新能源汽车动力电池与驱动电机结构原理与检修- 课后习题答案

学习单元1.1答案一、选择题1.C2.B3.A4.B5.D6.C7.A8.A9.C10.B二、简单题1.哪些电池性能指标是用来衡量纯电动汽车续驶里程、动力性能、使用寿命？答：衡量纯电动汽车续驶里程的电池性能指标是能量密度。衡量纯电动汽车动力性能的电池性能指标是功率密度。衡量纯电动汽车使用寿命的电池性能指标是使用周期（充放电循环寿命）。2.按照锂离子电池正极材料的不同，常见的锂离子电池可以分为哪几种？它们主要在哪些纯电汽车应用?答：按照锂离子蓄电池正极材料不同，常见锂离子蓄电池：钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元锂电池、磷酸铁锂电池。钴酸锂电池主要应用于早期的特斯拉纯电动汽车。锰酸锂电池主要应用于早期的日产聆风纯电动汽车。三元锂电池主要应用北汽新能源等对能量密度较高的主流纯电动汽车。磷酸铁锂电池主要应用比亚迪等对安全性能要求较高的主流纯电动汽车。3.锂离子电池的组成及基本工作原理？答：锂离子蓄电池的组成：正极、负极、隔膜、电解液、安全阀、壳体。工作原理：锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池，正、负极电极由两种不同锂离子嵌入化合物组成。经过锂离子在正、负电极间的往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电过程。充电时，晶状结构正极材料上的锂的化合物分成锂离子和电子，电子从通过外部充电电路吸附到负极上，正的锂离子从正极脱嵌进入电解液，穿过隔膜上弯弯曲曲的小洞，嵌入到达晶状体结构的负极，与外部吸附过来的电子结合在一起。锂离子从正极脱嵌，经过电解液插入负极，负极处于富锂状态。放电时，锂离子和电子同时行动，电子从负极经过外电路导体吸附到正极，锂离子从晶状体结构的负极脱出进入电解液，穿过隔膜上弯弯曲曲的小洞，嵌入正极晶体空隙，与外电路过来的电子结合在一起。4.质子交换膜燃料电池的结构及工作原理？答：质子交换膜燃料电池的结构：质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板（又称双极板）组成工作原理：原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜为电解质。导入的氢气通过阳极集流板（双极板）经由阳极气体扩散层到达阳极催化剂层，在阳极催化剂作用下，氢分子分解为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子，完成阳极反应；氢离子穿过膜到达阴极催化剂层，而电子则由集流板收集，通过外电路到达阴极，电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能；在电池另一端，氧气通过阴极集流板（双极板）经由阴极气体扩散层到达阴极催化剂层。在阴极催化剂的作用下，氧与透过膜的氢离子及来自外电路的电子发生反应生成水，完成阴极反应；电极反应生成的水大部分由尾气排出，一小部分在压力差的作用下通过膜向阳极扩散。5.纯电动汽车高压断电流程？答：（1）作业前准备。①检查场地，确认举升机能否正常工作，检查举升臂是否水平对齐，确认符合作业环境；②设置警戒线，悬挂警示牌，检查绝缘胶垫绝缘情况是否正常（使用绝缘万用表测量绝缘胶垫五点的绝缘电阻）；③检查自身，确认没有佩戴金属饰品、钥匙、硬币等；④清点绝缘工具，检查仪表设备功能情况；⑤设置一名监护人。（2）切断低压电源。