最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值），因此傳動裝置應與驅(qū)動電機的類型相匹配。例如，一般情況下，對于永磁直流電機，x<2；對于異步電機，x

≈

4；對于開關磁阻電機，x>6。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性2.純電動汽車的動力性分析根據(jù)純電動汽車的動力性要求，純電動汽車主要有最高車速、加速性能和爬坡性能三個動力性指標。下面以某使用兩擋減速器的純電動汽車為例進行分析。

1）最高車速某使用兩擋減速器的純電動汽車的驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖如圖所示。某使用兩擋減速器的純電動汽車的驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性

1）最高車速當車輛達到最高車速時，驅(qū)動電機處于恒功率運行狀態(tài)，此時車輛的驅(qū)動力與行駛阻力（

空氣阻力+車輪滾動阻力）處于平衡狀態(tài)，反映在平衡圖上，驅(qū)動力與行駛阻力兩條曲線的交點A處對應的車速即最高車速，約為110km/h。由于驅(qū)動電機會受其最高轉(zhuǎn)速的限制，因此在通過上述方法得出最高車速后，還需進行校驗，以保證最高車速對應的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速不超過驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速，否則，應以驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速所對應的車速作為車輛的最高車速。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性上述車輛的最高車速比傳統(tǒng)燃油汽車的最高車速明顯要低，這可能和該車的使用場合有關，若僅用于城區(qū)通行或城郊短距離通行，110km/h的最高車速完全可以滿足要求。除此之外，關于該車最高車速的設計，你還能想到哪些原因?任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性

2）加速性能某使用兩擋減速器的純電動汽車的車速與時間關系曲線如圖所示。某使用兩擋減速器的純電動汽車的車速與時間關系曲線任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性

2）加速性能由圖可知，該車從靜止狀態(tài)（v=0km/h）全力加速至50km/h所用的加速時間約為7.5s，滿足相關標準規(guī)定的不超過10s的要求;從50km/h全力加速至80km/h所用的加速時間約為6.5s，滿足相關標準規(guī)定的不超過15s的要求。某使用兩擋減速器的純電動汽車的車速與時間關系曲線任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性3）爬坡性能純電動汽車的爬坡性能主要取決于驅(qū)動電機的機械性能，坡度越大，驅(qū)動電機需要輸出的轉(zhuǎn)矩就越大，轉(zhuǎn)速就越低。該車的爬坡度與車速關系曲線如圖所示。某使用兩擋減速器的純電動汽車的爬坡度與車速關系曲線任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性3）爬坡性能

由圖可知，該車通過4%坡度的爬坡速度約為75km/h（二擋），滿足相關標準規(guī)定的不低于60km/h的要求;通過12%坡度的爬坡速度約為36km/h（一擋），滿足相關標準規(guī)定的不低于30km/h的要求;車輛最大爬坡度為24%，滿足相關標準規(guī)定的不低于20%的要求。某使用兩擋減速器的純電動汽車的爬坡度與車速關系曲線任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.2純電動汽車的動力性1.試驗循環(huán)行駛工況純電動汽車在試驗時須按照試驗循環(huán)行駛工況中規(guī)定的車速和時間程序行駛。根據(jù)《中國汽車行駛工況第1部分：輕型汽車》（GB/T38146.1—2019），中國汽車行駛工況是指在中國交通環(huán)境下，描述特定車輛（

如乘用車、商用車、城市客車等）行駛特征的時間-速度曲線。其中，中國輕型汽車行駛工況（CLTC）是指M1類、N1類和最大設計總質(zhì)量不超過3500kg的M2類車輛使用的中國汽車行駛工況總稱，包括中國乘用車行駛工況（CLTC-P）和中國輕型商用車行駛工況（CLTC-C）兩部分。任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.3純電動汽車的經(jīng)濟性以CLTC-P為例，其包括低速（1部）、中速（2部）和高速（3部）3個速度區(qū)間，工況時長共計1800s，CLTC-P工況曲線如圖所示。CLTC-P工況曲線任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.3純電動汽車的經(jīng)濟性1.試驗循環(huán)行駛工況能量消耗率是指車輛經(jīng)過規(guī)定的試驗循環(huán)后，對動力電池重新充電至試驗前的容量，將從電網(wǎng)上得到的電能（

