模塊八特斯拉純電動(dòng)汽車的工作原理與故障診斷

1、整理課件1知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo) 1.了解特斯拉純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2.理解特斯拉純電動(dòng)汽車的故障診斷方法。能力目標(biāo)能力目標(biāo) 1.能在現(xiàn)場(chǎng)掌握特斯拉純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)及工作原理。 2.能在現(xiàn)場(chǎng)掌握特斯拉純電動(dòng)汽車故障的診斷方法。模塊八特斯拉純電動(dòng)汽車的工作原理與故障診斷整理課件2內(nèi)容：內(nèi)容： 一、特斯拉純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的組成及運(yùn)行 二、特斯拉純電動(dòng)汽車高壓電池系統(tǒng)故障診斷 三、特斯拉純電動(dòng)汽車行駛不正常故障診斷 四、特斯拉純電動(dòng)汽車其他故障診斷整理課件3 為解決日益突出的環(huán)境問(wèn)題，很多傳統(tǒng)車企都在盡其所能地改進(jìn)技術(shù)，一方面繼續(xù)改進(jìn)傳統(tǒng)燃油汽車的各項(xiàng)技術(shù)，力爭(zhēng)提高燃油燃燒效率，減少有害物質(zhì)排

2、放；另一方面，大力發(fā)展新能源汽車，包括采用純電驅(qū)動(dòng)的汽車、混合使用多種不同種類能源的汽車等。 特斯拉是一家成立于2003年、總部位于美國(guó)硅谷的電動(dòng)車公司，主營(yíng)業(yè)務(wù)為純電動(dòng)汽車。與傳統(tǒng)車企不同的是，在特斯拉成立之前，人們所面臨的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)十分嚴(yán)峻，因而，特斯拉成立之時(shí)就已經(jīng)將環(huán)保理念融入品牌之中。自2008年發(fā)布第一款兩門運(yùn)動(dòng)型跑車Roadster之后，特斯拉已經(jīng)陸續(xù)發(fā)布了Model S、Model X和Model 3等多款車型，續(xù)航里程不斷增加。 下面以型號(hào)為Model S，電池電量為85 kWh的特斯拉純電動(dòng)汽車為例，詳細(xì)介紹特斯拉純電動(dòng)汽車。 整理課件4一、特斯拉純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的組成

3、及運(yùn)行一、特斯拉純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的組成及運(yùn)行 作為純電動(dòng)汽車，特斯拉的整車可以分為電池、動(dòng)力總成（電機(jī)）和電控系統(tǒng)3個(gè)主要部分。圖8-1所示為特斯拉整車分解示意圖。 高壓電池作為整車的能量來(lái)源，安裝于車身底部，負(fù)責(zé)能量的輸出和儲(chǔ)存。由于電池本身質(zhì)量較大，因而可以顯著降低整車的重心，增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性。 驅(qū)動(dòng)單元包括三相交流感應(yīng)電機(jī)、單級(jí)變速箱、逆變器。其中電機(jī)作為整車的動(dòng)力來(lái)源，安裝于車輛的后懸掛上，為車輛的行駛提供動(dòng)力；單級(jí)變速箱將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)軸；逆變器可以使電流在直流和交流之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而滿足不同用電器的需求。整理課件5圖8-1 特斯拉整車分解示意圖1車身； 2前懸掛； 3驅(qū)動(dòng)電

4、機(jī)； 4空氣彈簧； 5后懸掛； 6電池包整理課件6 1.高壓電池高壓電池 1）特斯拉電池的優(yōu)點(diǎn) 純電動(dòng)汽車使用的電池多為鋰電池，使用較為主流的有圓柱形的三元鋰電池和方形的磷酸鐵鋰電池。 特斯拉使用的是18650三元鋰電池。其中，18650是型號(hào)，18表示直徑為18 mm，65表示高度為65 mm，0表示為圓柱形電池。盡管特斯拉使用的18650鋰電池有諸多不足，但特斯拉仍然采用了這種電池，其理由如下： （1）成熟的工藝。此類電池作為消費(fèi)級(jí)的產(chǎn)品已經(jīng)有了15年的使用經(jīng)驗(yàn)，這種先進(jìn)技術(shù)的積累能夠滿足汽車電池領(lǐng)域中的使用，可以推動(dòng)需求、提高能量密度以及降低成本。松下的電池技術(shù)領(lǐng)先全球，其生產(chǎn)規(guī)模也是首

