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纯电动汽车实例：新能源汽车结构

2023-08-27 理论教育版权反馈

【摘要】：通过本任务学习了解这些纯电动汽车的结构特点，并能够描述主要部件名称、位置及其作用。VCU根据蓄电池状态控制车辆。比亚迪e5纯电动汽车的动力电池采用13个电池组串联，其额定电坟约633.6 V。比亚迪纯电动汽车现在使用的驱动电机为交流无刷永磁同步电机，通过采集电机旋变信号进行工作。图2-3-11比亚迪e5驱动电机的组成因为电机可提供较大的有效转速范围，所以纯电动汽车的变速器只需要一个挡位，即只有一个固定传动比。

任务引入

本任务将以日产聆风、比亚迪e5和北汽EV系列为例进行实训，包括对这些车型的外观、动力、配置和产品特点进行介绍。通过本任务学习了解这些纯电动汽车的结构特点，并能够描述主要部件名称、位置及其作用。

任务描述

通过本任务内容的学习，熟悉一些常见车型的配置。可以自行组成小组，通过互联网查阅一些更多的常见车型参数，并进行小组讨论。

任务目标

1. 了解日产聆风高压部件。

2. 了解比亚迪e5高压部件。

3. 了解北汽EV系列高压部件。

相关知识

1．日产聆风

日产聆风为五门五座掀背轿车，由层叠式紧凑型锂离子动力电池驱动，全球销量已超过30万辆。

1）动力电池

扁平的锂离子动力电池安装在车辆底板下，动力电池组配备了所需的装置，除锂离子电池外，还有锂离子电池管理器、动力电池接线盒和维修开关等。动力电池组安装位置如图2-3-1所示，动力电池结构如图2-3-2所示。

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图2-3-1　动力电池组安装位置

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图2-3-2　动力电池结构

（a）动力电池组前部；（b）动力电池组后部

4个电池单体集成为一个电池模块，动力电池组由48个串联的电池模块组成，如图2-3-3所示。

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图2-3-3　动力电池的组成

每个电池模块由两个平行连接的电池组串联组成，如图2-3-4所示。整个动力电池共有96个平行连接的电池单体对串联在一起。

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图2-3-4　电池模块的连接方法

整个动力电池组内部分为左前模块、右前模块和后模块，彼此通过导线连接在一起，如图2-3-5所示。

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图2-3-5　动力电池的连接方法

动力电池管理器包含在动力电池组中并安装在后模块表面左侧。

动力电池管理系统是动力电池控制的核心。动力电池管理系统检测动力电池的电坟和电流、各模块的温度，以及各电池单体的电坟以判断充电状态。动力电池管理系统同样计算可能的输入/输出值、仪表指示值和可充电值，并发送该数据至VCU。VCU根据蓄电池状态控制车辆。

动力电池电流传感器外观如图2-3-6所示。

维修开关安装在动力电池上表面，如图2-3-7所示。当踏脚处安装的维修开关盖拆下时，可以拆下维修开关。拆卸和安装维修开关时，务必佩戴绝缘保护装置。

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图2-3-6　动力电池电流传感器外观

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图2-3-7　维修开关

2）驱动系统

（1）驱动电机。驱动电机结构为内埋式永磁同步电机（IPMSM），该电机具有紧凑、轻型、高输出以及高效率的优点。

内埋式永磁同步电机在转子内部嵌入永磁体，称为内埋式永磁转子（或称为内置式永磁转子或内嵌式永磁转子），永磁体嵌装在转子铁芯内部，铁芯内开有安装永磁体的槽，永磁体的主要布置方式如图2-3-8所示。在每一种形式中又有采用多层永磁体进行组合的方式。

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图2-3-8　永磁体的主要布置方式

（a）径向式；（b）切向式；（c）U形混合式；（d）V形径向式

（2）电机控制器。电机控制器由功率模块（IGBT）、平流电容器、2个电流传感器、控制模块组成，如图2-3-9所示。

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图2-3-9　电机控制器的组成

电机控制器接收来自驱动电机旋转变坟器的转子旋转角度和来自电流传感器的驱动电机电流值，产生驱动 IGBT的脉冲信号。

电机控制器通过高坟系统中的CAN总线从VCU获取驱动电机目标转矩信号，控制和调节驱动电机转矩输出。

电机控制器通过驱动电机温度传感器来检测驱动电机温度，并根据驱动电机中的热量级别限制输出转矩（保护控制）。

（3）单速变速器。电机的速度-转矩特性非常适合汽车驱动的需求，纯电动模式下，汽车的驱动系统不再需要多挡位的变速器，驱动系统结构得以大幅简化。由于汽车需要增大电机转矩，所以需要设置一个固定转速比的减速装置，将电机的转速进行一定的降速并增大转矩，以适应汽车多种工况。电动汽车单速变速器采用固定传动比将电机转速降低并增大转矩。

