通用EV-1型和荣威E50电动汽车的工作原理与故障诊断

1、知识目标知识目标 1.了解通用EV-1型和荣威E50纯电动汽车的结构和工作原理。 2.理解通用EV-1型和荣威E50纯电动汽车的故障诊断方法。能力目标能力目标 1.能在现场掌握通用EV-1型和荣威E50纯电动汽车的结构及工作原理。 2.能在现场掌握通用EV-1型和荣威E50纯电动汽车故障的诊断方法。通用EV-1型和荣威E50电动汽车的工作原理与故障诊断内容： 一、通用EV-1型电动汽车动力系统的组成及运行 二、EV-1型电动轿车的DC/DC转换器和低压电池组 三、荣威E50电动汽车结构和工作原理 美国通用汽车公司EV-1型电动轿车的最高车速为128 kmh，续驶里程为128 km。因为车身的造

2、型为流线型，采用轻金属与碳纤维增强树脂等复合材料制造车身覆盖件和底盘零部件，车辆的空气阻力系数为0.19，车轮滚动阻力系数为0.0048。EV-1型电动汽车可以视为当前技术比较先进的纯电动汽车。 EV-1型电动轿车的整备质量是1 328 kg，动力电池组的质量是533 kg，最高车速达128 kmh，096 kmh加速时间9 s，使用85的电池组电量时，EV-1的城市循环行驶里程为112 km，高速公路行驶里程可达144 km。它能够回收再生制动能量，是效率高、动力性良好的“零污染”电动轿车。在行驶过程中，驱动系统对加速踏板产生响应，自动调节EV-1的行驶速度，无须换挡，速度变化过程平稳。一、

3、通用EV-1型电动汽车动力系统的组成及运行 1.动力电池组 通用EV-1型电动汽车应用Delco公司的免维护调压阀式密封铅酸蓄电池组，该电池组用气体再化合技术确保免维护功能；用吸附玻璃垫层吸附溢出的电解液，从而确保电解液不会溢出到电池壳外面；用带火焰消除器的单向压力阀允许气体逸出等，实现了电池的免维护。此外，EV-1还可以采用通用公司的镍氢动力电池，其比能量为70 W hkg，能量密度是160 W hL，在50%放电深度时比功率为220 Wkg，在80放电深度时比功率是200 Wkg。镍氢电池能比其他电池更好地保存能量，寿命可达到600次循环；在发生过充或过放电时具有良好的“错容”能力，并且可

4、以和不同型号的电池兼容；快速充电性能良好，可以控制在最理想的条件下进行充电。镍氢电池报废后可被安全回收，动力电池组用T字形支架安装在车架上，确保动力电池组的稳定性。T字形支架可以从车辆后部抽出，方便动力电池组的安装和维修。在EV-1中，110型动力电子系统中采用动力电池组管理模块对动力电池组进行管理，动力电池组除了主要向驱动系统提供电能外，还应向转向系统的电动油泵、空调系统的压缩机和电扇等提供动力电源。动力电池组管理系统能够检测到动力电缆的松动及逆变速器盖的松动，在25 ms内做出反应，用自动与手动断路器装置立即切断各个关键系统的电源，确保整车高压系统的安全性。动力电池组管理模块的分流器模块检

5、测动力电池组的电流，控制动力电池组的充电、放电的全过程；动力电池组热管理系统与冷却通风系统模块对动力电池组进行热管理，对于电线保护套松动、动力电池组的电压和温度进行测量和控制，确保车载电源系统能够正常运行，以优化动力电池组的性能并延长寿命；自我检测和自我保护系统模块将动力电池组的技术状况信息实时反馈到中央控制器中，并由中央控制器做出相应的处理。 2.Delco的感应式充电器 Delco的感应式充电器根据美国SAE推荐的电动汽车感应式充电耦合的标准进行设计，每单元充电系数具有不同的级别，最大功率为120 kW，整体效率达到90%。它没有直接连接的电路，并和地面绝缘，只有充电板正确地插入车载充电口

6、时，才允许电能输入。它具有全天候的充电功能，能够耐水、雪、冰、脏物或灰尘，确保安全、可靠地进行充电，产品经过了UL与FCC验证。用智能控制模块控制随车感应式耦合充电系统，采用可分式绝缘变压器产生磁场，所以能够在全天候的条件下对EV-1动力电池组进行充电。目前所采用的磁感应式6.6 kW充电系统，充电时间是23 h。新开发的50 kW快速充电系统仅需1015 min，就可以达到80%的电量，可供EV-1行驶90100 km。 EV-1制动时，回收再生制动能量向动力电池组充电，全部过程均由中央控制器管理。 3.EV-1型电动轿车的驱动系统 在EV-1中，驱动电机控制模块控制Delco公司供应的驱动