5、屈一指的，產(chǎn)品缺陷率控制得較好。整理課件7 （2）較高的性價(jià)比。18650電池有大量的生產(chǎn)商，加之特斯拉對(duì)該電池的大量需求，使其對(duì)電池生產(chǎn)廠商有較強(qiáng)的議價(jià)能力，在同等性能下能夠較好地控制成本。 （3）可控的安全性能。電池單體的尺寸較小，一方面每節(jié)單體能量可控，另一方面很多節(jié)電池之間的關(guān)系都是并聯(lián)的，因而個(gè)別電池單體出了問(wèn)題不會(huì)影響到其他電池單體，可以減弱故障可能帶來(lái)的影響。相比而言，使用方形大容量電池的車輛，其電池單體之間往往都是串聯(lián)關(guān)系，因而如果某一節(jié)單體出現(xiàn)了問(wèn)題，就會(huì)影響到整個(gè)電池包，從而給整車的運(yùn)行帶來(lái)較嚴(yán)重的影響。整理課件8 2）電池的性能 特斯拉公司是使用圓柱形三元鋰電池的代表，使

6、用由7 000節(jié)左右的電池單體組成的電池包，該電池組的基本參數(shù)見(jiàn)表8-1。車型Model S動(dòng)力電池包電壓356.4V動(dòng)力電池包總電量85Wh動(dòng)力電池包總質(zhì)量544kg普通充電時(shí)間10.5h快速充電時(shí)間4.5h能量密度156Wh/kg表8-1特斯拉高壓電池組的基本參數(shù)整理課件9 特斯拉完整的電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖8-2所示，可以看出，其電池排列得非常緊密，這有利于加大空間利用率。圖8-2 特斯拉完整的電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)物圖整理課件10 特斯拉電池單體如圖8-3所示，目前使用的型號(hào)主要為18650鋰電池，平均電壓約3.6 V，由日本松下公司生產(chǎn)，其正極材料為鈷酸鋰，負(fù)極材料為金屬鋰，具有良好的一

7、致性。 特斯拉電池磚由77個(gè)單體通過(guò)并聯(lián)組成，每個(gè)電池磚對(duì)外輸出電壓為3.6 V。 特斯拉電池模塊如圖8-4所示，9個(gè)電池磚通過(guò)串聯(lián)組成了電池模塊，其對(duì)外輸出電壓為3.69=32.4 V。 特斯拉電池包如圖8-5所示，11個(gè)電池模塊通過(guò)串聯(lián)組成了整個(gè)高壓電池包，其對(duì)外輸出的電壓約為32.411=356.4 V。 在特斯拉高壓電池包的組裝形式里，串聯(lián)提高了電池的電壓，并聯(lián)提高了電池的容量。特斯拉通過(guò)特定的組裝形式，使電池組達(dá)到最終所需的電壓和容量。整理課件11圖8-3 特斯拉電池單體圖8-5 特斯拉電池包圖8-4 特斯拉電池模塊整理課件12 3）電池安全性 電池排列緊湊雖然可以最大化減少空間占用

8、，然而，這也給如何為數(shù)量巨大的電池提供有效的保護(hù)措施，為排列緊密的電池提供良好的散熱提出了更高的要求。 由于電池的高容量及電池材料鈷酸鋰自身特性的限制，其高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性較差，尤其在受到劇烈震動(dòng)或強(qiáng)烈撞擊時(shí)，很可能起火燃燒甚至發(fā)生爆炸，事實(shí)上，目前已經(jīng)有了類似案例。因此，特斯拉采用多種措施保證電池足夠安全。整理課件13 （1）豐富的保險(xiǎn)措施。在特斯拉的電池包中，每節(jié)18650電池的正負(fù)兩極均裝有保險(xiǎn)絲，由電池單體組成的每?jī)蓚€(gè)電池磚之間均裝有保險(xiǎn)裝置，由電池磚組成的每?jī)蓚€(gè)電池片之間也裝有保險(xiǎn)裝置，整個(gè)電池包的輸入和輸出端還安裝有總保險(xiǎn)絲，這些保險(xiǎn)裝置能在單元出現(xiàn)過(guò)熱或通過(guò)的電流過(guò)大時(shí)自行熔斷，

9、避免某單元出現(xiàn)的問(wèn)題影響整個(gè)電池包的安全。除此之外，電池包內(nèi)部還使用大量的絕緣防護(hù)，防止電池受到?jīng)_擊，產(chǎn)生短路引發(fā)危險(xiǎn)。 （2）加強(qiáng)對(duì)電池參數(shù)的監(jiān)控。對(duì)整個(gè)電池包進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，保證電池包各項(xiàng)參數(shù)的正常，對(duì)保證電池的安全有十分重要的意義。特斯拉在每個(gè)電池模塊中均加入了電流監(jiān)控裝置，通過(guò)該裝置來(lái)監(jiān)控電池模塊中每個(gè)電池磚的狀態(tài)。這一裝置不僅僅監(jiān)測(cè)電流，還可以監(jiān)測(cè)電池的電壓、工作溫度、每個(gè)電池磚的相對(duì)位置等。除此之外，安裝在電池包中的BMS可以對(duì)整個(gè)電池包的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)意外情況時(shí)，可以及時(shí)做出相應(yīng)的操作。整理課件14 （3）增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)保護(hù)。為保證電池不受直接撞擊，所有的電池，包括導(dǎo)線、管路及控

