新能源汽车充电系统原理与检修教学教案95

新能源汽车充电系统原理与检修

教案

课程信息

《新能源汽车充电系统原理

课程名称授课专业新能源，黄技术

与检修》

必修课公共课（）；专业基础课（）；专业课（V）；

课程类型

选修课限选课（）；任选课（）；专业拓展课（）

讲授（）；实践课（）；

授课方式考核方式考试（）；考查（V）

其它（V）

课程教学

32学时学分数2学分

总学瞰

学时分配理论课32时，实践课

新能源汽车充电系刘祖其西安电子科技

教材名称作者出版社

统原理与检修[M]王跃进大学出版社

978-7-5606-出版

书号

6545-0/U时间2022.08

新能源汽车充电系统原理与检

班级课程名称

修

授课教师授课课时2

学习课题新能源汽车知识

(1)了解新能源汽车的概念和我国新能源汽车的发展状况；

(2)掌握新能源汽车的类型及技术特点，会利用相关文献检索

国内外新能源汽车知识；

(3)了解国内外主要新能源汽车厂商和品牌；

(4)了解新能源汽车的发展趋势。

了解纯电动汽车的工作原理和主要特点；

教学基本(5)

要求

(6)掌握纯电动汽车的主要部件名称、功能和安装位置；

(7)掌握纯电动汽车的基本操作方法。

(8)了解纯电动汽车动力电池及其性能指标；

(9)掌握纯电动汽车的动力电池工作要求及结构；

(10)掌握纯电动汽车蓄电池的种类及特点；

(11)了解动力电池管理系统的工作原理。

了解纯电动汽车的工作原理和主要特点；掌握纯电动汽车的基本

教学重点、

操作方法；掌握纯电动汽车蓄电池的种类及特点；了解动力电池

难点

管理系统的工作原理。

教学方法、手

案例导入法、讲授法、小组讨论法

段

教学过程设计导入——专题讲解——问题分析讨论——练习——归纳总结

参考案例来自教材、相关参考书

教具、教材教学课件PPT、教学录像片

教师学期授课教案

时

教

间

学

分

方

授课提纲及重难点分析配

法

及

设

旁

计

注

第1章新能源汽车知识

1.1新能源汽车发展概述

1.1.1新能源汽车的发展背景

2012年7月9日，由国务院发布的《节能与新能源汽车发展规划（2011

-2020年）》正式明确了我国节能与新能源汽车发展的技术路线和主要目标：

•以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向

•重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化

•推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车

•提升我国5气车产业整体技术水平约

2020年11月，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021-

2035年）》，要求深入实施发展新能源汽车国家战略，推动中国新能源汽车70

产业高质量可持续发展，加快建设汽车强国。

据中国汽车工业协会统计数据显示：2019年全年我国新能源汽车产销分min

别完成124.2万辆和120.6万辆2020年全年我国新能源汽车累计产销量136

万辆。

据2021年12月10日中央电视台新闻报道：2021年1~11月我国新能

源汽车产量达到302.3万辆。

据中国汽车工业协会2022年1月19日统计数据:2021年我国新能源汽

车产销分别达到354.5万辆和352.1万辆，同比增长均为1.6倍。

1.1.2新能源汽车的概念

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控

制和驱动方面的先进技术，形成的具有新技术、新结构、技术原理先进的汽车。

2017年1月6日工业和信息化部（简称工信部）发布的第39号部令《新

能源;气车生产企业及产品准入管理规定》第三条对新能源汽车进行了定义：采

用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车，包括插电式混合动力

（含增程式）汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等。

1.13新能源汽车的分类及特点

新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢发动机汽

车、超级电容汽车、燃气汽车、醇类酸类燃料汽车、太阳能汽车、生物柴油汽

车等。在我国，新能源汽车主要是指纯电动汽车、增程式电动汽车、插电式混

合动力汽车和燃料电池电动汽车等。新能源汽车部件分布图如图11所示。新

能源汽车结构图如图12所示。

电，分配a制般高限VttAFF〃拉式M”>Q号改过代遑

式依H式接考造按吩械21

小4・X4*«A.M

电算分配雇aIt*

真空施

图1-2新能源汽车结构图

1混合动力;气车

混合动力汽车是指油电混合动力汽车（HybridElectricV

ehic1e,HEV）,即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机

作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙

烷和乙醇燃料等。

混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长、动力性能好的优点，又具

备电动机无污染、低噪声的特性，二者取长补短，可使汽车的热效率提高10%

以上，废气排放改善30%以上。

1）混合动力汽车的分类

2）混合动力汽车的特点

2纯电动汽车

纯电动汽车是采用电力驱动的汽车，是用可充电蓄电池或其他能量储存装

置为动力源，用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规和国家标准各项

要求的车辆。纯电动汽车不需要其他能量，如汽油、柴油等，其电力可以通过

多种路径获得能源，如煤、核能、水力、风力、光、热等，可解除人们对石油

资源日见枯竭的担心。纯电动汽车可以通过家用电源（普通插座）、专用充电

桩或者特定的充电场所进行充电，还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力

充电，使发电设备日夜都能充分利用，满足日常的行驶需求，大大提高其经济

效益。纯电动汽车的构造如图16所示。

3燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是一种不烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化