①安装三件套；②拔下车钥匙、放置安全位置；③打开前机舱，安装翼子板布和前格栅布；④断开低压蓄电池负极端子，并对负极桩做绝缘处理。（3）拆除附件。（4）穿戴绝缘防护工装。（5）拆卸维修塞，有些车辆没有安装维修塞，可以拔下PDU低压控制插件。（6）拔下动力蓄电池高低压线束插接器。（7）放电及检查剩余电荷。学习单元1.2答案一、选择题1.B2.B3.A4.C5.D6.A7.C8.B9.C10.C二、简答题1.新能源汽车安装预充接触器和预充电阻的作用?答：预充接触器作用是控制预充电路。预充电阻的作用在预充电路中串如预充电阻，降低流入负载侧电容电流，保护总正接触器、总负接触器N的安全。2.动力蓄电池高压上电检测流程?答：VCU控制总负接触器闭合之前，进行动力蓄电池高压分步检测Part1检测，如果V1测量电压为动力蓄电池端电压，V2=V3=0V则说明动力蓄电池内部正常，总负接触器无粘连故障；VCU控制总负接触器闭合。总负接触器闭合后进行动力蓄电池高压分步检测Part2检测，此时若V1和V2测量电压均为动力蓄电池端电压，V3=0V，说明总负接触器和预充电阻无断路故障，预充接触器无粘连故障，BMS控制预充接触器闭合，接通预充电路。预充电路接通后进行动力蓄电池高压分步检测Part3检测，此时若V1测量电压为动力蓄电池端电压，V2=V3测量电压小于动力电池端电压但不等于0V，说明预充接触器正常、总正接触器无粘连故障。预充完成，BMS控制总正接触器闭合。此时若V1、V2、V3均等于动力蓄电池端电压说明总正接触器正常。总正接触器闭合时间超过10ms后，断开预充接触器。此时，仪表上READY灯点亮，高压上电检测完成。3.动力蓄电池出现不均衡的后果?答：动力蓄电池出现不均衡现象后，各个电芯之间的容量变得不一致，动力蓄电池的总容量会降低，影响动力蓄电池的正常工作。4.纯电动汽车更换动力蓄电池包步骤?答：（1）作业前准备①设置安全隔离，并放置警示牌。②操作前，检查并穿戴安全帽、防护眼镜、防护鞋、防护手套、防护服等防护用品，并持安监局颁发的有效期内的电工操作证。③检查放电工装、绝缘万用表、绝缘工具等设备。④实施车辆防护。⑤检查举升机。⑥检查动力蓄电池举升车。⑦检测绝缘垫。（2）动力蓄电池拆卸①按照正确规范进行高压断电操作，举升车辆。②拆下车底驱动电机、动力电池线束钢质护板。③查看高低压控制线束插件绝缘层是否破损，低压控制端旋转卡扣是否松动，高压端锁止口是否正常。戴好绝缘手套，拆卸低压控制线束插件。④拆卸动力蓄电池高压电缆插件。⑤高压负载端进行验电。对电池端和负载端所有插头进行绝缘处理。⑥推入动力蓄电池举升车，调整举升车位置，并能完全托住动力蓄电池底部，固定脚轮。⑦拆卸动力蓄电池固定螺栓；缓慢降低举升车，将动力蓄电池与车体分离。⑧松开脚轮，将举升车从车底推出，完成动力蓄电池包的拆卸过程。（3）动力蓄电池安装①将举升车推入车底，固定脚轮，缓慢将举升车升起至接近汽车底盘位置。②松开脚轮，调整举升平台位置至定位销与定位孔对齐；再次固定脚轮，继续升起举升车，将定位销插入定位孔。③按照从内到外、对角交叉原则用扭力扳手安装固定螺栓，达到规定力矩。④动力蓄电池安装好后，松开脚轮，将举升车推出。⑤安装动力蓄电池高压电缆插接器，然后安装低压线束插接器。至此完成动力蓄电池的更换。学习单元2.1答案一、选择题1.C2.D3.B4.B5.D二、简答题1.高压控制盒的作用?答：高压控制盒主要作用是完成动力蓄电池电源的输出及分配，实现对支路用电器的保护及切断。2.高压控制盒工作原理?