能量消耗量）除以試驗行駛里程所得的值，單位為Wh/km。《電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》（GB/T18386.1—2021）規(guī)定了輕型汽車能量消耗量和續(xù)駛里程的試驗方法及計算方法，由此可測算出純電動汽車的能量消耗率。2.純電動汽車的經(jīng)濟性指標任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.3純電動汽車的經(jīng)濟性

標準化建設，高質(zhì)量發(fā)展2021年6月28日，工信部發(fā)布了《2021年汽車標準化工作要點》，確定2021年汽車標準化工作，將深入貫徹落實《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南（

智能網(wǎng)聯(lián)汽車）》等要求，進一步聚焦重點領域、注重協(xié)同創(chuàng)新、強化應用牽引，持續(xù)健全完善汽車標準體系，為汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供堅實支撐。在新能源汽車領域，要強化電動汽車安全保障，開展電動汽車整車、動力電池及換電等安全標準實施效果評估，推動傳導式充電安全要求、碰撞后安全要求等標準發(fā)布實施。……（詳見教材）任務1.2

分析純電動汽車的特性1.2.3純電動汽車的經(jīng)濟性純電動汽車的技術條件課堂總結純電動汽車的動力性任務1.2

分析純電動汽車的特性純電動汽車的經(jīng)濟性課后作業(yè)（1）簡述純電動汽車的主要技術條件。（2）簡述純電動汽車的動力性要求。（3）簡述純電動汽車的可靠性要求。（4）純電動汽車的經(jīng)濟性指標有哪些?任務1.2

分析純電動汽車的特性謝謝新能源汽車技術（第2版）項目二動力電池及管理技術

截至2021年7月底，我國新能源汽車保有量已超過600萬輛。國內(nèi)汽車市場涌現(xiàn)出一大批具有國際競爭力的新能源汽車整車及零部件制造企業(yè)，組成了全球最完善的新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。值得注意的是，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)依然存在若干發(fā)展痛點。例如，在動力電池方面，低溫下充電慢、續(xù)駛里程降幅大，高溫下安全性差等問題仍有待解決。在2021年9月4日開幕的中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達）國際論壇上，科學技術部高新技術司副司長續(xù)超前表示，全球新能源汽車競爭焦點主要集中在動力電池、驅(qū)動電機等核心部件的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面，誰掌握了關鍵核心技術，誰就能在新的競爭賽道中拔得頭籌，贏得未來。項目導讀達成目標技能目標思政目標知識目標（1）掌握鋰離子電池的結構和工作原理。（2）掌握鋰離子電池的特點和應用。（3）熟悉超級電容與飛輪電池的結構、工作原理和特點。（4）熟悉鈉離子電池的特點。（5）掌握電池管理系統(tǒng)的基本功能和基本結構。（1）能夠識別動力電池的基本結構。（2）能夠分析電池管理系統(tǒng)的主要性能。（1）堅定民族自豪感和文化自信心。（2）強化安全意識和節(jié)能環(huán)保意識。（3）培養(yǎng)團結協(xié)作、顧全大局的團隊精神。認識動力電池2.1動力電池及管理技術項目2任務導入小李的父母從新聞上看到了一起純電動汽車起火事件，便給小李打電話，讓他開車的時候多注意。小李詳細詢問了起火車輛的車型、起火時的狀態(tài)，并從網(wǎng)上查詢了大量資料，發(fā)現(xiàn)純電動汽車起火并非個例，僅2021年1月至5月，國內(nèi)就發(fā)生新能源汽車起火事故34起，其中大部分為純電動汽車。純電動汽車起火主要是由它搭載的動力電池的故障造成的，動力電池的高溫、碰撞、使用不當?shù)染锌赡軐е萝囕v起火。純電動汽車通常搭載鋰離子電池，鋰離子電池主要分為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩種。三元鋰電池的能量密度較高，對應的汽車續(xù)駛里程也相對較高，并且在耐低溫性能上具有很大優(yōu)勢，故應用較多。磷酸鐵鋰電池能量密度較低，但安全性要高于三元鋰電池，對應的車輛更不容易起火。小李從車底動力電池箱的銘牌上了解到，他的車輛使用的便是磷酸鐵鋰電池，這讓他略感欣慰。思考：除上述兩種鋰離子電池外，動力電池還有哪些？

