【02】1-1新能源汽车电源系统认知.doc

PAGE PAGE 7《新能源汽车电气技术》教案班级班级号教师科目号1班级类型学时学时章节名称任务1新能源汽车充电系统认知教学目标知识目标1、能描述动力电池的组成；2、能描述DC/DC变换器的功能及工作原理；3、能描述电源分配单元的功能及工作原理。技能目标1、能介绍电动汽车动力系统的特点及组成；2、能介绍整车高压线束的分布。情感目标1、养成认真思考、举一反三的习惯；2、培养良好的团队合作精神。教学重点：动力电池的组成。教学难点：电动汽车动力系统组成。教学方式：讲授法、自主学习法、探究法、小组讨论法。教学资源：教材、网络资源、教学视频、相关PPT、多媒体教室、板书设计。任务一：了解新能源汽车动力系统。【知识学习】1.电动汽车动力系统概述。2.动力电池的作用。3.动力电池的组成。4.配电单元。5.整车高压线束分布。【技能训练】1.了解典型纯电动汽车动力系统的特点及组成。2.了解典型混合动力汽车动力系统的特点及组成。教学环节：主要教学内容与步骤。教师活动。学生活动。教学目标。【一】引入新章节。案例介绍：一辆比亚迪E5纯电动汽车报修，故障现象为行驶中组合仪表内动力电池故障警告灯突然亮起。

请求服务站进行维修。【二】新任务一：新能源汽车动力系统认识【学习目标】 1.知识目标 = 1 \* GB3 ①能描述动力电池的组成； = 2 \* GB3 ②能描述DC/DC变换器的作用和工作原理； = 3 \* GB3 ③能描述配电单元的作用和工作原理。 2.技能目标 = 1 \* GB3 ①能介绍电动汽车动力系统的特点及组成部件； = 2 \* GB3 ②能介绍整车高压线束分布。【知识学习】 1.电动汽车动力系统概述传统燃油汽车的动力来源有蓄电池和发电机，在未启动或启动时利用蓄电池给发动机供电，启动后利用发电机给蓄电池供电，同时给蓄电池充电。电动汽车的电源分为主电源和辅助电源，主电源是驱动汽车行驶的高压电源，也就是动力电池；辅助电源（即辅助电池-低压铅酸电池）是为各种车载仪表、控制系统提供的直流低压电源。电动汽车电源模块是整个系统稳定工作的保障，电源的可靠性对整个系统的性能起着至关重要的作用。传统燃油汽车的交流发电机利用发动机的转动发电，供给用电器和给电池充电。混合动力汽车、电动汽车采用DC/DC变换器后，可以省去交流发电机。电动汽车的动力电池容量非常大。

因此，有了动力电池作为电源，就可以利用DC/DC变换器对低压电池进行充电，从而省去了原有的交流发电机。 DC/DC变换器给电池充电示意图【课堂讨论】请小组讨论新能源汽车的动力系统与传统内燃机汽车的动力系统有哪些相同点和不同点？【知识学习】共同点：不管是传统汽车，混合动力汽车，还是纯电动汽车，都离不开电池。电池是把化学能直接转化为电能的装置，通过可逆化学反应可以进行充电。电池已有100多年的历史，被广泛用作内燃机汽车的启动电源。电池也是电动汽车成熟的动力源，可靠性好，原材料易得，价格低廉；比功率基本能满足电动汽车的功率要求。不同点： 1、启动发动机用的正极与其他电器的正极分开。 2、电池内部有智能控制模块（BMS），用于对电池进行智能控制。比如当电池电压低的时候，关闭多媒体系统的电源。那么新能源汽车对动力电池的要求有哪些呢？接下来我们来了解一下电动汽车对动力电池的性能要求。1、比能量高。储存同样的电量，比能量高的电池重量和体积会更小，对电动汽车的发展更有利。2、比功率高。比功率是指单位质量或体积电池储存或释放的电量，它决定了电动汽车的动力性能，对车辆的最高车速、爬坡能力等影响很大。