学能转变为电能，依靠电机驱动的汽车。燃料电池电动汽车如图17所示。

薛动电机

4氢发动机汽车

氢发动机汽车是以氢气为动力的汽车。与普通汽车相比，氢发动机汽车具

有明显的优7势。氢气在燃烧的过程中，只排出水蒸气而不是二氧化碳等污染

性废气,既可以无限循环,又不会污染环境；它的燃料效稻E常高,可以将氢

能的60%~80%转变为驱动能，而普通汽车的转化率仅为25%~3

0%。氢发动机如图18所示。宝马7系氢发动机汽车如图19所示。

直发动机:

5超级电容汽车

超级电容汽车的外观与普通无轨电车相似，只是车顶部没有两根"辫子"。

电车底部装了一种超级电容，车辆进站后的上下客间隙，车顶充电设备随即自

动升起，搭到充电站的电缆上，通过200A的电流完成充电。国产超级电容

客车如图1-11所不。

6其他新能源汽车

1）燃气汽车

2）乙醇汽车

3）甲醇汽车

4）太阳能汽车

1.1.4国内外主要新能源汽车简介

1国内外新能源汽车部分代表车型

国内外新能源汽车部分代表车型如表1-1所示。

a1-I国内外新能源汽车部分代表车型

生产厂商晶牌/乍金半辆类型

丰田iA5.C-HRa擎.卡罗拉新能源纯电动，油电混合动力•插电式油电混介动力

奥迪A6L«c-tron«A8L纯电动•油电混合动力.据电式油电混合动力

宝马宣马i3.宝马i4.宝马x5纯电动•油电混合动力•插电式混合动力

大众宝来•帕伊特混动纯电动.插电式油电混合动力

特斯拉ModelY.PHEV纯电动,插电式油电混合动力

比亚迪区EV.#PLUS线电动•插电式油电混合动力

本田绛乐.学域税.世校PHEV纯电动，油电混合动力•插电式油电混合动力

叁婉EQC.CiftCoupe.E级混动纯电动.油电混合动力.据电式油电混合动力

吉利帝豪EV.ia）N.能越ePro纯电动,油电混合动力•播电式油电混合动力

红旗E-HS3,H5纯电动•油电混合动力

2新能源车型分类

新能源车型有纯电动车型、油电混合动力车型、插电式油电混合动力车型、

增程式电动车型、CNG双料车型。

1.1.5我国新能源汽车的发展现状

随着我国对环境保护政策的加强，我国越来越重视新能源汽车的发展，由

于科技和产业变革，新能源汽车已经成为汽车产业转型升级的中坚力量，新能

源汽车行业也迎来了前所未有的发展机遇，正从萌芽期向成长期迈进，其保有

量在5年间增长了9倍多。2020年11月，国务院办公厅印发《新能源汽

车产业发展规划（2021—2035年）》，要求深入实施发展新能源汽车

国家战略，推动中国新能源汽车产业高质量可持续发展，加快建设汽车强国。

目前国内新能源汽车行业的上市企业有比亚迪股份有限公司、浙江吉利控

股集团有限公司、上海汽车集团股份有限公司、广州汽车集团股份有限公司、

北汽蓝谷新能源科技股份有限公司、中国长安汽车集团股份有限公司等。

1.新能源汽车行业的分类

新能源汽车采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃

料、采用新型车载动力装置）。表1-2中列出了五种新能源汽车的特点、优势、

劣势。

表1-2五种新能源汽车的特点

分员特点代表》：鹏优势劣外

纯电动汽隼完全由光电电池提供成本低，技术成垓航里程

特斯拉.前东

(BEX-)能量熟.噪声小等短・充电长

混合动力汽车使用发动机和电动机省油.降低排系统结构

东风悦达起亚K5

(HEV)必动汽车放•增强动力复杂

抽电式混合动力可外接充电b•可饨电电池容贸大•

比亚迪•泰

汽车(PHEV)动行败！.可混合动力行驶MK不完善

增程式电动在纯电动汽车基砧上起步和加速性

宝马i3充电困难

汽车(REEV)用加r增程器能好

燃料电池电动汽乍以氧气、甲㈱为超科.产员小・

4UHMirai狞她小.年排效

(FCEV)经化学反应产生电能存钝用建

2.新能源汽车的发展现状

1)续航里程

2012年5月18日上午9时，在四川新纪元公司厂区举行了“四川造"