10、制系統(tǒng)等全部被厚重的金屬外殼包裹，外殼兩側(cè)還安裝有加強(qiáng)筋和框架。在電池包的內(nèi)部，每個(gè)電池模塊都有纖維板保護(hù)，每?jī)蓚€(gè)電池模塊之間有金屬梁隔開(kāi)，可避免電池與電池之間直接碰撞。每?jī)蓚€(gè)電池模塊之間還有防火墻，防止某個(gè)電池模塊起火后，火勢(shì)蔓延到其他模塊。 （4）良好的散熱措施。一方面，與方形電池不同，特斯拉所采用的18650電池單體本身的圓柱形增加了單體之間的空隙，因而其散熱性能更好，溫度更加均勻；另一方面，電池模塊與模塊之間的隔離板內(nèi)部充有乙二醇水溶液，該溶液既可以處于靜止?fàn)顟B(tài)，又可以處于流動(dòng)狀態(tài)，可以有效地帶走熱量。整理課件15 （5）加強(qiáng)的車身結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，特斯拉純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

11、沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器以及多種連接裝置，因而車身下有較大空間。在這些空間里，可以通過(guò)加裝加強(qiáng)筋等方式增加車輛在受到撞擊時(shí)的潰縮距離，從而更好地吸收撞擊能量，防止電池受到巨大的沖擊。 （6）良好的乘員保護(hù)措施。一方面，特斯拉在電池包和駕駛艙之間安裝有防火墻，在電池起火時(shí)，延緩火勢(shì)蔓延到駕駛艙的速度，從而增加乘員逃生時(shí)間；另一方面，特斯拉的安全監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池包的安全狀況，當(dāng)電池包出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問(wèn)題時(shí)，警報(bào)系統(tǒng)可以及時(shí)采用各種形式的信息將警報(bào)信息告知乘員，讓乘員及時(shí)遠(yuǎn)離車輛，保證安全。整理課件16 2.動(dòng)力總成動(dòng)力總成 1）概述 動(dòng)力總成由3個(gè)部分組成，分別為三相交流感應(yīng)電機(jī)、單級(jí)變速箱、逆變

12、器。這3個(gè)部分組成了一個(gè)不可拆分的整體，其形態(tài)如圖8-6所示。 （1）三相交流感應(yīng)電機(jī)。與普通燃油汽車不同，為純電動(dòng)汽車提供動(dòng)力的裝置是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它的性能決定了汽車行駛過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)。特斯拉使用的電機(jī)并非通常電動(dòng)汽車使用的永磁同步電機(jī)，而是三相感應(yīng)交流異步電機(jī)。圖8-7所示為特斯拉使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。整理課件17圖8-6 特斯拉動(dòng)力總成1三相交流感應(yīng)電機(jī)； 2逆變器； 3單級(jí)變速箱圖8-7 特斯拉使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)整理課件18 傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)使用的轉(zhuǎn)子是永磁體，在工作時(shí)，定子產(chǎn)生一定頻率的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，輸出電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是相同的。而交流異步電

13、機(jī)的轉(zhuǎn)子是沒(méi)有磁性的，在定子產(chǎn)生磁場(chǎng)的時(shí)候，轉(zhuǎn)子的繞組在運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，并在磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比定子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速慢。如圖8-8所示為三相感應(yīng)交流異步電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)。圖8-8 三相感應(yīng)交流異步電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)整理課件19 三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)形式分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線轉(zhuǎn)子兩種，特斯拉使用的就是籠型轉(zhuǎn)子的?；\型轉(zhuǎn)子繞組的形狀很像一個(gè)鼠籠（見(jiàn)圖8-9），這個(gè)鼠籠是鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心里的（見(jiàn)圖8-10）。為兼顧導(dǎo)電性與經(jīng)濟(jì)性，鼠籠通常是銅質(zhì)的，是由多條銅條與兩個(gè)銅端環(huán)組成，銅條和銅端環(huán)之間有良好的電連接。圖8-9 籠型電機(jī)的鼠籠圖8-10 籠型電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子整理課件20 當(dāng)鼠籠放在有旋轉(zhuǎn)