3、安全可靠性安全可靠性是电动汽车对动力电池的基本要求，电池能否安全可靠地使用，直接关系到驾驶者的人身安全。 4、使用寿命长电池的使用寿命直接关系到电动汽车的应用和市场化，如果使用寿命太短，就不能适应电动汽车的发展。 5、充电技术成熟电动汽车的发展使快速充电成为必然的要求，动力电池除了常规的充电外，还必须具备快速充电的能力，才能适应现在快节奏的生活。 6、价格合理电动汽车一般需要上百块电池，如果动力电池的价格太贵，就会增加电动汽车的成本，造成电动汽车价格大幅上涨，影响电动汽车的市场占有率。电动汽车动力电池常见类型 1、铅酸电池铅酸电池是一种电化学储能电池，是目前比较成熟的电动汽车动力电池。它通过两个电极的化学反应来储存能量。正极采用二氧化铅，负极采用海绵状铅，电解液采用稀硫酸溶液。单体电池基本电压为2V。铅酸电池具有安全性能好、成本低的优点，但质量大、容量小，且含有重金属铅，易污染环境。2、镍金属电池电动汽车使用的镍金属电池有镍镉电池和镍氢电池两种。这两种电池都是用于储能的碱性电池。单体电池电压为1.2V，电池正极为氢氧化镍。镍镉电池负极为金属镉，电解液为氢氧化钠溶液。

单体电池电压低，具有比能量高、重量轻、寿命长、可深度放电等特点，但金属镉有毒，易污染环境，因此发达国家已禁止使用此类电池。3、锂离子电池锂离子电池也是一种储能电池，具有能量密度高、自放电小、平均输出电压高、无记忆效应、使用寿命长、使用温度范围宽、绿色环保等优点。单体电池电压在3V以上，因此用途很多，在电动汽车上应用十分广泛。同样质量的电池组，电动汽车可以搭载更多的锂离子电池，使得电动汽车的容量更高，行驶里程更长。但是锂离子电池也存在一定的缺陷，其生产成本高，材料稳定性差，使用时需要合理管理，防止发生危险事故。电动汽车动力电池系统组成主要由动力电池模组、电池管理系统、动力电池箱及辅助部件四部分组成，如图所示。电动汽车动力电池系统组成图【课堂讨论】请学生分组收集相关资料，了解“铅酸电池”、“锂离子电池”、“镍金属电池”的相同点和不同点？动力电池模组的组成及工作原理动力电池模组是由多个单体电芯或电池模块串联而成。单体电芯是动力电池模组的最小单元，由正极、负极、电解液和外壳组成，如图所示。

电池模块是由一组并联的电池单体组合而成，其额定电压等于电池单体的额定电压，是物理结构和电路连接在一起的最小的一组电池单体，可以作为一个单元进行更换，如图所示。动力电池模块置于密封屏蔽的动力电池箱内，动力电池系统采用可靠的高低压连接器与车辆连接。系统中的电池管理系统实时采集各电池单体的电压值、各温度传感器的温度值、电池系统的总电压值和总电流值、电池系统的绝缘电阻值等数据，并根据电池管理系统中设定的阈值判断电池系统是否工作正常，实时监测故障。动力电池系统通过电池管理系统利用CAN与整车控制器或充电机进行通讯，对动力电池系统进行充电、放电等综合管理。电池管理系统的组成及功能电池管理系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要由主板、从板和高压箱组成，还包括采集电压线、电流、温度等数据的电子设备，如图所示。电池管理系统是电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统中，它的作用相当于人的大脑，不仅保证电池的安全可靠使用，还能充分发挥电池的能力，延长其使用寿命。它作为电池、整车控制器和驾驶员之间沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，向整车控制器上报动力电池系统的基本参数和故障信息。它有以下主要功能： (1)数据采集功能数据采集包括电池组总电压、电流、温度及单体电池电压等数据的精确采集。总电压和电流是电动汽车的重要参数，也是估算电池荷电状态的依据；单节电压的采集可以及时掌握每一块电池的状态，也是电池间均衡的判断依据；磷酸铁锂离子电池在充放电过程中各种化学产物都会释放出大量的热量，采集温度数据，防止因温度过高引发危险事故。