电动汽车试验运营启动仪式。在活动起航现场,一台改装后的纯电动汽车，携

带重量符合国家工信部标准(电池质量占整车比重的25%以下)的新型锂电

池，通过三电动力总成创新集成，一次充电工况可运行1000km以上，该车运

行时间从5月18日上午9点31分开始，5月19日凌晨3点17分结束，历

时17小时46分钟，合计工况运营1011km,耗电85kWh,挑战工况运营

1000km成功。本次测试完美书写了"长续航""电池寿命长""安全性能优"

"系统集成强""中国芯”的技术风采。纯电动汽车续航里程提升现场会如图

1・16所示。

2)电池

在新能源汽车的成本中，电池成本通常要占到40%左右，再加上占10%

左右的电机和10%左右的电控成本，"三电”共占电动汽车成本的60%左右,

如图1-17所示。因此，提升电池技术对新能源汽车来说非常重要。

3)电机基本完成国产化

目前我国新能源汽车的电机基本完成了国产替代，且集成化程度越来越

高。电机驱动系统是新能源汽车三大核心部件之一，是新能源汽车车辆行驶中

的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。电动汽车的整

个驱动系统包括电动机驱动系统与机械传动机构两个部分。电动机驱动系统主

要由电机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

新能源汽车的电机通过从电池中获取有限的能量产生动作，所以要求其在

各种环境下的效率都要很高,在性能上要比一般工业用的电机更加严格。电动

汽车专用的电机需要满足高速化、小型轻量化、高效性（一次充电后的续驶里

程长）、低速大转矩情况下大范围内的恒定输出特性、寿命长以及高可靠性、

低噪声和成本低廉等性能。

未来新能源汽车的电机驱动系统将朝着小型轻量化、高效性、更出色的转

矩特性、使用寿命长、可靠性高、电机控制器实现数字化、控制精度高、噪声

低、价格低廉的方向发展。

4）电控系统核心模块IGBT

电控系统核心'模块采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。从功能上来说,IGBT

就是一个电路开关，优点就是用电压控制，饱和压降小、耐压高,可在几十到

几百伏量级电压、几十到几百安量级电流的强电上应用。

新能源汽车电控系统包括三部分,分别是整车控制器、电机控制器和电池

控制器。其中新能源整车控制器和电池控制器相对成熟，电机控制器相对落后，

主要是因为核心部件IGBT国内能生产的企业只有中车时代和比亚迪两家，

90%以上依靠进口。IGBT模块成本占据电控系统成本的40%以上，如果加上

充电系统中的IGBT,则成本占比更高。

IGBT模块主要包括母排电极、键合引线、芯片、焊层、衬板和基板几大

部分，各个部分之间采用的连接技术构成了IGBT模块封装的关键技术。

5）智能网联

智能网联汽车是车联网与智能车的有机结合，是搭载先进的车载传感器、

控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与人、车、路、

后台等智能信息交换共享，实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终替代人

来操作的新一代汽车，它将改变驾驶员的主导地位。智能网联汽车实现了车内

网、车外网、车际网的无缝连接，具备信息共享、复杂环境感知、智能化决策

等功能，是AI、信息通信、大数据、云计算等战略性高新技术的支撑点和战略

制高点。

2021年7月13日，中国互联网协会发布了《中国互联网发展报告

（2021）》，在车联网领域，2020年智能网联汽车的销量超过了303万辆，

同比增长了107%。车联网为汽车工业产业的升级提供了驱动力，已被提到国

家战略的高度，我国车联网标准体系建设已经基本完成。现在大部分汽车品牌

都在向智能网联发展，如大众、雪佛兰、起亚、福特、本田、别克、飞思卡尔

等。

国家非常重视发展智能网联汽车，2021年7月27日，工信部、公安部、

交通运输部印发了《智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范（试行）》的

通知。

6）充电桩

充电桩是新能源;气车行业发展的基石，随着电动车的不断放量，充电桩作

为配套设施必须跟上。

2021年9月10日，中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布8月充电

桩运营数据。数据显示,2021年8月比2021年7月公共充电桩增加了3.44

万台，8月同比增长了66.4%。

1.1.6新能源汽车的发展趋势