7、电机。驱动电机为液体冷却式交流感应电机，具有宽广的调速范围和优异的转速特性，最大功率为100 kW，最高转速为1 600 rmin，同时具有优越的转速范围和转矩特性。Delco的驱动电机采用机电一体化设计，将驱动电机、主减速器驱动桥的轻质铝合金差速器及半轴等组合成整体，驱动系统结构非常紧凑，通用性好。轻质铝合金制造的差速器既轻巧又坚固，车桥的驻车锁止器能够确保EV-1在驻车时可靠锁止。Delco的驱动电机的液体冷却系统和润滑油循环系统提高了其传动性能和传动效率，性能更好，寿命更长。Delco的驱动电机可以实现四象限运转，有效地回收再生制动时的能量。所有电气连接均是全天候的，可以适应驱动电机周边

8、和罩内严酷的环境条件。一体化Delco驱动单元装有由Delco的110型动力电子系统控制的轴端编码器、啮合模式开关、油压开关、温度传感器等监控系统，确保了驱动单元的平稳性和可靠性。 4.EV-1型电动轿车的操纵装置 EV-1型电动轿车的操纵装置包括加速踏板、制动踏板等。加速踏板、制动踏板的机械位移量转换为电信号后输入Delco公司制造的混合动力模块中，驱动系统就产生“油门响应”，不需要换挡，运转平稳，符合驾驶员的操作习惯。 5.EV-1型电动轿车的控制系统 EV-1采用Delco 750A混合动力模块与Delco动力电子系统作为控制装置。 （1）750A混合动力模块。EV-1采用Delco 7

9、50A混合动力模块作为控制单元技术装备，因为具有750 A强大的额定电流，在大功率的条件下无须再并联功率模块。 Delco 750A混合动力模块的控制器中采用整体式连接。在最小化的回路中采用快速恢复二极管，提高了系统的性能。先进的导体材料具有优异的高温性能及功率循环容量，可优化电流分配和多维大电流硅耦合，使得系统的热性能更高、可靠性更优越、使用寿命更长。大功率端子有助于低电感汇流排的实现，混合动力模块的电感系数非常小，尖峰电压非常低，漏电电流较小，开关损失更低，可以提高开关的频率，而无须配置缓冲吸收电路。750A混合动力控制模块的微处理器采用可再编程存储器，具有转矩控制、巡航控制、电子限速、加

10、速踏板标定、过电压欠电压限值、诊断和自我检测等多种功能。驱动系统统一安装在驱动系统箱体内，采用冷却系统冷却以确保工作的可靠性。 （2）110型动力电子系统模块。EV-1应用Delco的110型动力电子系统（逆变速器可提供110 kW的功率）对整个车辆的动力进行控制。110型系统能够在动力电池的额定直流电压为270350 V时正常工作，建议在充电时的最高电压不超过430 V，在再生制动能量回收时电压不大于405 V。在110型动力电子系统中，逆变速器是采用专门设计的、安装在EV1的后备厢内、特殊环境条件下的绝缘栅双极750 A的IGBT大功率管，可提供的功率为110 kW，输出电流为400 A。

11、逆变速器以正弦波输出，可以在0600 Hz范围内进行精确控制，控制交流感应电机的转速可达16 000 rmin，实现即时加速踏板响应并实现无级变速，使EV1的最高车速达到128 kmh，并且起动平稳，有优良的加速性能及爬坡性能。驱动电机还可以实现四象限运行，在制动时能够转换为发电机发电，回收再生制动能量，增加续驶里程。 无论在驱动模式还是在再生制动模式的工况下，都能实现对电机的高效率的控制。因为再生制动能量的回收，可以增加的EV1的续驶里程是总续驶里程的1514。110型动力电子系统带有可再编程存储器及微机控制系统，可以根据驾驶员通过对操纵装置的输入量，进入110型动力电子系统，经过微机控制系

12、统处理，并通过输出接口输送至各个控制模块中去，对整车进行综合控制。它具有通过不同的控制模块来控制加速踏板的标定、电子限速、巡航控制、力矩控制、力矩指令滤波、过电压与欠电压的限值、诊断和自我检测等多种功能。二、EV-1型电动轿车的DCDC转换器和低压电池组 在EV-1中，110型动力电子系统中的辅助功率控制模块的功率是4.2 kW，控制DCDC转换器和低压辅助电池组，承担从动力电池组向低压辅助电池组的充电与管理，然后由低压辅助电池组向各个用电装置供给电能。在4.2 kW的辅助功率模块中，其中1.5 kW的功率经过DCDC转换器为辅助电池组充电，提供各种低压电器用电，0.8 kW用于挡风玻璃除霜加