（2）电池SOC估算通过相应算法与采集的数据相结合来估算电池SOC。准确的估算电池的荷电状态可以向驾驶员提供电池的剩余电量以便驾驶员及时进行调整，也可以为其他控制提供参考数据。（3）通信功能电池管理系统处在复杂的环境中，要进行信息交换，必须具备可靠的通信功能和各种总线扩展接口，方便不同设备之间的信息交换。（4）动力总成技术在保证电池安全使用的前提下，充分利用电池的性能，不损坏电池，保证电池的寿命。（5）充放电控制功能电池在充放电过程中，可能会出现过充电、过放电、过电流和短路等情况，任何一种情况都会对电池造成不可逆的损坏，因此电池管理系统必须具备充放电控制功能，一旦出现这些故障，能够及时终止充放电行为，防止电池受损。（6）均衡功能由于制造工艺和原材料的原因，磷酸铁锂电池的一致性较差，如果没有妥善管理，将它们串联成电池组，电池之间的差异就会越来越大，损害电池性能，大大降低电池的使用寿命。电池管理系统具有均衡功能，可以减少电池之间的不一致性，更合理的使用电池。（7）散热功能电池在充放电时会发出很大的热量，当温度过高时，必须能及时散热。电动汽车一般都配有风扇，由电池管理系统控制。

当检测到的温度过高时，电池管理系统会自动开启风扇，加速空气循环，达到散热的目的。 (8)自检功能电池管理系统如果长时间使用而不进行检查，会影响其功能的准确性，因此电池管理系统应具备自检功能，以便及早发现问题，及时处理。电池组工作时，电池管理系统应定期进行检查，确保系统安全稳定运行。 (9)受控功能电池管理系统除了对动力电池组进行管理和控制外，还必须具备受控功能，即能接受设备总线发来的控制指令并做出相应的反应，如按照总线指令开启动力电池组等。此外，还必须能从总线设备传来参数信息，通过修改软件程序来调整电池管理系统的相关参数。动力电池箱的组成及作用主要包括上盖和下托盘，以及过渡件、护板、螺栓等辅助部件。动力电池箱是支撑、固定、包围电池系统的部件，具有承载和保护动力电池组及电器元件的作用。电池箱采用螺钉固定在车辆地板下，防护等级为IP67，螺栓拧紧力矩为80～100Nm。车辆维护时需观察电池箱螺栓有无松动，电池箱有无破损或严重变形，密封法兰是否完好，确保动力电池能正常工作。电池箱外表面颜色要求为银灰色或黑色、哑光；电池箱表面不得有划痕、尖角、毛刺、焊缝、残留油污等外观缺陷，焊缝处需抛光、平整。

如图所示。动力电池箱体中锂离子电池的工作原理锂离子电池在结构上可分为正极、负极、电解液、隔膜、外壳和电极引线五大部分。锂离子电池内部的锂离子在电场的驱动下从正极通过电解液嵌入到负极中，完成充电。放电过程是锂离子从负极向正极移动，但放电过程中锂离子的运动路径是通过外部电路回到负极，如图所示。电源分配单元（PDU） PDU是英文Power Unit首字母的缩写，中文意思为电源分配单元。车辆上使用动力电池电源的模块主要有直流变换模块（DC/DC转换器）、电机控制模块（MCU）、电动空调压缩机（EAS）和PTC电阻加热器四大系统。此外，对动力电池进行充电的还有快充系统和车载充电系统（OBC）。基于如此复杂的系统，对这些系统进行优化集成，于是就有了PDU，如图1-13所示。使用PDU的主要优点有：（1）减少高压线束数量，方便高压线束的布置。（2）将大部分高压母线端子放置在PDU内，提高了安全性。（3）并提高了各系统的可靠性和可维护性。（4）高压线束集成在内部母线上，也提高了高压母线的屏蔽效果。（5）将DC/DC变换器模块、车载充电器、PTC电阻加热器控制器、快充电继电器等集成在PDU内，大大简化了车辆前舱内的空间。