14、磁場(chǎng)的定子鐵心中間時(shí)，通有三相交流電的定子鐵心會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，鼠籠的銅條會(huì)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，通有電流的銅條會(huì)在安培力的作用下旋轉(zhuǎn)起來(lái)。由于鼠籠是鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心里的，鼠籠的旋轉(zhuǎn)就會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子鐵心的旋轉(zhuǎn)，從而向外輸出功率。 相比于永磁同步電機(jī)，異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，但其調(diào)速性能較差，速度控制不如同步電機(jī)精確。好在隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，異步電機(jī)的這些不足已經(jīng)能夠克服，不僅如此，異步電機(jī)還有很多同步電機(jī)不及的優(yōu)點(diǎn)。整理課件21 能耐受大幅的溫度變化。永磁同步電機(jī)中的磁鐵通常都是硅鋼片經(jīng)過(guò)磁化之后得來(lái)的，其磁性來(lái)源于內(nèi)部大量有序排列的“元磁體”。當(dāng)磁鐵處于高溫狀態(tài)

15、下時(shí)，硅鋼片的分子將劇烈運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞永磁體中“元磁體”的有序性，從而減弱或破壞永磁體的磁性。 而異步電機(jī)不需要任何具有磁性的物質(zhì)，其磁場(chǎng)伴隨交流電的產(chǎn)生與消失，因而其耐溫性比永磁同步電機(jī)更好。 扭矩調(diào)整范圍大。永磁同步電機(jī)由于自身特性的原因，調(diào)速范圍較窄，其高速運(yùn)行狀態(tài)難以達(dá)到純電動(dòng)汽車的要求，因而往往需要加裝變速箱。事實(shí)上，在第一代的特斯拉Roadster中，也采用了較低功率的異步電機(jī)結(jié)合變速箱的形式，只是后來(lái)采用了更高功率的異步電機(jī)后，電機(jī)的調(diào)速范圍才可以大范圍調(diào)整，扭矩的調(diào)整范圍也隨之增大，也就無(wú)須加裝變速箱與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)了。整理課件22 體積小、質(zhì)量輕。由于對(duì)溫度的耐受性較好，異步

16、電機(jī)不需要安裝很強(qiáng)勁的冷卻裝置。除此之外，特斯拉所采用的三相交流異步電機(jī)具有非常寬的調(diào)速范圍，不需要加裝變速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，就可以直接與驅(qū)動(dòng)橋相連，整車結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。正因?yàn)橛幸陨蟽牲c(diǎn)，再加上特殊的優(yōu)化方式，特斯拉所使用的動(dòng)力機(jī)構(gòu)體積小（只有一個(gè)西瓜的大?。?、質(zhì)量輕（僅為52 kg），具有極高的功率密度。整理課件23 （2）單級(jí)變速箱。通常，由于受到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，在驅(qū)動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)軸之間都需要連接一個(gè)變速器，該裝置通過(guò)增加電機(jī)的輸出扭矩降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)一方面可以繼續(xù)加大轉(zhuǎn)速，另一方面可以輸出更大的扭矩，從而適應(yīng)電動(dòng)汽車的高速行駛。 由于特斯拉Model S使用的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍很寬，其最高轉(zhuǎn)

17、速可達(dá)15 000 r/min，已經(jīng)可以適應(yīng)高速行駛的要求，因而無(wú)須使用多級(jí)變速箱，但是由于機(jī)構(gòu)連接的關(guān)系，特斯拉使用了單級(jí)減速箱，與通常車輛上的主減速齒輪類似，該部件僅僅將電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，將電動(dòng)機(jī)輸出扭矩增大，并傳輸?shù)津?qū)動(dòng)軸，并完成左右車輪的差速，沒(méi)有變速作用。整理課件24 （3）逆變器。純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用的是三相交流電，而蓄電池輸出輸入的為直流電，兩者不能通用。如何讓兩者之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，是所有純電動(dòng)汽車都需要面對(duì)的問(wèn)題。 逆變器就是為了實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)的。車輛行駛時(shí)，直流電從蓄電池輸出，逆變器將直流電根據(jù)駕駛員的駕駛意圖轉(zhuǎn)換成了具有一定頻率和強(qiáng)度的三相交流電，并輸送到驅(qū)動(dòng)電

18、機(jī)。汽車在進(jìn)行能量回收時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)過(guò)逆變器之后，轉(zhuǎn)換為一定電壓的直流電，輸入蓄電池。整理課件25 特斯拉使用的逆變器的供應(yīng)商是已被英飛凌科技公司收購(gòu)的美國(guó)國(guó)際整流器公司（International Rectifier），其峰值功率可達(dá)320 kW，最大可承受1 500 A的電流，具有很強(qiáng)的性能，其主要功能由功率電子模塊（EPM）完成。該功率電子模塊上有72個(gè)絕緣柵雙極晶體管（IGBT），這些晶體管將電機(jī)發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，控制著電池包的充放電速率。除此之外，功率電子模塊還控制著電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及再生制動(dòng)系統(tǒng)，而這是電機(jī)控制器的主要職能。 綜上所述，特斯拉