13、热，1.9 kW用于暖风和空调系统压缩机及风扇用电。各种监控装置包括编码器、传感器、油压开关和啮合模式开关等，共同组成了整个控制系统。全部过程均是在中央控制器的控制指令和低压电池组的控制模块的监控下进行的。12 V的电池组提供整车低压电气系统及控制系统用电。在EV-1上，照明系统、信号系统、仪表板、刮水器、喷淋器、电动车门、电动车窗、音响、电视、多媒体、安全气囊、防撞系统、导航系统、车载电话等，均采用低压电源。三、荣威E50电动汽车的结构和工作原理 1.荣威E50电动汽车的结构 荣威E50纯电动汽车搭载了高性能的电驱动力及电控系统，其中包括磷酸铁锂高压电池系统、永磁同步驱动电机、整车热管理系统

14、、电动助力转向系统、电机控制器、车载高压充电器、电动空调压缩机、制动能量回收控制等具有高技术含量的核心部件。 荣威E50是国内第一个使用电子手刹的微型汽车，配载的人性化SMART HOLD电子手刹系统，具备自动释放、熄火拔出钥匙后可自动驻车、坡道辅助起步等功能；在脚刹失灵时可作为紧急制动使用，通过先进科技避免抱死滑移，从而提升行车安全。 荣威E50采用涡旋式电动压缩变频空调，其有高效率、体积小、重量轻等诸多优点，更为节能省电。 全彩高分辨率6.5寸全集成式多功能触摸屏，提供优秀的画面质量，娱乐、空调等都实现全触摸控制。潮流必备的一体式触摸娱乐系统，随车装备AUX IN、USB、SD等潮流接口，

15、支持视频、音频、电子书等设备的便捷读取。 荣威E50电动汽车是上汽完全自主研发的新能源车型，并采用了全新的平台技术，其搭载了高性能的电驱动力系统，配以电动助力转向系统、整车热管理系统等，能够真正实现零排放。荣威E50搭载16 kWh的磷酸铁锂电池及47/28 kW的永磁同步驱动电机，最高车速可达120 km/h，匀速测试工况下续航里程最高为180 km，百千米加速时间约为15 s，完全可以满足绝大多数城市消费者的用车需求。荣威E50整车结构布局如图10-1所示。图10-1 荣威E50整车结构布局 荣威E50的充电方式分为快充和慢充两种。 （1）慢充：充电口的结构采用国家统一标准，可以直接采用2

16、20 V、16 A普通家用电源插座进行充电，也可以采用充电桩对车辆进行充电。 （2）快充：充电口的设计满足额定电流为180 A充电能力，符合国家标准的尺寸、物理结构等方面的要求，可在30 min内将电池充满80%。电机驱动系统如图10-2所示。 E50的驱动系统（电机、集成式电子箱）被安放在车头前部，动力电池组布置在车身底部稍靠后的位置，12 V蓄电池则安放在后备厢底部。前悬为麦弗逊独立悬挂，后悬为H型扭力梁式半独立悬挂。图10-2 电机驱动系统1慢速充电器； 2慢速充电口； 3高压蓄电池包； 4手动维修开关； 5高压线缆；6电动空调压缩机； 7驱动电机； 8快速充电口； 9电力电子箱；10高

17、压配电单元； 11电加热器（在空调箱内） 荣威E50搭载的磷酸铁锂电池电量很稳定，3个月自放电不超过5%，在-20 时电池能力衰减不到10%，而且经过2 000次充放电后，电池损耗仍然低于20%，实际使用寿命在10年以上。另外，电池模块具有温度控制系统，可以有效防止电池过热的现象。荣威E50在60 km等速工况下的有效续航里程为180 km。荣威E50磷酸铁锂电池模块如图10-3所示。图10-3 荣威E50磷酸铁锂电池模块 荣威E50采用永磁同步电机+集成式电子箱驱动系统。除蓄电池外，电机驱动系统是纯电动汽车的重要组成部分。荣威E50的最大功率为52 kW，峰值扭矩达到155 Nm，050 k