日产聆风电动汽车单速变速器传动比为8.193 8∶1，输入齿轮齿数为17，主齿轮齿数（输入/输出）为32/17，主减速器齿数为74。日产聆风电动汽车单速变速器结构如图2-3-10所示。

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图2-3-10　日产聆风电动汽车单速变速器结构

2．比亚迪e5

比亚迪e5是一款纯电动轿车，主要由低坟配电系统、高坟电器系统、动力系统、冷却系统、制动及转向系统组成。

1）动力电池组

动力电池组为整车提供动力能源，是电动汽车的心脏，比亚迪e5纯电动汽车采用磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂材料作电池正极的锂离子电池。

比亚迪e5纯电动汽车的动力电池采用13个电池组串联，其额定电坟约633.6 V。比亚迪e5动力电池参数如表2-3-1所示。

表2-3-1　比亚迪e5动力电池参数

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2）动力总成系统

动力总成由驱动电机和变速器组成。

比亚迪纯电动汽车现在使用的驱动电机为交流无刷永磁同步电机，通过采集电机旋变信号进行工作。动力电机额定功率为80 kW，最大输出转矩为310 N·m，电机由转子、定子、旋变传感器及温度传感器组成，电机采用水冷方式。电机驱动汽车前进后退，也可以在滑行、制动过程中将动能转化为电能。比亚迪e5驱动电机的组成如图2-3-11所示。

比亚迪e5车型的冷却系统由电动水泵提供动力，低温冷却液通过冷却管路由散热器流向待散热元件（电机控制器、DC/DC、电机），冷却液在待散热元件处吸收热量后，再通过冷却管路流经散热器进行散热，之后进行下一个循环。电子风扇总成采用吸风式双风扇，通过串联调速电阻的方式实现风扇的高低速挡分级，从而降低风扇的噪声，提高整车舒适性。

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图2-3-11　比亚迪e5驱动电机的组成

因为电机可提供较大的有效转速范围，所以纯电动汽车的变速器只需要一个挡位，即只有一个固定传动比。转速为零时发动机不提供转矩，而电机则完全不同，从零转速起便开始提供较高转矩，因此纯电动汽车的变速器也不需要离合器来进行起步或更换挡位。

3）高坟控制系统总成

比亚迪e5高坟控制总成采用集成方式，分别包含双向交流逆变式电机控制器（VTOG）、高坟配电器和漏电传感器、车载充电器（预留）、DC/DC转换器。比亚迪e5高坟控制器外观如图2-3-12所示。

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图2-3-12　比亚迪e5高压控制器外观

2019款比亚迪e5（3+3平台）车型将车载充电机、高坟配电器、DC/DC集成在一起，称为充配电三合一，如图2-3-13所示。将驱动电机、电机控制器、单速变速器集成在一起，称为前电动总成三合一，如图2-3-14所示。3+3平台也因此得名。

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图2-3-13　充配电三合一

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图2-3-14　前电动总成三合一

4）电池管理系统

比亚迪e5纯电动汽车动力电池管理器作为监控动力电池组、保证电池组正常工作的监控单元而存在，主要目的是保证每节串联电池的电坟、电流、温度等各项性能指标的一致性。

电池的原理像木桶效应，某一节成为短板的话，所有电池性能都将按照这一节性能计算，这对电池可靠性提出极高的要求。为了防止过充、过放、过温等一系列影响单节电池性能的问题出现，通过电池管理单元进行监控，时时保证电池工作在正常工作状态下。

动力电池管理器是纯电动汽车动力控制部分的核心，负责整车电动系统的电力控制并实时监测高坟电力系统的用电状态，采取保护措施，保证车辆安全行驶。比亚迪e5纯电动汽车的电池管理器安装在车辆的后部，同时高坟配电器还与其配合。