综上所述，由于新能源汽车的发展受到诸多现实因素和技术要求的限制，

以目前的技术条件来看，想要实现新能源汽车的全方位大发展，还有待新的突

破。当前普遍认为，；气车工业的发展主要集中在纯电动汽车、混合动力汽车、

燃料电池汽车三类新能源汽车上，所有新能源汽车都要向轻量化和智能化方向

发展。

1三类新能源汽车的发展趋势

1）纯电动汽车

由于电池技术的原因，纯电动汽车微型化已成为其发展的一个趋势。

以高性能的银氢、银镉电池和锂电池为代表的新T弋电池为纯电动汽车的

发展提供了坚实的基础。

目前，纯电动汽车的发展虽然已经取得很好的效果，部分车型充满一次电

能行驶400~500km，但是在偏僻地方依然无法保证，因为充电桩很少、甚

至没有。此乃存在不少问题，诸如电池容量、驱动电机、快速充电、二次污

染等方面。目前世界各国研究机构和企业都在加紧进行电池的研究，努力实现

电动汽车充满一次电可行驶1000km的目标。

2）混合动力汽车

目前世界各大5气车公司无不涉足电动;气车领域，但是由于技术和经济上存

在的各种困难，纯电动汽车还有相当长的路要走才有可能实现商品化；而混合

动力汽车技术相对匕匕较成熟，由于采用了机电桐合技术和智能化的整车控制策

略，因此实现了整车的高性能，解决了低能耗和低排放等问题。

3）燃料电池;气车

氢燃料电池汽车相比较于其他几类新能源汽车来说，是技术难度最大的一

种。氢燃料电池汽车虽较早被投入研发，但目前为止进展不大。

氢燃料电池以氢为能量来源，通过电子的得失产生电力来驱动电机。目前

此项技术仍然处在研发或者测试阶段，无真正意义的产品问世，所以它的未来

之路需要继续探索。但是，若氢燃料电池汽车在技术上一旦获得质的突破，它

将是未来新能源电动汽车中最为抢手的。

2轻量化

目前新能源汽车动力电池外壳用材种类众多，既有钢、铁、铝合金等金属

材料，也有塑料、碳纤维等非金属材料，其中钢材在汽车中的应用比例仍然达

到50%以上。国内外轻量化的研究主要是对新能源汽车进行轻量化方面的研

究和设计，世界的统一观点为轻量化是解决当前汽车节能减排的最有效措施，

也是当前汽车工业追求可持续发展的趋势。汽车的整体质量减10%,汽车的

油耗也会减少6%~8%,同时也会减少二氧化碳和其他氮化物等有害物质的

排放。

新能源汽车的轻量化可以保证提升自身的动力性，来解决自己的续航问

题，也可以平衡自身的轻量化材料成本。新能源;气车动力电池托盘以前多采用

钢材制造，如今以铝合金型材为主。铝合金型材的密度为2.7g/cm3,无论在

收缩还是焊接等方面，铝合金材质优势明显。而镁合金的密度为1.8g/cm3,

碳纤维是1.5g/cm3，用这些材料制造电池托盘可实现大幅减重。非金属材料

在这个领域具有非常好的应用优势。

非金属材料在电机上也有广泛的应用，比如聚苯硫酸具有强度高、耐高温、

高阻燃、耐腐蚀的性能，可以代替部分金属来制造新能源汽车的关键零部件，

同时在智能网联领域，也可用于传感器、控制器、执行器，以及摄像头、雷达

等。

3智能化

新能源汽车智能化包括自动循迹系统、主动转向系统和主动防撞系统三部

分。

1.2新能源汽车的结构、工作原理和基本操作

1.2.1纯电动汽车的基本结构及工作原理

1基本结构

纯电动汽车（ElectricVehicle,EV）是完全由车载可充电电池（如铅酸电

池、银氢电池或锂离子电池）为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通安

全法规各项要求的车辆。

纯电动汽车主要由动力驱动子系统、能源子系统和辅助控制子系统等部分

组成。纯电动汽车基本结构如图1-18所示。

图1・18施电动汽车福本”i构

1）动力驱动子系统

动力驱动子系统包括整车控制器、电机控制器、驱动电机、机械传动装置

和车轮等。其作用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能

够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池，这称为再生制动。

2）能源子系统

能源子系统包括高压动力电池、低压蓄电池、电池管理系统和充电系统等。

其作用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池

充电。

3）辅助控制子系统

辅助控制子系统包括辅助动力源、转向系统、空调器、冷却系统、加热系

统等部件。其作用是借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。

4）其他部件

新能源汽车还包括电动机、发电机、传动系统、行驶系统、蓄电池等其他