不同的電池的性能一樣嗎？想一想任務2.1

認識純電動汽車1234純電動汽車常用的動力電池鈉離子電池超級電容飛輪電池鋰離子電池

鋰離子電池是一種用鋰離子作為活性物質(zhì)的化學電池。鋰離子電池的電解質(zhì)一般為非水溶液。非水溶液由有機溶劑或非水無機溶劑加入無機鹽組成，其中有機溶劑主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁內(nèi)酯等，非水無機溶劑主要有亞硫酰氯、液體二氧化硫等，無機鹽有高氯酸鋰、氯化鋁鋰、氟硼酸鋰、溴化鋰等。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池因為鋰和水接觸會立即發(fā)生激烈反應，所以電解質(zhì)不能采用水溶液，且全部材料和零部件均須嚴格脫水并可靠密封。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池1.鋰離子電池的結構和分類如圖所示，鋰離子電池一般由正極、負極、隔膜、電解質(zhì)（圖中未標出）、電池外殼、保護閥等組成。鋰離子電池的結構任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池1.鋰離子電池的結構和分類鋰離子電池中，正極材料占整個電池成本的40%以上，且在當前的技術條件下，鋰離子電池的能量密度主要取決于正極材料。鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同，可分為以下幾種類型。鈷酸鋰電池錳酸鋰電池三元鋰電池碳酸鐵鋰電池任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池2.鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理目前是以固體物理學中嵌入的概念來解釋的，這里的嵌入是指可移動的客體粒子（

分子、原子、離子）可逆地嵌到具有合適尺寸的主體晶格中的網(wǎng)絡空格點上的方式。鋰離子電池的正極和負極材料都是由鋰離子和電子的混合導體嵌入化合物形成的。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池2.鋰離子電池的工作原理典型的鋰離子電池體系為：（-）C|LiPF6——EC+DEC|LiCoO2（+）

式中:

（-）C——石墨，為負極材料;

LiPF6——六氟磷酸鋰，電解質(zhì);

EC+DEC——碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯混合電解液;

LiCoO2（+）——鈷酸鋰，為正極材料。

任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池2.鋰離子電池的工作原理如圖所示，當鋰離子電池充電時，鋰離子從正極材料晶格中脫出，通過電解質(zhì)和隔膜嵌入到負極材料晶格中；放電時，鋰離子從負極材料晶格中脫出，通過電解質(zhì)和隔膜嵌入到正極材料晶格中。在整個充放電過程中，鋰離子往返于正、負極之間。同時，由于隔膜的作用，電子只能通過外電路由正極移動至負極（充電時）形成充電電流，或由負極移動至正極（放電時）形成放電電流。鋰離子電池的工作原理任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池2.鋰離子電池的工作原理在充放電過程中，鋰離子處于正極→負極→正極的運動狀態(tài)，反應過程中既不消耗電解質(zhì)，也不產(chǎn)生氣體，因此鋰離子電池可以做成完全封閉的結構，從根本上解決了鋰離子電池的循環(huán)性和安全性問題。鋰離子電池內(nèi)部時刻都在發(fā)生副反應。在每次充放電循環(huán)中，任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子（

