《电动汽车高压安全及防护》课件-第4章

实训项目四

混合动力汽车高压部件任务一混合动力汽车高压部件的组成任务二混合动力汽车高压部件的作用及安装位置技能训练技能训练项目小结

本项目需要完成的任务涉及以下内容：

(1)混合动力汽车高压部件的布置。

(2)混合动力汽车各高压部件的组成及作用。

(3)混合动力汽车各高压部件的识别。

知识目标

(1)能够正确说出混合动力汽车上的高压部件。

(2)能够描述各高压部件的作用及安装位置。

能力目标

(1)能够在实车上找到高压部件，并说出名称。

(2)能够叙述找到的高压部件的作用。

任务一混合动力汽车高压部件的组成

一、混合动力电动汽车的高压组成混合动力电动汽车的高压部件有动力电池模组、车载充电器、交流充电口、高压配电箱、维修开关、驱动电机控制器与DC总成、电动压缩机、PTC加热器、空调配电盒及直流母线等，它们大都被布置在车辆的前机舱和行李舱。典型混合动力电动汽车高压部件布置如图4-1所示，该图为比亚迪秦混合动力电动汽车的高压部件布置图。

图4-1比亚迪秦混合动力电动汽车的高压部件布置图

二、混合动力系统的类型

1.混合动力汽车的分类

混合动力电动汽车的动力系统如图4-2所示。根据混合动力驱动的联结方式不同，一般把混合动力汽车分为三类。

图4-2混合动力电动汽车的动力系统

1)串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车(SHEV)是指由发动机、发电机、驱动电机等三大动力总成用串联方式组成了HEV的动力系统。

2)并联式混合动力汽车

并联式混合动力汽车(PHEV)的发动机和发电机都是动力总成，两大动力总成的功率可以互相叠加输出，也可以单独输出。

3)混动式混合动力汽车

混动式混合动力汽车(PSHEV)是综合了串联式和并联式的结构而组成的电动汽车，其主要由发动机、电动/发电机和驱动电机三大动力总成组成。

2.混合动力系统的分类

混合动力乘用汽车和混合动力城市客车分别如图4-3与图4-4所示。根据在混合动力系统中混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类。

图4-3混合动力乘用汽车

图4-4混合动力城市客车

1)微混合动力系统

从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，原因是它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。

2)轻混合动力系统

轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的起动和停止，还能够实现以下功能：

(1)在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收。

(2)在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统电混合度一般在20%以下。

3)中混合动力系统

中混合动力系统采用的是高压电机。

4)完全混合动力系统

完全混合动力系统(也称为重度混合动力系统)采用了272 V～650 V的高压起动电机，其混合程度更高。

三、混合动力电动汽车控制策略

相比于常规的内燃机汽车和纯电动汽车，混合动力电动汽车动力传动系统增加了整车能量管理和综合控制系统，参见图4-5。

图4-5混合动力电动汽车动力传动系统的组成

任务二混合动力汽车高压部件的作用及安装位置

一、动力电池混合动力电动汽车动力传动系统的组成如图4-6所示。。混合动力电动汽车具有两套蓄电池系统：一套为12 V直流低压蓄电池，它主要是为车常规的低压用电电器提供电源；另一套为高电压直流蓄电池系统，它包括高压动力电池、电池管理系统和漏电传感器，对高压动力电池组进行监测管理和提供安全保护。

图4-6混合动力电动汽车动力传动系统的组成

1.磷酸铁锂动力电池

目前采用磷酸铁锂电池作为动力电池的混合动力汽车，该电池可以为车载的驱动电机提供最佳的电力。

比亚迪秦采用的磷酸铁锂动力电池被安装在后排座椅与行李舱之间，如图4-7所示。

图4-7比亚迪秦混合动力汽车动力电池安装位置

图4-8所示为比亚迪秦混合动力汽车的动力电池包总成及单体电池模组，其组成及参数介绍如下。图4-8比亚迪秦动力电池包总成及单体电池模组结构

2.磷酸铁锂电池组的组成

1)动力电池模组

动力电池模组一般为分10个模组，共152个单体动力电池。其中有：

(1)动力电池串联线。

(2)动力电池采样线。

(3)电池信息采集器。

(4)接触器、熔断器。

(5)动力电池模组(电池包)护板。

(6)安装支架。

图4-9所示为比亚迪秦动力动力电池模组结构。

图4-9比亚迪秦动力电池模组结构

2)磷酸铁锂电池包的参数

(1)每个单体为3.3 V。

(2)电池包的标称电压为501.6 V。

(3)标称容量为26 A·h。

(4)一次充电13 kW·h。

电池包高压线缆如图4-10所示，动力电池包高压线缆(束)为橙色，正极线缆两端头有红色标识，负极线缆两端头为黑色标识，便于区分和识别的长、短串联线束。图4-10电池包高压线缆