19、的逆變器除了具有基本的交流電與直流電之間的轉(zhuǎn)換功能之外，還行使了電機(jī)控制器的職能，集成度非常高。整理課件26 3.電控部分電控部分 純電動(dòng)汽車的電控部分是整車的神經(jīng)中樞，其性能的好壞決定了整車整體性能的優(yōu)劣，與電動(dòng)汽車爬坡、加速、續(xù)航等指標(biāo)息息相關(guān)。這些電控部分通常有電池管理系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器以及充電系統(tǒng)等。 1）電池管理系統(tǒng) （1）管理層級(jí)。為解決該類型電池的固有問(wèn)題，特斯拉采用先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行管理。 電池管理系統(tǒng)（battery management system，BMS），顧名思義，其在純電動(dòng)汽車上的作用主要是對(duì)電池進(jìn)行管理。電池管理系統(tǒng)一方面控制著電流的輸入和輸出，這主

20、要是通過(guò)控制接觸器的通斷完成的；另一方面對(duì)電池的狀況進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控的參數(shù)有電流、電壓、溫度3個(gè)，目的是監(jiān)測(cè)電池當(dāng)前的技術(shù)狀況，并能夠及時(shí)根據(jù)電池狀況做出相應(yīng)的處理。整理課件27 特斯拉的電池管理方式比較特殊，從整體上看，它采用了三層管理的模式。 從整車的角度說(shuō)，其整車監(jiān)控器（vehicle system monitor,VSM）可以對(duì)整個(gè)BMS進(jìn)行監(jiān)控，針對(duì)BMS的各項(xiàng)監(jiān)控參數(shù)判斷電池系統(tǒng)的狀態(tài)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。整理課件28 VSM的下一級(jí)即為BMS，特斯拉的BMS采用的是主從模式，由主控制器電池系統(tǒng)監(jiān)控（battery management unit，BMU）和從控制器電池監(jiān)控板（b

21、attery monitor board，BMB）構(gòu)成。其中，BMS安裝在電池包中，接收每個(gè)BMB報(bào)告的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)電池包的狀況，其監(jiān)控的數(shù)據(jù)包括但不限于電池包的電流、電壓、溫度、相對(duì)位置及煙霧等。其中相對(duì)位置的檢測(cè)可以判斷電池當(dāng)前所在位置是否正常，防止相對(duì)位置變動(dòng)過(guò)大（如發(fā)生嚴(yán)重撞擊）產(chǎn)生危險(xiǎn)，煙霧檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，在起火初期發(fā)出預(yù)警，有利于駕乘人員及時(shí)逃離，保障生命安全。BMB在邏輯上屬于BMS的下一級(jí)，安裝在電池模塊里，每一個(gè)BMB監(jiān)控一個(gè)電池模塊內(nèi)的9個(gè)電池磚的一些特性，如每個(gè)電池磚的電壓、溫度及每個(gè)模塊的輸出電壓，保證每一個(gè)電池磚的參數(shù)都在正常的工作范圍之內(nèi)。整理課件29

22、 （2）溫控管理。對(duì)于純電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，保持電池正常的工作溫度是非常重要的，因?yàn)椴徽摐囟冗^(guò)高或過(guò)低，都會(huì)極大地影響電池的各項(xiàng)性能，這不但與駕駛體驗(yàn)有關(guān)，還與駕乘人員的生命安全息息相關(guān)。 一方面，環(huán)境溫度過(guò)低會(huì)使鋰蓄電池的放電效率降低。純電動(dòng)汽車在冬季不易起動(dòng)，且續(xù)航里程不如夏季，就是因?yàn)檫^(guò)低的溫度限制了鋰電池化學(xué)反應(yīng)的速度和深度，降低了鋰電池的放電效率；另一方面，環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)使鋰電池的放電效率提高，適度提高放電效應(yīng)可以顯著增強(qiáng)汽車的各項(xiàng)行駛性能，但是，放電效應(yīng)的過(guò)度提高很可能會(huì)適得其反。如前所述，特斯拉使用的18650電池的穩(wěn)定性較差，過(guò)高的溫度和過(guò)于猛烈的撞擊，均有可能使18650起火燃燒甚