部件。

1工作原理

纯电动汽车以电动机代替燃油机，由电棚区动，没有自动变速箱.相对于

自动变速箱，电机结构简单、技术成熟、运行可靠。

传统的内燃机能把高效产生转矩时的转速限制在一个比较窄的范围内，这

是传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽

广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动）气车行驶过程中不需要换挡变速装

置，操纵方便容易，噪声低。

与混合动力汽车相比，纯电动汽车使用单一电能源，电控系统大大减少了

汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗

及噪声，节省了汽车内部空间、重量。

电动汽车和燃油式汽车的主要区别就在于前者有驱动电机、调速控制器、

动力电池、车载充电器这四个部件，而且电动汽车的启动速度取决于驱动电机

的功率和性能。纯电动汽车的组成和工作示意图如图1-26所示。

根据从制动踏板和加速踏板输入的信号，电子控制器发出相应的控制指令

来控制功率转换器的通断。功率转换器通断示意图如图1-27所示。

r，

辅助动力源供给系统为动力转向、温度控制单元、制动及其他辅助装置提

供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动5气车输入信号外，方向盘输入也是

一个很重要的输入信号，动力转向系统根据方向盘的角位置来控制汽车灵活地

转向。汽车方向盘如图1-28所示。

1.2.2吉利帝豪EV450纯电动汽车的基本操作

吉利帝豪EV450纯电动汽车使用容量为52kWh的三元锂电池。该电池具

WITCS2.0智能温控管理系统，可保证车辆在-30~60℃的环境下正常工作。

在快充模式下，电池电量从30%充到80%只需0.5h;而在慢充（交流）模

式下,充满电则需要吉利帝豪纯电动汽车在综合工况下的续航里

9hoRV450

程可达到400km;在60km/h等速情况下，续航里程将超过450km,最高可

达480km。吉利帝豪RV450车型如图1-29所示。

1.外观和铭牌参数

吉利吊豪EV450纯电动汽车的外观和铭牌如图1-30所示。汽车左前门上

有"EV450"标志，其中"EV"表示纯电动汽车，“450”表示该车一次充满

电可续航450km,标志中的蓝色车牌表示新能源汽车。

吉利帝豪EV450纯电动汽车的铭牌上显示了车辆的基本信息,包含车辆

VIN码(LB378Y4W9JA170542)、车辆年款(2018年2月)、整车最大总

质量1970kg、驱动电机型号TZ220XS503、峰值功率120kW、动力电池额

定电压346V、额定容量150Ah等信息。

2.基本操作

(1)启动前先进行安全检直，注意车辆前后有无障碍物，确定车身没有

连接充电线，前机舱和后备箱盖关闭可靠。

(2)使用智能钥匙开锁后©随身携带钥匙进入车内，并观察仪表显示有

无异常。

(3)启动操作：踩下制动踏板,按下"ENGINESTART/STOP"启停开

关(置于方向盘下方的面板上)，观察仪表显示,若出现"READY",则表明

上电启动成功，如图1-31所示。

（4）行驶操作：检查车辆前后无障碍及安全隐患，观察仪表显示无异常，

然后将换挡手柄置于D或R挡，如图1-32所示，松开电子手刹，轻踩加速踏

板，车辆开始向前或后移动。

（5）停车熄火：需要停车熄火时，踩下制动踏板，待车辆停稳后，换挡

杆置于P挡，按下手刹按钮，关闭车窗、车灯及其他电气设备，按下

"ENGINESTART/STOP"启停开关,待仪表上的"READY"消失，车辆即为

熄火（下电）状态。

1.2.3我国新能源汽车国家标准

1988年，全国汽车标准化技术委员会成立了电动车辆标准化技术委员会,

正式开始研究制定我国新能源汽车标准。截至2007年，该委员会已制定并发

布了新能源汽车相关国家标准和行业标准共计42项，形成了整车、动力电池、

驱动电机等相关检测评价和产品认证能力。

这些标准也是新能源汽车修检的技术依据；分别于2011年、2015年、

2016年、2017年、2021年又相继推出了相关标准。目前我国正在使用的纯

电动汽车国家和行业标准如表1-3所示（见本书P26）,电动汽车仪表表盘显

示符号标志及其含义如表L4所示（见本书P26-27）。

1.3动力电池及电池管理系统

1.3.1动力电池主要性能指标

电动汽车上的动力电池主要是化学电池，即利用化学反应发电的电池，可

以分为原电池、蓄电池和燃料电池；物理电池一般作为辅助电源使用，如超级

电容器等。

动力电池是电动汽车的储能装置，要评定动力电池的实际效应，主要是看