答：（1）动力蓄电池放电时，高压直流电通过动力蓄电池正极接口进入高压控制盒，可以通过DC/DC变换器熔断器、空调压缩机熔断器、暖风PTC熔断器给DC/DC变换器、空调压缩机、暖风PTC供电；可以直接给电机控制器供电。（2）动力蓄电池慢充时，车载充电机的充电电流，通过车载充电机熔断器，充入动力蓄电池。（3）动力蓄电池快充时，快充桩会接通高压控制盒中的快充继电器。充入到动力蓄电池中。学习单元2.2答案一、选择题1.B2.B3.B4.A5.B二、简答题1.DC/DC变换器的作用?答：DC/DC变换器的功能相当于传统汽车的发电机，将动力蓄电池的高压直流电转换为低压14V直流电，给整车低压用电系统供电及低压蓄电池充电。2.DC/DC变化器的检测步骤?答：（1）保证整车线束正常连接的情况下，车钥匙置于LOCK挡位，使用万用表测量低压蓄电池端电压，此时测量电压应为低压蓄电池电压12V左右。（2）车钥匙置于ON挡整车上电后，继续用万用表测量低压蓄电池端电压，查看变化情况，如果数值在13.8~14V，判断为DC/DC变换器工作正常。（3）如果整车上电后，低压蓄电池电压为12V左右，则说明DC/DC变换器工作不正常。学习单元2.3答案一、选择题1.C2.A3.D4.D二、简答题1.车载充电机的作用?答：车载充电机可将民用的220V、50Hz的交流电转换为动力蓄电池所需要的高压直流电，实现动力蓄电池的电量补充。2.车载充电机上各指示灯含义?答：车载充电机上各指示灯功能POWER灯：电源指示灯（绿色），当接通交流电后，电源指示灯点亮。RUN灯：正常工作指示灯（绿色），当充电机接通动力蓄电池进入充电状态后，充电指示灯点亮。FAULT灯：警告指示灯（红色），当充电机内部有故障时点亮。学习单元2.4答案一、选择题1.A2.A3.B4.C5.D6.D二、简答题1.慢充充电控制过程?答：慢充控制过程如下：（1）充电桩与充电枪连接确认慢充桩与充电枪连接确认通过供电控制装置检测检测点4的信号来确定。当检测点4检测到电压变为接地时，慢充桩确认充电桩与充电枪连接完成。（2）慢充口与充电枪连接确认慢充口与充电枪连接确认是通过车辆控制装置检测检测点3与PE之间的电阻值来确认。检测点3检测到RC电阻值，此时车辆控制装置确认慢充口与充电枪连接完成。此时，车辆控制装置根据RC电阻值来确认充电枪所能流过的最大限止电流值。（3）确认充电连接装置完全连接充电桩与充电枪，慢充口与充电枪均已完成连接后，充电桩要确认充电线两端都已正确连接。慢充桩开关S1与供电控制装置12V电源端连接。充电枪两端均都与充电桩和充电口连接完成，则接通从供电控制装置到车身接地电路，电路为供电控制装置12V→开关S1→R1→二极管D1→R3→接地。此时检测点1检测到电压约为9V，充电桩确认充电连接装置完全连接。然后车辆控制装置将开关S1由12V常电端转换到PWM端连接。PWM端发出12V的占空比电压信号，当车辆控制装置检测到检测点2有9V占空比信号时，车辆控制装置确认充电连接完成。（4）车辆充电准备就绪在车载充电机完成自检后确定无故障，并且电池组处于可充电状态，然后发出充电请求，车辆控制装置闭合开关S2，车辆充电准备就绪。（5）慢充桩充电准备就绪车辆充电准备就绪的信号会通过检测点1占空比电压值的信号变化检测到，当信号由占空比峰值电压由9V变为6V时，充电桩内的控制开关K1、K2闭合，交流电到达车载充电机。（6）充电开始首先车辆控制装置需完成车载充电机最大允许充电电流设置。车载充电机最大允许充电电流取决于充电桩的可供电能力、充电电缆载流值和车载充电机额定电流值三者之间最小电流值。其中充电桩可供电能力可以通过检测点2的PWM占空比信号峰值电压获悉；充电电缆限流值可通过RC电阻值获得。