23、至爆炸。整理課件30 因而，如何保證鋰電池時(shí)刻處在合適的工作溫度范圍內(nèi)是特斯拉需要面對(duì)的嚴(yán)肅問(wèn)題。在所有的技術(shù)創(chuàng)新中，與電池相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新是特斯拉最引以為傲的。在特斯拉申請(qǐng)的專利中，很多專利都與電池冷卻系統(tǒng)、安全系統(tǒng)與電荷平衡系統(tǒng)相關(guān)，可以看出特斯拉對(duì)電池的安全是十分重視的。 在電池溫度監(jiān)控方面，特斯拉的每一節(jié)電池都安裝有熱敏電阻，當(dāng)某個(gè)電池單體的溫度超過(guò)限制時(shí)，熱敏電阻將向電池管理系統(tǒng)發(fā)送電信號(hào)，從而啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度，保障電池的正常運(yùn)行。整理課件31 在冷卻措施上，特斯拉自主研發(fā)了雙模式冷卻系統(tǒng)，稱為機(jī)體液體冷凝系統(tǒng)，使用的冷卻液為乙二醇溶液。在鋰電池內(nèi)部，注入乙二醇溶液的導(dǎo)熱鋁管呈

24、S形環(huán)繞，其左右兩側(cè)還安裝有兩個(gè)金屬接頭，使乙二醇溶液可以在鋁管內(nèi)循環(huán)往復(fù)，不斷把電池組產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出。 特斯拉使用的冷卻系統(tǒng)分為兩層冷卻回路：第一層冷卻回路連接了控?zé)嵯到y(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、散熱部件以及電池組熱管理系統(tǒng)，其散熱管路布滿電池的底部，通過(guò)這一回路可以及時(shí)帶走電池組產(chǎn)生的熱量，防止電池的溫度超過(guò)其安全限定值；第二層冷卻回路與第一層冷卻回路是并列的，可以保證電池組冷卻系統(tǒng)的獨(dú)立性。 特斯拉所采用的這些冷卻措施可以將每個(gè)電池單體的溫度差異控制在2 以內(nèi)，從而保證電池具有較好的一致性。整理課件32 2）DC/DC轉(zhuǎn)換器 純電動(dòng)汽車使用的直流電有高壓直流電和低壓直流電。其中，高壓直流電主要與蓄電池

25、相關(guān)，向蓄電池輸入或從蓄電池輸出；低壓電主要供給車輛的車載用電器使用，如控制臺(tái)、各個(gè)控制芯片、各類傳感器以及各類低壓用電器等。 DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠完成高壓直流電與低壓直流電之間的轉(zhuǎn)換，從而滿足各個(gè)電器設(shè)備的用電需求。 特斯拉的DC/DC轉(zhuǎn)換器將高壓電降為1216 V，除了保證12 V蓄電池具有足夠的電量之外，還給空調(diào)壓縮機(jī)、PTC座艙和PTC冷卻液加熱供電。整理課件33 3）充電系統(tǒng) 特斯拉Model S支持4種充電方式，其使用的充電設(shè)備分別為超級(jí)充電樁、專用充電墻、公共交流充電樁、普通家用插座。這4種充電設(shè)備在充電效率上各有不同，可以滿足在不同環(huán)境下的充電需求。 （1）超級(jí)充電樁。超級(jí)充電

26、樁是由特斯拉官方提供的，由特斯拉專門為自身品牌設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖8-11）。通過(guò)超級(jí)充電樁給特斯拉充電（簡(jiǎn)稱“超充”），可以達(dá)到最快的充電速度，這種充電方式為直流充電。整理課件34圖8-11 超級(jí)充電樁 當(dāng)充電槍與超級(jí)充電樁連接時(shí)，超級(jí)充電樁將與特斯拉純電動(dòng)汽車通信，確定當(dāng)前被充電車輛的型號(hào)，從而得到相應(yīng)的電池參數(shù)。接著，超級(jí)充電樁將輸出符合當(dāng)前充電車輛超充標(biāo)準(zhǔn)的電流，從而以最快的速度充電。通過(guò)這種方式，通常只需要20 min就可以充滿一半電量，40 min就可以充滿80%。 整理課件35 （2）專用充電墻。通過(guò)特斯拉專門為其產(chǎn)品配備的專用充電墻，可以以80 A的大電流為特斯拉充電，充電速度為每小時(shí)1

27、7.6 kWh，每小時(shí)充電量的續(xù)航里程可以達(dá)到80100 km，從沒(méi)電到完全充滿電需要5 h。在我國(guó)，這種方式需要專門申請(qǐng)80 A電表，并需要選配特斯拉的第二充電器，前期投入較大。 （3）公共交流充電樁。隨著純電動(dòng)汽車的保有量不斷上升，充電不方便的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。為滿足越來(lái)越多純電動(dòng)汽車的充電需求，國(guó)家電網(wǎng)在多地建立了公共交流充電樁，其標(biāo)準(zhǔn)為220 V/36 A。 用戶可購(gòu)買國(guó)家電網(wǎng)的專用充電樁電卡，通過(guò)特斯拉的轉(zhuǎn)接頭將充電樁與特斯拉純電動(dòng)汽車連接起來(lái)，即可每小時(shí)充電7.9 kWh，充滿電需要12 h左右。整理課件36 （4）普通家用插座。我國(guó)家用插座通常為220 V/10 A或220 V/16