电池包采样线缆(束)如图4-11所示，动力电池采样线的主要功能是用来连接电池管理控制器和电池信息采样器，实现两者之间的通信及信息交换。图4-11电池包采样线缆

3.动力电池管理系统

动力电池管理系统，除具备基本的电池能量管理、电池热管理功能外，还具有电池单体自动均衡功能。在整车运行过程中，动力电池管理系统监控整个电池组的单体性能参数，通过电池均衡功能达到及时、自动维护的目的，极大地减少了动力电池维护的时间成本，延长电池的使用寿命，提升各阶段运行的性能。比亚迪秦电池管理控制器(BMS)如图4-12所示，采用分布式电池管理系统，位于行李舱车身右C柱内板后段。

图4-12比亚迪秦电池管理控制器

比亚迪秦电池管理系统由1个电池管理控制器(BMS)、10个电池信息采集器(BIC)及1套动力电池采样线组成。其中，10个电池信息采集器(BIC)分别位于10个动力电池模组的前端，如图4-13所示。

图4-13电池信息采集器安装位置

电池管理控制器(BMS)的外观结构图如图4-14所示图4-14电池管理控制器的外观结构图

二、漏电传感器

漏电传感器主要监测与动力电池输出相连的负极母线与车身底盘之间的绝缘电阻。

漏电传感器及安装位置如图4-15所示。图中漏电传感器位于车身后围搁物板前加强横梁上。

图4-15漏电传感器及安装位置

三、车载充电器

车载充电器及外观结构分别如图4-16和图4-17所示。图4-16车载充电器

图4-17车载充电器外观结构

四、高压配电箱

混合动力汽车的高压配电箱，一般被安装在行李舱电池包支架右上方。比亚迪秦混合动力汽车高压配电箱安装位置如图4-18所示。

图4-18比亚迪秦高压配电箱安装位置

高压配电箱的作用是将电池包的高压直流电分配给整车的高压电气使用。其上游是电池包，下游是驱动电机控制器及DC/DC转换器、PTC加热器、电动压缩机、漏电传感器。高压配电箱也将车载充电器的高压直流电分配给电池包。高压配电箱外部有高压端子、低压线束、漏电传感器检测线、空调熔断器、车充电器熔断器、高压端子连接孔等。其外部结构及高压端子插接件孔外观分别如图4-19和图4-20所示。

图4-19高压配电箱外部结构

图4-20高压配电箱外部高压端子插接件孔

高压配电箱内部结构如图4-21所示，其中有接触器、熔断器、霍尔电流传感器等部件。图4-21高压配电箱内部结构

五、维修开关

维修开关连接动力电池的一个正极和一个负极。维修开关是电动车辆中一个常用的手动操作设备，位于电池包总成上方的左上角，如图4-22所示。图4-22维修开关位置

维修开关在正常状态时，手柄处于水平位置；需要拔出时，应先戴好绝缘安全防护手套，将手柄旋转至竖直状态，再向上拔出；需要插上时，应先沿竖直方向用力向下插入，再将手柄旋转至水平状态，如图4-23所示。图4-23维修开关拔出、闭合锁止状态

六、交流充电口

交流充电口又称为慢充口，位于行李舱后门正中部，如图4-24所示。图4-24交流充电口及开盖钮

交流充电口外壳材料为热塑性塑料(阻燃等级为UL94V-04)，密封件为橡胶或硅胶，充电口材料阻燃、环保、耐磨、耐候、耐冲击、高抗油、抗紫外线；内部金属插针为铜合金(表面镀银+顶部热塑性塑料)，该金属针脚周围塑料上铸有相应的字母标识(或标记)。交流充电口结构及针脚字目标识如图4-25所示。

图4-25交流充电口结构及针脚字目标识

七、高压电缆

高压电缆用于连接动力电池与每个高压负载，由高压电缆将动力电池的电能输送到每个高压负载中，保障负载动力输送的稳定性。高压电缆均为橙色线缆，如图4-26所示。

图4-26高压电缆

整车高压线束布置如图4-27所示。其中有：①电池包正、负极线；②电池包串联线Ⅰ、Ⅱ；③高压配电箱；④交流充电口；⑤电池管理控制器；⑥驱动电机控制器直流母线(如小线总成)；⑦空调高压线；⑧PTC小线；⑨车载充电器小线；⑩维修开关；11漏电传感器及其他零部件等。高压线束为橙色。

图4-27整车高压线束布置结构图

八、驱动电机控制器及DC总成

机电控的主要部件是驱动电机控制器总成。驱动电机控制器是混合动力汽车整车动力控制的大脑，结合动力电池的当前能力，实时响应用户的驾驶需求，分配发动机和驱动电机动力总成输出的转矩与功率，使整车动力性和经济性达到完美平衡。驱动电机控制器及DC总成的位置如图4-28所示。

图4-28驱动电机控制器及DC总成的位置

驱动电机控制器及DC总成如图4-29(a)～(c)所示。电机控制器总成周围有信号接插件插孔，如12 V电源线、CAN线、挡位、节气门、制动控制线、旋变和电机过温信号线、预充满信号线、两根三相线接插件等，其动力电池正/负极接插件，三根电机接插件，还有两个水套接头及其他周边附件。