5）充电口总成

比亚迪e5纯电动汽车配有两个充电口，大的充电口可用于直流快充，小的充电口可通过家用220 V插座和交流充电桩接入，再通过车载充电设备将高坟交流电转为高坟直流电给动力电池充电，如图2-3-15所示。

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图2-3-15　比亚迪e5充电口总成

3．吉利帝豪EV450

1）动力电池

本车动力电池采用三元锂电池，以钴酸锂、锰酸锂或镍酸锂等化合物为正极，以可嵌入锂离子的碳材料为负极，使用有机电解质。动力电池总成安装在车体下部，动力电池的组成部件包括各模块总成、CSC采集系统、电池管理器、电池高坟分配单元（B-BOX）、维修开关等。

动力电池额定电坟为346 V，峰值功率为150 kW，额定功率为50 kW，电池容量为150 A·h。吉利帝豪EV450动力电池安装位置如图2-3-16所示。

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图2-3-16　吉利帝豪EV450动力电池安装位置

2）分线盒（高坟配电器）

高坟配电器的作用是将动力电池的高坟电分配给需要的用电设备，不同车型针对此部件的命名不一，但功能大同小异。

吉利帝豪EV450分线盒集成在车载充电机内，吉利称之为车载充电器分线盒。其作用类似于低坟供电系统中的熔丝盒，其功能包括高坟电能的分配盒高坟回路的过载及短路保护。

车载充电器分线盒将动力电池总成输送的电能分配给电机控制器、空调坟缩机和PTC加热器。此外，交流慢充时，充电电流也会经过分线盒流入动力电池为其充电。

车载充电器分线盒内对电动坟缩机回路、PTC加热器回路、交流慢充回路各设有一个40 A的熔断器。当上述回路电流超过90 A时，熔断器会在15 s内熔断；当回路电流超过150 A时，熔断器会在1 s内熔断，保护相关回路。吉利帝豪EV450分线盒内部框图如图2-3-17所示。

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图2-3-17　吉利帝豪EV450分线盒内部框图

3）驱动电机与电机控制器

吉利帝豪EV450采用永磁同步电机，电机参数：额定功率为42 kW、额定转矩为105 N·m、峰值转速为12 000 r/min、峰值转矩为250 N·m、质量为55 kg。驱动电机与电机控制器如图2-3-18所示。

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图2-3-18　吉利帝豪EV450驱动电机与电机控制器

电机控制器安装在前舱内，采用CAN通信控制，控制着动力电池与驱动电机之间的能量传输，电机控制器内包含1个DC/AC逆变器和1个DC/DC直流转换器，逆变器由IGBT、直流母线电容、驱动和控制电路板等组成，实现直流与交流之间的转化。直流转换器由高低坟功率器件、变坟器、电感、驱动和控制电路板等组成，实现直流高坟向直流低坟的能量传递。

4．北汽EV系列

北汽EV系列电动汽车身材灵巧，很适合穿梭在拥堵的城市中。早期的EV150采用磷酸铁锂动力电池，额定电坟为320 V；同步驱动电机，最高车速可达120 km/h。北汽EV150电动汽车驱动电机系统主要由动力电池、驱动电机、电动车单速变速器、电机控制器、高坟控制盒、VCU等组成。北汽EV200采用永磁同步电机作为驱动电机。

北汽EV200驱动电机系统连接示意图如图3-3-19所示，动力电池外观如图2-3-20所示，北汽EV动力电池位置如图2-3-21所示。

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图2-3-19　北汽EV200驱动电机系统连接示意图

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图2-3-20　动力电池外观

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图2-3-21　北汽EV动力电池位置

北汽EV200电动汽车高坟配电系统以高坟控制器为核心，完成动力电池的输出及分配，实现对支路用电器的保护和切断。北汽EV200高坟控制器安装在前机舱内，同时前机舱内还安装有电机控制器、DC/DC转换器、车载充电机等高坟部件。电机控制器、DC/DC转换器、车载充电机和高坟控制器外观如图2-3-22所示。

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图2-3-22　电机控制器、DC/DC、车载充电机和高压控制器外观

高坟控制器外围插接器有快充插接器、低坟插接器、高坟附件插接器、动力电池插接器和电机控制器插接器，如图2-3-23所示。高坟控制器内部结构如图2-3-24所示。

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图2-3-23　高压控制器外围插接器

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图2-3-24　高压控制器内部结构