28、 A，通過(guò)特斯拉配套的專用充電設(shè)備，即可通過(guò)家用插座給特斯拉充電。這種充電方式較慢，完全充滿電需要2540 h。 在以上所有充電過(guò)程中，一方面，用戶都可以通過(guò)車內(nèi)顯示屏清晰地看到當(dāng)前的充電狀況，可獲取的信息有充電量、充電剩余時(shí)間、充電電壓、最大充電電流等，充電接口還會(huì)通過(guò)不同顏色的指示燈表示當(dāng)前的充電狀態(tài)；另一方面，充電槍可以通過(guò)電池管理系統(tǒng)了解當(dāng)前被充電電池的狀態(tài)，如已充多少電、電池溫度等信息，使它可以根據(jù)電池的狀態(tài)調(diào)整充電的電壓、電流等參數(shù)，在保證安全的前提下為特斯拉充電。整理課件37二、特斯拉純電動(dòng)汽車高壓電池系統(tǒng)故障診斷二、特斯拉純電動(dòng)汽車高壓電池系統(tǒng)故障診斷 高壓電池包是特斯拉唯一的

29、能源儲(chǔ)備設(shè)備，特斯拉在運(yùn)行過(guò)程中的一切能源都需要高壓電池包提供，若高壓電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響車輛的體驗(yàn)，因而需要及時(shí)對(duì)特斯拉的高壓電池系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。 1.滿電狀態(tài)下續(xù)航里程偏低滿電狀態(tài)下續(xù)航里程偏低 1）故障可能的原因 （1）環(huán)境溫度過(guò)低。 （2）電池電量預(yù)估錯(cuò)誤。 （3）電池?fù)p耗較嚴(yán)重。整理課件38 2）故障分析 （1）環(huán)境溫度是影響電池放電能力的主要因素，過(guò)低的溫度會(huì)嚴(yán)重限制蓄電池的放電能力。 （2）純電動(dòng)汽車的電源管理系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前蓄電池所存儲(chǔ)的總電量和行駛單位里程所需電量這兩個(gè)參數(shù)計(jì)算車輛當(dāng)前狀態(tài)下的續(xù)航里程的。若電池管理系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)下電池電量的預(yù)估錯(cuò)誤，則系統(tǒng)將無(wú)法計(jì)算正

30、確的續(xù)航里程。 （3）鋰離子蓄電池的放電能力是與其損耗程度相關(guān)的，在充放電的循環(huán)次數(shù)不斷增加的過(guò)程中，鋰電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)原料不斷損耗，當(dāng)損耗較為嚴(yán)重的時(shí)候，電池的放電能力下降，造成滿電狀態(tài)下續(xù)航里程偏低。整理課件39 3）解決方法 （1）若環(huán)境溫度過(guò)低，可以在靜止?fàn)顟B(tài)下給車輛上電，車輛的溫度傳感器感知到過(guò)低溫度之后，將啟動(dòng)PTC加熱功能給電池加熱，或者可以正常行駛一段路程，在行駛的過(guò)程中，電池的溫度也會(huì)緩慢升高，當(dāng)電池溫度正常時(shí)，續(xù)航里程將恢復(fù)正常。若環(huán)境溫度正常，進(jìn)入第（2）步。 （2）重新起動(dòng)車輛，使車輛的管理系統(tǒng)對(duì)電池重新進(jìn)行檢測(cè)，再次觀察其顯示讀數(shù)是否正常，若仍然不正常，則需要檢查電

31、池管理系統(tǒng)的工作是否正常；若正常，進(jìn)入第（3）步。 （3）檢查電池組的損耗情況，若電池組損耗嚴(yán)重，則應(yīng)該對(duì)電池組進(jìn)行更換。整理課件40 2.無(wú)法充電無(wú)法充電 1）故障可能的原因 （1）充電接口松動(dòng)。 （2）充電槍故障。 （3）電控系統(tǒng)故障。 2）故障分析 （1）充電接口松動(dòng)造成充電器接觸不良，無(wú)法充電。 （2）接上充電接口之后，特斯拉的充電器先與電池管理系統(tǒng)通信，獲得充電參數(shù)之后再充電，若充電器發(fā)生故障，則無(wú)法產(chǎn)生通信，因而無(wú)法充電。 （3）與第（2）點(diǎn)類似，若電控系統(tǒng)發(fā)生故障，無(wú)法與充電器通信，或無(wú)法獲得電池的電量參數(shù)，則無(wú)法完成正常的充電操作。整理課件41 3）解決方法 （1）檢查充電接口