其性能指标。动力电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输

出效率、自放电率、放电倍率、使用寿命等，根据动力电池种类不同，其性能

指标也有差异。

电池电压分为端电压、额定电压、开路电压、工作电压、充电终止电压和

放电终止电压等。

1.3.2电动汽车对动力电池的工作要求

动力电池是电动汽车的主要能量载体和动力来源，也是电动汽车整车成本

的主要组成部分。在电动汽车上普遍使用的电池主要有铅酸电池、银氢电池?口

锂离子电池等。

1.纯电动汽车电池的工作要求

纯电动汽车行驶完全依赖电池的能量，电池容量越大,可以实现的续驶里

程就越长，但电池的体积、重量也越大。纯电动汽车要根据道路情况和行驶工约

况的不同来选配电池，具体要求归纳如下：

80

(1)电池组要有足够的能量和容量，以保证典型的连续放电不超过1C

(C为电池额定容量，单位为Ah),典型峰值放电一般不超过3C。min

(2)电池的放电要能实现深度放电(如80%)而不影响其寿命，在必

要时能实现满负荷放电甚至全负荷放电。

(3)需要安装电池管理系统和热管理系统，能显示电池组的剩余电量和

实现温度控制。

(4)由于动力电池组体积和质量大，电池箱的设计、电池的空间布置和

安装问题都需要认真研究。

2.混合动力汽车对电池的工作要求

与纯电动汽车相比，混合动力汽车对电池的容量要求有所降低，但要求为

整车实时提供足够的瞬时功率，尽可能提供大电流。

由于混合动力;气车构型的不同，串联式和并联式混合动力汽车对电池的要

求也有差别。

(1)串联式混合动力汽车完全由电机驱动，发动机、发电机总成与电池

组一起为电机提供需要的电能，对电池的要求与纯电动汽车相似，容量可以小

一些。

(2)并联式混合动力汽车发动机和电机都可直接为车轮提供驱动力，整

车的功率需求可以由不同的动力组合来满足。动力电池的容量可以小，但是电

池组瞬时提供的功率要满足汽车加速或爬坡要求，电池的最大放电电流有时可

能高达20c以上。

3.插电式混合动力汽车(PHEV)对电池的工作要求

PHEV对动力电池的要求兼顾了纯电动和混合动力两种模式。

PHEV在设计上既要实现在城市里以纯电动汽车模式行驶，又能实现在高

速公路上以混合动力模式行驶。如本田的ClarityPHEV纯电驾驶最高时速达

至I」160km/h,系统综合续航里程超过800km。又如2021年5月25日，赛

力斯官方宣布，赛力斯华为智选SF5于5月29正式开启交付，即赛力斯SF5

华为智选高性能电驱轿跑SUV。该系统综合续航里程可达到1000km。

13.3动力电池系统的结构及工作原理

L动力电池系统的结构

新能源汽车的车载电源系统主要由动力电池系统(动力电池模组、电池

管理系统、动力电池箱、辅助元器件)和辅助动力源组成。

动力电池模组由多个电池模块或单体电芯串联组成；电池管理系统是整个

动力电池系统的神经中枢；动力电池箱用来放置动力电池模组；辅助元器件主

要包括动力电池系统内部的电子电器元件，如熔断器、继电器、分流器、接插

件、紧急开关、烟雾传感器、维修开关以及电子电器元件以外的辅助元器件，

如密封条、绝缘材料等。

辅助动力源是供给新能源汽车其他各种辅助装置所需能源的动力电源，一

般为12V或24V的直流低压电源，其作用是给动力转向、制动力调节控制、

照明、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。

电池单体是构成动力电池模块的最小单元，一般由正极、负极、电解质及

外壳等构成,实现电能与化学能之间的直接转换。

电池模块是一组并联的电池单体的组合，该组合的额定电压与电池单体的

额定电压相等，是电池单体在物理结构和电路上连接起来的最小分组，可作为

一个单元替换。

动力电池系统则是由多个电池模块或单体电芯串联组成的一个组合体。

2.动力电池系统的工作原理

动力电池系统使用可靠的高后接插件与高压控制盒相连，输出的直流电由

电动机控制器转变为三相脉冲高区电，驱动电动机工作；系统内的BMS实时

采集各电芯的电压、各传感器的温度值、电池系统的总电压值和总电流值等数

据，实时监控动力电池的工作状态，并通过CAN线与ECU或充电机进行通信,

对动力电池系统充放电等进行综合管理。动力电池系统放置在一个密封并且屏

蔽的动力电池箱内。

13.4电动汽车蓄电池的种类及特点

目前，在电动汽车上使用的蓄电池主要是铅酸电池、银氢电池和锂离子电

池，如丰田和本田电动汽车使用银氢电池，日产电动;气车使用锂离子电池，克

莱斯勒电动汽车使用铅酸电池。

蓄电池以"电"的汉语饼音"D"表示，阀控式密封铅酸蓄电池以"M"