或電子）

的副反應都會改變鋰離子電池容量的平衡，并且這種改變是不可逆的。經(jīng)過多次循環(huán)累積，鋰離子電池的性能將會出現(xiàn)衰退甚至失效。因此，通常使用鋰離子電池的充放電循環(huán)次數(shù)來表示其使用壽命。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面。（1）電池單體的工作電壓高鋰離子電池單體的工作電壓為3.2~3.8V，是傳統(tǒng)鎳氫電池和鎳鎘電池單體工作電壓的3倍。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面。（2）電池的能量密度高鋰離子電池的能量密度已達到90~260W·h/kg，是傳統(tǒng)鎳鎘電池的2倍、鎳氫電池的1.5倍。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面。（3）電池的循環(huán)壽命長目前鋰離子電池的循環(huán)壽命可達2000次以上，在低放電深度下可達幾萬次，超過了其他幾種動力電池。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面。（4）自放電率低鋰離子電池的自放電率僅為6%~8%，遠低于鎳鎘電池(25%~30%）和鎳氫電池(15%~20%），與鉛酸蓄電池相當。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面。（5）無記憶性鋰離子電池可以根據(jù)要求隨時充電，而不會降低其充放電性能。（6）可實現(xiàn)快速充電任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面。（7）對環(huán)境無污染鋰離子電池中不存在鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的有害物質(zhì)，是名副其實的“綠色電池”。（8）能夠制造成任意形狀，目前以圓柱形和方形為主。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。（1）成本高成本高主要是因為正極材料鈷的價格高，但按單位能量(W·h）價格來計算，較鎳氫電池低，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池，且電解質(zhì)提純困難。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。（2）電池單體需要過充電保護、過放電保護等保護電路，電池模組則需要與電池管理系統(tǒng)配套使用。過充電保護：過充電將破壞正極結構而影響鋰離子電池的性能和使用壽命，同時過充電易使電解質(zhì)分解，鋰離子電池會因內(nèi)部壓力過高而出現(xiàn)漏液等問題，故必須在最高限壓4.1~4.2V下充電。過放電保護：過放電會導致活性物質(zhì)恢復困難，故也需要有保護線路控制。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池3.鋰離子電池的特點對于不同類型的鋰離子電池，其性能也不盡相同。各類鋰離子電池的性能特點如表所示。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池4.鋰離子電池的應用電池單體是一個電池系統(tǒng)的最小單元，電池單體是不能直接使用的。只有先通過嚴格篩選，將一致性好的多個電池單體按照精密設計組裝成為電池模塊，并加裝電池單體監(jiān)控與管理裝置，再將多個電池模塊組成一個電池包，并加上保護電路和保護殼，才能構成動力電池模組。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池4.鋰離子電池的應用目前，純電動汽車上應用較多的動力電池是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

1）三元鋰電池

三元鋰電池是指使用鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMn1-x-yO2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰(LiNixCoyAl1-x-yO2，NCA）三元復合材料作為正極材料的鋰離子電池。其中NCM三元鋰電池因綜合了LiCoO2、LiNiO2

和LiMnO2

電池的優(yōu)點，是目前國內(nèi)應用較多的動力電池。

目前，特斯拉、一汽大眾、廣汽埃安、北汽新能源、長城歐拉等多家品牌旗下的純電動汽車采用了三元鋰電池。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池4.鋰離子電池的應用三元鋰電池中，正極材料的各元素含量會對其電特性和電化學性能有很大的影響。增加鎳的含量有利于提高三元鋰電池的容量、放電功率和充放電循環(huán)性能。通常鎳含量高于其他元素總和的三元鋰電池稱為高鎳電池。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池4.鋰離子電池的應用2）磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰(LiFePO4）作為正極材料，碳(石墨）作為負極材料的鋰離子電池，電池單體的額定電壓為3.2V，充電終止電壓為3.6~3.65V，放電終止電壓為2.0V。

充電過程中，正極磷酸鐵鋰材料中的部分鋰離子脫嵌，經(jīng)電解質(zhì)傳遞到負極，嵌入負極材料晶格中;同時從正極釋放出電子，自外電路到達負極，維持化學反應的平衡。放電過程中，鋰離子自負極材料晶格中脫嵌，經(jīng)電解質(zhì)到達正極，嵌入正極材料晶格中;同時負極釋放電子，電子自外電路到達正極，為外界提供電能。掃