当车辆控制装置完成车载充电机最大允许充电电流设置后，车载充电机开始对电动汽车进行充电。（7）充电过程检测在充电过程中应需阶段性检查充电桩与充电口之间的连接情况，以及供电能力的变化情况。前者检测周期不大于50ms，后者检测周期不大于5s。（8）充电结束正常条件下的充电结束分两种情况。一种是车辆达到充电结束条件，如电池已充满，则车辆控制装置切断开关S2，并使车载充电机停止充电。另一种是充电桩达到了充电结束条件，如操作人员进行了充电结束刷卡，则供电控制装置将开关S1从PWM端切换到12V状态，并断开K1、K2开关，停止充电。2.快充充电控制过程?答：（1）车辆快充口连接确认非车载充电机控制器检测检测点1的电压值变为4V。此时快充桩确认充电枪完全接入车辆快充口，随即非车载充电机控制器控制K3、K4开关闭合，快充桩内的低压辅助电源开始通过K3、K4给车辆控制器进行供电。车辆控制器通过检测检测点2电压变为6V，判断充电枪的插入快充口。非车载充电机控制装置控制电子锁锁定充电枪使其不能从快充口处断开。（2）非车载充电机控制器自检车辆快充口连接完成后，非车载充电机控制器控制开关K1、K2闭合，非车载充电机控制器通过IMD（绝缘表）对桩内到高压控制盒处的DC+、DC-两根充电电缆进行对地绝缘检测。自检通过后断开K1、K2，然后通过泄放电路将DC+、DC-上的残余电释放掉。（3）充电开始车辆端由车辆控制器控制开关K5、K6闭合，非车载充电机控制器检测到动力蓄电池电压正常后，控制开关K0、K1、K2闭合，使直流供电回路导通，开始对动力蓄电池进行充电。（4）充电过程检测在充电过程中，车辆控制装置向非车载充电机控制装置，实时发送动力蓄电池充电需求参数。非车载充电机控制装置相应调整充电电压和充电电流，并相互发送各自的状态信息（充电桩输出电压电流、动力蓄电池电压、电流、SOC值等）。（5）充电结束正常条件下的充电结束分两种情况。一种是车辆达到充电结束条件，如电池已充满。另一种是充电桩达到了充电结束条件，如操作人员进行了充电结束刷卡。车辆控制装置开始周期发送电池管理系统终止充电报文，并断开开关K5和K6。非车载充电机控制器则周期发送充电机终止充电报文，并控制充电机停止充电，在确认充电电流小于5A后断开开关K0、K1和K2，将充电机的输出电压投入泄放电路避免对操作人员造成电击伤害，最后断开开关K3和K4，解锁电子锁，拔出充电枪，完成充电。学习单元3.1答案一、填空题1.A2.D3.A4.A5.A6.D7.C8.D9.C10.D11.D二、简答题1.交流异步电机的工作原理?答：交流异步电机定子绕组中通入三相交流电，产生的旋转磁场。定子绕组磁场在旋转过程中切割转子绕组，转子绕组产生感应电流，转子绕组在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电机转子旋转。2.永磁同步电机的工作原理?答：永磁同步电机定子绕组中通入三相交流电，产生的旋转磁场，根据磁极异性相吸，同性相斥的原理，定子绕组旋转磁极总会由于磁力拖着转子同步旋转。3.开关磁阻电机的工作原理?答：开关磁阻电机的运行原理是遵循“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，所以具有一定形状的铁芯在移动到最小磁阻位置时，必须使自己的转子轴线与磁场的轴线重合。因此，当转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便有磁阻力作用在转子上并产生转矩使其趋向于磁阻最小的位置。学习单元3.2答案一、填空题1.D2.D3.C4.D