表示，免维护铅酸蓄电池以"W"表示。如6DM55,表示单体电池为6只、

额定容量为55Ah的电动车辆用阀控式密封铅酸蓄电池。

1铅酸蓄电池

铅酸蓄电池是指正极活性物质使用二氧化铅，负极活性物质使用海绵状

铅，并以硫酸溶液为电解液的蓄电池。铅酸蓄电池主要用在低速电动汽车上。

2.锂离子电池

锂离子电池与其他蓄电池比较，具有电压高、质量能量密度高、充放电寿

命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽、安全

可靠和能够制造成任意形状等优点。相比于银氢电池，新能源汽车采用锂离子

电池，可使电池组的质量下降40%~50%,体积减小20%~30%,能源效率也

有一定程度的提高。所以锂离子电池是当今各国能量存储技术研究的热点，成

为新能源汽车动力电池的首选，其应用主要集中在大容量、长寿命和安全性三

个方面。

3.银氢电池

银氢电池具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污

染、耐过充过放、无记忆效应、使用温度范围宽、安全可靠等特点，被誉为“绿

色电源"。

镇氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池。它的正极活性物质

主要由镁制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成，是一种碱性蓄电池。目前

银氢电池主要应用于混合电动汽车。大功率的银氢电池也使用在纯电动汽车

中，有的使用了特别的充放电程序，使电池充放电寿命足够车辆使用十年。

4汽车蓄电池的组成

汽车蓄电池主要包含以下几个基本组成部分：

(1)电极(Plate):它是蓄电池的核心部分，它由活性物质和导电骨

架组成活性物质是指正极(PositivePlate)、负极(NegativePlate)中参

加成流反应的物质，是化学电源产生电能的源泉，也是决定化学电源基本特性

的重要部分。

(2)电解质(Electrolyte):蓄电池的主要组成之一，在电池内部担负

着传递正负极之间电荷的作用。

(3)隔膜(Spacer):也叫隔离物，位于蓄电池的正负极之间，作用是

防止正负极活性物质直接接触,造成电池内部短路。

(4)外壳(Container):它是电池的容器，对于电池外壳要求有良好

的机械强度、耐震动、耐冲击、耐高低温的变化及耐电解液的腐蚀。

5.汽车蓄电池的充放电过程

(1)蓄电池充电过程

(2)蓄电池放电过程

1.3.5电池管理系统(BMS)