一

掃

磷酸鐵鋰電池任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池4.鋰離子電池的應用2）磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池安全性能優(yōu)異，對于過充的承受力很好，熱穩(wěn)定性能好，循環(huán)壽命長，并且價格低廉。但其能量密度較三元鋰電池低，且低溫性能差，充放電倍率低，在純電動汽車長續(xù)航和快速充電需求不斷提升的背景下，其應用受到一定限制。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的特斯拉標準續(xù)航版Model3、ModelY純電動汽車均已使用磷酸鐵鋰電池。小鵬G3、P7純電動汽車也推出了搭載磷酸鐵鋰電池的車型。紅旗E-QH5、比亞迪元PLUSEV、上汽奧迪Q5e-tron等多款新車型也將搭載磷酸鐵鋰電池。任務2.1

認識純電動汽車2.1.1鋰離子電池刀片電池是比亞迪公司于2020年推出的一種新型磷酸鐵鋰電池。刀片電池通過結構創(chuàng)新，將電池單體進行扁平化設計，使電池單體長度在600mm以上，然后跳過組成電池模塊的環(huán)節(jié)，直接通過陣列方式排布集成為電池包(CTP技術），其形狀就像刀片嵌入電池包內(nèi)，因此而得名。相較傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池，刀片電池在體積利用率方面提升了50%以上，使其續(xù)駛里程大幅提升，達到了三元鋰電池的同等水平。其突出優(yōu)勢是安全系數(shù)高，并且兼具長壽命和長續(xù)航的優(yōu)點。寧德時代公司的磷酸鐵鋰電池也采用了CTP技術，在提升體積利用率的同時，使動力電池的零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，從而大幅降低了動力電池的制造成本。任務2.1

認識純電動汽車2.1.2超級電容超級電容(supercapacitor）又稱為電化學電容，是二十世紀七八十年代發(fā)展起來的一種具有超級儲電能力、可提供強大脈沖功率的物理二次電源，它是介于蓄電池和普通電容器之間的一種新型儲能裝置。掃

一

掃

超級電容任務2.1

認識純電動汽車1.超級電容的分類超級電容按照不同的方式可以分為不同的種類，具體如下。（1）按照電極結構是否對稱，可分為對稱電容器和不對稱電容器。（2）按照工作原理的不同，可分為雙電層超級電容和混合型超級電容。（3）按照電解質(zhì)的不同，可分為液體電解質(zhì)超級電容和固體電解質(zhì)超級電容。2.1.2超級電容超級電容主要利用電極/電解質(zhì)界面電荷分離所形成的雙電層，或借助電極表面快速的氧化還原反應所產(chǎn)生的可逆化學吸附來實現(xiàn)電能的儲存。任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容下面以雙電層超級電容為例介紹超級電容的結構和工作原理。

1）結構

雙電層超級電容主要由電極、電解質(zhì)、集電極、隔膜等組成，如圖所示。雙電層超級電容的結構任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容（1）電極要求內(nèi)阻小、導電率高、表面積大且盡量薄，電極材料一般有碳電極材料、金屬氧化物及其水合物電極材料、導電聚合物電極材料。由于兩個電極的距離非常小，只有幾納米，而以多孔活性炭作為主要材料的多孔活性炭電極可以獲得極大的電極表面積，因此得到了廣泛應用。任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容雙電層超級電容本質(zhì)上是一種靜電式能量儲存裝置，其電荷分離距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的，該距離比傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實現(xiàn)的距離小得多，這種非常小的電荷分離距離再加上龐大的表面積使得雙電層超級電容較傳統(tǒng)電容器而言有巨大的靜電容量。任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容（2）電解質(zhì)需要有較高的導電性(內(nèi)阻小）和足夠的電化學穩(wěn)定性，以提高電池單體的電壓。電解質(zhì)材料可分為有機類和無機類兩種，也可分為液態(tài)類和固態(tài)類兩種。（3）集電極多選用導電性能良好的金屬和石墨，如泡沫鎳、鎳網(wǎng)(箔）、鋁箔、鈦網(wǎng)(箔）及碳纖維等。任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容（4）隔膜防止雙電層超級電容相鄰的兩個電極短路。為保證接觸電阻較小，隔膜應盡量薄，通常采用多孔結構。采用有機電解質(zhì)的雙電層超級電容通常使用聚合物或紙作為隔膜，而采用水溶液電解質(zhì)的雙電層超級電容通常使用玻璃纖維或陶瓷作為隔膜。任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容2）工作原理