32、，若松動(dòng)則加固之；否則，進(jìn)入第（2）步。 （2）充電狀態(tài)下，觀察充電槍的充電狀態(tài)顯示，緊接著檢測(cè)充電槍，若有故障則修理或更換，若無(wú)故障，進(jìn)入第（3）步。 （3）檢測(cè)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常，如能否完成通信或正確獲得電池的電量參數(shù)，若功能不正常，則需要檢修或更換。整理課件42 3.電池過(guò)熱電池過(guò)熱 1）故障可能的原因 （1）車速持續(xù)過(guò)快。 （2）電池包內(nèi)部發(fā)生故障。 （3）散熱系統(tǒng)故障。 2）故障分析 （1）為使車輛具有較高速度，需要電池組大電流放電，而過(guò)大的電流會(huì)產(chǎn)生極多熱量，若車速持續(xù)處于過(guò)快的狀態(tài)，會(huì)使電流持續(xù)過(guò)大，產(chǎn)生來(lái)不及排出的過(guò)多熱量，造成電池過(guò)熱。 （2）散熱系統(tǒng)不能及時(shí)將電池產(chǎn)

33、生的熱量排出，使電池發(fā)生過(guò)熱的現(xiàn)象。 （3）電池包內(nèi)部的電池出現(xiàn)問(wèn)題，如發(fā)生短路等危險(xiǎn)情況，也會(huì)使電池出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象。整理課件43 3）解決方法 （1）適當(dāng)降低車速，若問(wèn)題仍然無(wú)法解決，轉(zhuǎn)向步驟（2）。 （2）可以通過(guò)測(cè)量散熱系統(tǒng)的溫度來(lái)判斷散熱系統(tǒng)是否正常，若散熱系統(tǒng)的溫度低于車輛行駛時(shí)所應(yīng)具有的溫度，則說(shuō)明散熱系統(tǒng)不正常，應(yīng)盡早維修。若散熱系統(tǒng)溫度正常，轉(zhuǎn)向步驟（3）。 （3）可以檢測(cè)電池包的溫度，若電池包溫度超過(guò)安全限度，則說(shuō)明出現(xiàn)電池包內(nèi)部的安全問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)維修或更換電池包。這種情況危險(xiǎn)性較大，電池包自身問(wèn)題產(chǎn)生大量的熱量無(wú)法排出，并且由于發(fā)生在電池包內(nèi)部，往往不易察覺(jué)。但也不必過(guò)于擔(dān)

34、心，特斯拉的監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)針對(duì)這種情況發(fā)出警報(bào)，電池包與駕駛艙之間還有隔熱墻隔離，這些措施都給乘員增加了逃生時(shí)間，盡可能保證乘員的安全。整理課件44三、特斯拉純電動(dòng)汽車行駛不正常故障診斷三、特斯拉純電動(dòng)汽車行駛不正常故障診斷 純電動(dòng)汽車的正常行駛離不開(kāi)動(dòng)力、電控等系統(tǒng)之間的協(xié)同合作，任何一個(gè)系統(tǒng)或部件出現(xiàn)問(wèn)題都有可能影響車輛的正常行駛。 1.車輛突然急加速車輛突然急加速 1）故障可能的原因 （1）整車控制器不正常。 （2）電機(jī)控制器不正常。 （3）駕駛員操作失誤。整理課件45 2）故障分析 （1）電機(jī)控制器是根據(jù)整車控制器發(fā)出的指令對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的，而整車控制器則通過(guò)綜合分析車輛各下級(jí)控制器的信息對(duì)電機(jī)控制器發(fā)出控制指令。若整車控制器發(fā)生異常，則有可能導(dǎo)致車輛突然急加速。 （2）電機(jī)控制器根據(jù)整車控制器發(fā)出的控制指令對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，若電機(jī)控制器產(chǎn)生異常，使逆變器突然產(chǎn)生大振幅、高頻率的三相交流電，則有可能導(dǎo)致車輛突然急加速。整理課件46 3）解決方法 （1）檢查整車控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)是否正常，若輸入信號(hào)不正常，則可能是下一級(jí)控制器故障，根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)查找，若輸出的控制信號(hào)不正常，則可能是整車控制器發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)維修或更換。若輸出的控制信號(hào)正常，轉(zhuǎn)向第（2）步。 （2）與（1）類似，在整車控制器的輸出控制信號(hào)正常的情況下，檢查