１图4-29驱动电机控制器及DC总成

九、驱动电机

混合动力汽车一般采用高性能、大功率驱动电机，如图4-30所示。图4-30驱动电机及变速器

由图4-30所示可知，电机设计在变速器上方，通过减速器的齿轮将动力传递到变速器。电机通过一组三相高压线与电机控制器连接；电机上还有旋变温度接插件，用来传递电机内部定子线圈的温度信号；电机冷却液温度传感器接插件的低压连接线束(缆)，将电机的温度信号传递给冷却控制单元进行管理。因此，电机内部也铸有水道，靠冷却液来进行冷却，其水道与发动机冷却系统的水道相通，由电机冷却液的进/出水管进行循环流动，如图4-31所示。

图4-31电机的高压线、低压接插件及进/出水管

综上所述，混合动力汽车驱动电机的特点如下：

(1)交流永磁同步电机。

(2)高密度、小型轻量化、高效率。

(3)高可靠性、高耐久性、强适应性。

十、PTC加热器

混合动力汽车一般采用两套暖风形式，制热一般采用发动机或PTC加热器管道中冷却液的余热。

动力电池电量充足时，在纯电模式状态下是利用PTC加热器取暖的。图4-32所示为比亚迪秦的PTC加热器外观结构，它主要是依靠动力电池对PTC热电阻元件通电产生热量，将冷却液加热，再利用鼓风机将冷空气吹向采吸器芯体使其吸收热量变成热空气，然后进入车室内增加车室的温度。

图4-32比亚迪秦PTC加器外观结构图

混合动力电动汽车在纯电动模式行驶过程中，利用PTC加热器采暖的方式，对整车采暖结构改变较小；利用PTC电动水泵进行循环，该空调采暖系统可以在发动机不起动的情况下正常运行，满足乘员的舒适性。PTC加热器一般安装于发动机舱右上侧，图4-33所示为比亚迪秦PTC加热器的安装位置。

图4-33比亚迪秦PTC加热器安装位置

十一、电动空调压缩机

混合动力电动汽车在纯电动模式时采用电动空调压缩机取代机械压缩机，空调为电动空调，而对应的采暖系统为PTC电加热器采暖，能对驾驶舱迅速地进行制冷、制热，控制温度的高低。

电动空调压缩机作为汽车空调制冷系统的心脏，维持制冷剂在制冷系统内的循环流动，吸入来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸气，接着压缩制冷剂蒸气使其压力升高，并将制冷剂送入冷凝器。电动空调压缩机也是制冷系统中低压和高压、低温和高温的界线。它被安装于发动机的右侧，并且在驾驶舱的机舱之间，靠皮带和电池离合器驱动，如图4-34所示。

图4-34电动空调压缩机的安装位置

电动空调压缩机上集成有压缩机控制器。该压缩机控制器将高压直流电转换成三相交流电以驱动空调压缩机。高压电池组的直流电经电池管理系统后，由电机控制器为空调压缩机驱动电机供电，空调电机带动压缩机产生制冷效果。该控制器将电池管理系统送来的电池组电量信号以及室内传感器送来的温度控制信号进行处理后，通过输出端控制空调电机，从而通过驱动电机来控制压缩机的功率和转速。电动空调压缩机的高/低压线缆如图4-35所示，电动压缩机上布置有高压线插头和低压线插头，压缩机本体上有制冷剂循环的进/出管路。

图4-35电动空调压缩机的高压与低压线缆

技能训练

训练一认识混合动力汽车高压部件的组成及作用一、实训目的(1)能够正确说出混合动力汽车上高压部件的名称。(2)能够正确描述混合动力汽车上各高压部件的作用。二、实训工作准备(1)查询相关资料。(2)以小组为实训单位组织完成。

三、实训实施步骤

(1)阅读教材，小组讨论。

(2)完成本实训学习高压部件组成和作用的填写。

四、实训注意事项

(1)采用引导、启发的方式指导学生完成工作任务。

(2)每个小组在规定的20 min内完成实训。

五、实训总结

(1)总结本次课学生学习表现及在小组合作中的表现。

(2)各小组进行经验分享。

(3)知识目标检验。要求按照实训完成效果进行考评，参见表4-1。

(4)实训考核。要求按照实训完成情况进行考核，参见表4-2。

训练二认识混合动力汽车高压部件的安装位置及主要参数

一、实训目的

(1)能够在混合动力汽车上准确识别各高压部件。

(2)能够正确说出混合动力汽车各高压部件的主要参数。

二、实训工作准备

(1)高压防护手套、机舱防护三件套。

(2)车辆：混合动力汽车及车钥匙。

(3)摆放好安全标识或警示牌。

三、实训技术要求与注意事项

(1)分析混合动力汽车高压部件布置图，明确需要识别的部件英文字母，查找相关资料及说明书，明确需要识别的部件安装位置。

(2)做好实训安全操作准备。如做好举升、安全防护、安全提示、工具设备等准备工作。

(3)在整车实训时需先拆除后排座椅、行李舱盖及电池包后护板、机舱底部护板，便于查找和识别。

(4)