18、m加速时间为5.3 s，最高车速达到120 km/h，对于一辆行驶于城市的纯电动小车来说动力已足够。 电机采用的是荣威完全自主研发的永磁同步电机，整体采用防水防尘设计，具有较高的稳定性。搭配集成式的电力电子箱，将逆变器和高低压直流转换器集成在一起，一定程度上减少电子箱的体积与质量，有利于这种小型车的底盘布置。荣威逆变器和高低压直流转换器模块如图10-4所示。图10-4 逆变器和高低压直流转换器模块 荣威E50的动力电池的防水防尘能力已达到IP67的高标准。防水防尘等级是目前最为严格的汽车试验标准之一，在充满极细颗粒粉尘的环境6 h后，未发现粉尘侵入；电池在水下1 m浸泡30 min，密封不失效

19、。荣威E50整车防护系统如图10-5所示。另外，由于动力电池是工作在高压环境中的，车身的绝缘设计以及碰撞断电保护也尤其重要。图10-5 荣威E50整车防护系统 2.荣威E50电动汽车的工作原理与制动馈能系统、远程实时监控系统 1）荣威E50电动汽车的工作原理 整车控制器（VCU）控制20多个ECU，利用国际先进水平的CAN总线系统，能有效提高外控制器之间的传输速度，通过逆变器和高低压直流转换器模块，控制电动汽车的起动、加速、匀速和减速等工况，从而保证系统的稳定与安全性。 E50的整车控制系统用来收集驾驶员的需求（如加速踏板、制动踏板、挡位），调整驾驶的平顺性和舒适性，并根据车辆状况（当前高压蓄

20、电池包和电机的实际能力）对车辆的输出扭矩进行限制。具体的功能模式有电爬行模式、正常模式、能量回收模式和故障模式。 电爬行模式类似于配备自动变速器的传统汽油机车辆，在车辆起步时，松开制动踏板，车辆能够缓慢平稳地起动；正常模式与传统车类似，在正常行驶过程中，整车控制系统能够根据当前驾驶需求（如加速、制动）进行相应电机扭矩输出的控制；在车辆滑行和制动的时候，车辆能够进入能量回收模式，通过电机将车辆的一部分动能转化为电能，然后储存在高压蓄电池包中。整车控制系统在检测到车辆内部故障后，能够根据设定好的机制进入相应的故障模式。在该模式下，车辆会进入跛行、限制扭矩或限制速度等工作状态。 2）制动馈能系统制动

21、馈能系统是荣威E50电动汽车的一大特色E50的制动馈能系统原理非常简单，当车在减速时，通过车辆的运动惯性带动电机反转，进而对动力电池进行充电，减少了制动时能量的损耗，这样对增大续航里程也有帮助。由于电机代替了发动机，这样在给电池充电的同时，也可以提高车的制动效率，减少制动距离。另外，也可以降低制动片的磨损。制动馈能系统如图10-6所示。图10-6 制动馈能系统 3）远程实时监控系统 荣威E50上搭载有一套远程实时监控系统，只是这套系统仅监控车辆的安全状况，而不记录车辆的位置及任何车主隐私。当系统开启时，后台会实时监控车辆的技术状态，一旦出现电池电量过低、车辆数据异常、系统报警等情况，后台会第一

22、时间反馈至车辆，并点亮报警器提醒驾驶者车辆出现异常，需尽快充电或送修。3.荣威E50电动汽车的维护与保养 车辆的安全、可靠行驶以及它的良好性能的发挥一定程度上取决于如何对它进行维护与保养。 （1）保养周期。在行驶里程为3 000 km或3个月时进行首次保养，以后每隔5 000 km或6个月进行1次保养。 （2）更换制动液。不管车辆行驶多少里程，每2年应当更换一次制动液。 （3）更换冷却液。每3年或80 000 km应更换一次冷却液（防冻剂和水的混合溶液）。 （4）蓄电池更换（12 V蓄电池）。仅限安装与原蓄电池同样类型和规格的蓄电池。到当地授权售后服务中心拆卸和安装蓄电池。使用后的蓄电池不可随意丢弃，其对环境有害，须由专业机构回收处理。 （5）蓄电池的维护与保养。 高压蓄电池包工作温度为-2045 。 车辆需要保持干燥，避免长时间在潮湿环境下停放，如积水的停车场所等。 尽量采用车载充电器对车辆进行充电，应避免高压蓄电池包频繁使用快充。因为快充对高压蓄电池包寿命影响较大，快充次数每周不应超过2次。 不要在车辆熄火的状态下长时间使用车载电器，否则可能造成蓄电池严重亏电，导致车辆无法起动。 车辆长时间停放，会导致蓄电池放电。建议断开车辆蓄电池负极电缆。连接或断开车辆蓄电池负极电缆之前，确保点火开关已关闭。 每个月使用车辆一次