雙電層超級電容的充放電過程純屬物理過程。電解質(zhì)和隔膜裝在兩個多孔活性炭電極之間，電荷沿集電極成對排列。當電壓加載到兩個電極上時，正極吸引電解質(zhì)中的負離子，負極吸引電解質(zhì)中的正離子，從而在兩個電極的表面形成了一個雙電層超級電容，擴大了其電荷儲存量。任務2.1

認識純電動汽車2.超級電容的結構和工作原理2.1.2超級電容2）工作原理

當兩個電極間的電動勢低于電解質(zhì)的氧化還原電極電動勢時，電解質(zhì)界面上的電荷不會脫離電解質(zhì)，超級電容處于正常工作狀態(tài)(通常在3V以下）。如果超級電容兩端電壓超過電解質(zhì)的氧化還原電極電壓，則電解質(zhì)發(fā)生分解，超級電容處于非正常工作狀態(tài)。隨著超級電容的放電，正、負極上的電荷被外電路釋放，電解質(zhì)界面上的電荷相應地減少。由此可以看出，超級電容的充放電過程始終是物理過程，沒有化學過程，因而性能較蓄電池穩(wěn)定得多。任務2.1

認識純電動汽車3.超級電容的特點2.1.2超級電容1）超級電容的優(yōu)點（1）容量超高超級電容的容量一般為0.1~6000F，等同于同體積電解電容的2000~6000倍。任務2.1

認識純電動汽車3.超級電容的特點2.1.2超級電容1）超級電容的優(yōu)點（2）放電電流高由于超級電容采用了特殊的工藝，其等效電阻很小，電容很大，電池的內(nèi)阻較小，使得超級電容具有很高的峰值電流，可達幾百甚至幾千安培，且其功率密度等同于鋰離子電池的10~100倍，達10000W/kg。例如，2700F的超級電容額定放電電流不低于950A，放電峰值電流可達1680A，而鋰離子電池通常不可能有這么高的放電電流。對于一些高放電電流的動力電池，在如此高的放電電流下，其使用壽命也會明顯縮短。雖然超級電容的能量密度不能與鋰離子電池相比，但是其大電流充放電的特點使超級電容特別適合用作純電動汽車的輔助電源。任務2.1

認識純電動汽車3.超級電容的特點2.1.2超級電容1）超級電容的優(yōu)點（3）充放電效率高超級電容可以在數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電。（4）循環(huán)壽命長由于充放電過程對超級電容的電極材料結構無任何負面影響，其充放電循環(huán)壽命可達500000次，使用時間可達90000h。任務2.1

認識純電動汽車3.超級電容的特點2.1.2超級電容1）超級電容的優(yōu)點（5）充放電效率高超級電容可以在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，即-40~70°C，溫度對超級電容電極材料反應速率的負面影響程度較輕。（6）環(huán)保、免維護相對于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池和鎳鎘電池，超級電容材料無毒、安全、環(huán)保，且無須維護。（7）可長時間放置

超級電容會因長時間放置而導致其電壓下降，但只要對其充電便可使其電壓復原，且超級電容的容量不會因此受到影響。任務2.1

認識純電動汽車2.1.2超級電容2）超級電容的缺點（1）線性放電超級電容線性放電的特性使它無法完全放電。

（2）能量密度低目前超級電容可儲存的能量比化學電源少得多。任務2.1

認識純電動汽車2.1.2超級電容2）超級電容的缺點（3）工作電壓低超級電容單體工作電壓低，需要多個電容串聯(lián)才能提升整體電壓。

（4）自放電率高超級電容的自放電率比其他化學電池要高。在車輛起步、加速、爬坡等行駛工況下，超級電容能夠提供大電流，可以在確保純電動汽車動力性的同時，有效地保護電池，延長其使用壽命。在車輛制動時，超級電容可接受大電流充電，能很好地回收制動能量。超級電容不僅可以用作純電動汽車的輔助電源，還可以用作純電動汽車主要的或唯一的儲能裝置。任務2.1

認識純電動汽車2.1.3飛輪電池

飛輪電池的概念是在二十世紀九