1.电池管理系统(BMS)概述

汽车蓄电池系统是用来给电动汽车的驱动提供能量的一种能量储存装置，

由一个或多个电池包以及电池管理(控制)系统组成。作为电动汽车的动力来

源或动力来源之一，动力蓄电池系统通常由电芯(Cell)、电池管理系统BMS)、

冷却系统(CoolingSystem)、线束(Harness)、外壳(Housing)、结构

件(StructuralParts)等相关组件构成。

电池管理系统(BMS)是电池保护和管理的核心部件，在汽车蓄电池系统

中，它的作用就相当于人的大脑。它不仅要保证电池安全可靠地使用，而且要

充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和整车控制器以及驾独者沟通

的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并通过CAN线与VCU上

报动力电池系统的基本参数及故障信息。

电池管理系统(BMS)的主要工作过程可简单归纳为：数据采集电路首先

采集电池状态信息数据，再由电子控制单元(ECU)进行数据处理和分析,然

后根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，并向外界传递信息，

如图1-38所示。

(a)原理图

2.电池管理系统(BMS)的组成

电池管理系统(BMS)一般包括电池管理子系统、电压平衡控制子系统、

热管理子系统和安全防护子系统四个子系统。电池管理系统展开图如图1-39

标

3.电池管理系统(BMS)的功能

4.电池管理系统的要求

QC/T897-2011《电动汽车用电池管理系统技术条件》中规定了电池管

理系统的一般要求和技术要求。

1.3.6动力电池的故障检测

动力电池高压母线连接出现故障，此故障的报出系统BMS检测不到高低

压互锁信号所致，所以排查步骤如下：

(1)用万用表测量线束端的12V是否导通，若导通则进入下一步；

(2)检查MSD是否松动，重新插拔后若问题依然存在，则进入下一步；

(3)插拔高压线束，看是否存在接触不良问题，若问题依然存在，则需

联系电池工程师专业人员进行检测维修。

根据统计,此故障除了软件的误报之外，MSD没插到位引起的故障占到

70%,高压线束端问题占到20%,电池内部线束连接出现问题的概率很小。

故障说明：无论电池自身还是电池外电路的高压回路上存在绝缘故障，电

池都会上报，直接导致高压断开，在排查时要先断开动力电池，然后用摇表依

次测量各部件的绝缘值。

优先排直流程：高压盒一电机控制器T空调压缩机-PTC。

1.教师总结约

2.课后练习题30

钟

新能源汽车充电系统原理与检修

教案

课程信息

《新能源汽车充电系统原理

课程名称授课专业新能源，黄技术

与检修》

必修课公共课（）；专业基础课（）；专业课（V）；

课程类型

选修课限选课（）；任选课（）；专业拓展课（）

讲授（）；实践课（）；

授课方式考核方式考试（）；考查（V）

其它（V）

课程教学

32学时学分数2学分

总学瞰

学时分配理论课32时，实践课

新能源汽车充电系刘祖其西安电子科技

教材名称作者出版社

统原理与检修[M]王跃进大学出版社

978-7-5606-出版

书号

6545-0/U时间2022.08

新能源汽车充电系统原理与检

班级课程名称

修

授课教师授课课时2

学习课题新能源汽车检修的高压安全防护

(1)熟悉新能源汽车的高压电特性及其危害性；

(2)熟悉电动汽车高压部件的名称、车上安装位置；

教学基本

(3)掌握纯电动汽车维护的安装操作要求。

要求

(4)掌握电动汽车维护保养常规设备的使用和维护方法；

(5)掌握电动汽车维护保养检测设备的使用和维护方法。

掌握纯电动汽车维护的安装操作要求；掌握电动;气车维护保养常

教学重点、

规设备的使用和维护方法；掌握电动汽车维护保养检测设备的使

难点

用和维护方法。

教学方法、手

案例导入法、讲授法、小组讨论法

段

教学过程设计导入——专题讲解——问题分析讨论——练习——归纳总结

参考案例来自教材、相关参考书

教具、教材教学课件PPT、教学录像片

教师学期授课教案

时

教

间

学

分

方

授课提纲及重难点分析配

法

及

设

旁

计

注

2.1新能源汽车高压电的危害与防护

2.1.1高压电对检修人员的危害

1、电压等级划分

电压等级一般划分为以下五类：

(1)安全电压(通常36V以下)：我国国家标准规定常用安全电压为

42V、36V、24V、12V、6V五和。

(2)低压(又分220V和380V):对地电压在1000V以下。

(3)高压(10~220kV):1000V以上的电力输变电电压。

)超高压:

(4300-750kV.约

(5)特高压：交流lOOOkV以上，直流800kV以上。

2、新能源汽车的安全电压70m

安全电压是指不会使人直接致死或致残的电压。国家市场监督管理总局、

国家标准化管理委员会2020年5月12日发布了《电动汽车安全要求in

GB18384-2020),自2021年1月1日起施行。

根据最大工作电压，将电气元件或电路分为A级和B级，A级为安全电

压等级，B级对人体会产生伤害，如表2-1所示。

*2-1安全电压等级

最大工作电压

安全电压级别

交流

A0VU<600VUW30

B60<(/<150030<U<1000

对于相互传导连接的A级电区电路和B级电压电路，若电路中直流带电

部件的一极与电平台相连，且其他任一带电部分与这一极的最大电压值不大

于30V（交流电有效值）且不大于60V（直流电），则该传导连接电路不完

全属于B级电压电路，只有以B级电压运行的部分才被认定为B级电压电路。

3、新能源汽车电压类型

纯电动汽车和混动汽车的高区系统均同时具有直流高压和交流高压两种

电压类型。

大多数电动汽车为便于与市电电压相接，逆变器与驱动电动机之间的电

压多为300~350V,比亚迪新能源汽车为600V。电动汽车有高压电，这是

相对安全电压来说的。新能源汽车的充电电压为220V交流电，因此，电动

汽车在维修前要切断高压电源。

4、高压电的危害

在电网中，一直认为36V是一个人体安全电压。实际上在高电压的新能

源汽车中，这个电压值并不是科学的。因人体的电阻值存在个体的差异性，

人所处的工作环境也会导致人体的电阻值发生变化，在潮湿的夏天和干燥的

冬天，人体表现的电阻值就不一样，环境越潮湿，人体的电阻值就会越小。

需要注意的是每个人对电流流过身体的反应也不一样,有一部分人可能能够

承受较大的电流。

1）电击伤

2）电烧伤

3）电化学伤害

4）人体安全电压

2.1.2新能源汽车高压电标识及高压部件识别

1、新能源汽车高压电标识

新能源汽车的电压从200V到600V不等，甚至高达800V.新能源汽车

上与橙色线束连接的部件就是高后部件，主要有动力电池组、驱动电机、电

机控制器、DC/DC转换器、高压配电箱、电动空调、PTC加热器、车载充电

系统、非车载充电系统等。

从直流高压输出、变频器连接到电机的线路，都采用高压导线，绝缘性

很高，均以橙色表示，在养护、维修时有风险，应注意安全防护，断电lOmin