动力分配单元吉利帝豪EV450动力电池系统介绍本车动力电池采用三元锂离子电池（），以钴酸锂、锰酸锂或镍酸锂为正极，以可以嵌入锂离子的碳素材料为负极，采用有机电解液。动力电池总成安装在车身下部。动力电池的组成部分包括：各类模块组件、CSC采集系统、电池控制单元（BMU）、电池高压分配单元（B-BOX）、维护开关等部件。电池管理系统BMS（），BMS可实时监测电池单体的总电压、总电流、各测点温度、电压参数，并进行故障诊断、SOC（剩余电量比例）计算、短路保护、漏液监测、报警显示、充放电模式选择等功能。BMS可将动力电池的相关参数上报给VCU，VCU控制动力电池的充放电功率。汽车的动力电池系统主要由以下几部分组成：（1）电池单元（Cell）是将化学能直接转化为电能的基本单元装置，包括电极、隔膜、电解液、壳体和端子等，设计为可充电。（2）电池模块是由多个电池单元以串联、并联或串并联的方式组合而成，且只有一对正负输出端子，作为电源使用。（3）CSC采集系统每个电池单元有多个CSC采集系统，监测每个电池单元或电池组单元的电压、温度信息。

CSC采集系统将相关信息上报给电池控制单元（BMU），并根据BMU的指令进行单节电池电压均衡。（4）电池控制单元（BMU）安装在动力电池总成内部，是电池管理系统的核心部件。电池控制单元（BMU）将单节电池电压、电流、温度及整车高压绝缘信息上报给整车控制单元（VCU），并根据VCU的指令完成对动力电池的控制。（5）电池高压分配单元（B-BOX）安装在动力电池总成正、负输出端，由高压正继电器、高压负继电器、预充继电器、电流传感器及预充电阻组成。（6）维护开关位于动力电池总成中间面，打开驾驶室内辅助仪表手套箱开关即可操作维护开关。对高压部件进行检查、维护前，断开维护开关可确保高压被切断。【三】小结与评价 1、电动汽车动力系统分为高压、低压两部分，有低压电池和高压电池，为了区分，把高压电池称为动力电池。 2、动力电池系统的主要功能有：为车辆行驶提供电能，检测并计算电量，检测温度、电压、湿度，检测漏液等异常情况并发出报警，控制充电放电，控制预充电，系统自检等。 3、PDU是英文单词首字母的缩写，中文意思为电源分配单元。【四】作业 1、简述动力电池的功能。

2.简述DC/DC变换器的功能及工作原理。 3.简述电源分配单元的功能及工作原理。展示真实汽车故障案例视频呈现和分析本课学习目标讲解电动汽车动力系统概述引导小组活动分析总结表现要求理论讲解讲解、分析讲解、分析引导小组活动讲解、图片材料及实例引导观看图片和视频资源，并讲解引导观看图片和视频资源，并讲解引导观看图片和视频资源，并讲解引导观看图片和视频资源，并讲解教师指导总结、评价倾听、思考倾听、思考倾听、思考倾听、思考小组讨论、汇报结果倾听、思考倾听、思考倾听、思考倾听、思考小组讨论、汇报结果观看案例、思考倾听、思考观看、思考观看、思考观看、思考观看、思考观看学生评价、总结培养对本课内容的兴趣目标导向对电动汽车动力系统有话要说整体认知比较、思考新能源汽车动力系统与传统内燃机汽车动力系统各自的特点；锻炼学生的团队协作能力及表达能力了解新能源汽车动力系统与传统内燃机汽车动力系统的共性及特点了解电动汽车对动力电池的性能要求了解电动汽车常见动力电池种类掌握电动汽车动力电池系统的组成比较、思考“铅酸电池”“锂离子电池”“镍金属电池”的异同；锻炼学生的团队协作能力及表达能力直观了解动力电池模组的组成及工作原理了解电池管理系统的组成及作用锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理了解配电单元的特点了解吉利帝豪EV450动力电池系统的特点巩固本课内容，分享成果，培养表达能力后记（教学反思）