模塊八特斯拉純電動汽車的工作原理與故障診斷學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1模塊八特斯拉純電動汽車的工作原理與模塊八特斯拉純電動汽車的工作原理與故障診斷故障診斷第一頁，編輯于星期二：點 四十八分。內(nèi)容： 一、特斯拉純電動汽車動力系統(tǒng)的組成及運行 二、特斯拉純電動汽車高壓電池系統(tǒng)故障診斷 三、特斯拉純電動汽車行駛不正常故障診斷 四、特斯拉純電動汽車其他故障診斷第1頁/共54頁第二頁，編輯于星期二：點 四十八分。 為解決日益突出的環(huán)境問題，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)燃油汽車的各項技術(shù)，力爭提高燃油燃燒效率，減少有害物質(zhì)排放；另一方面，大力發(fā)展新能源汽車，包括采用純電驅(qū)動的汽車、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200

2、3年、總部位于美國硅谷的電動車公司，主營業(yè)務(wù)為純電動汽車。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)境問題已經(jīng)十分嚴(yán)峻，因而，特斯拉成立之時就已經(jīng)將環(huán)保理念融入品牌之中。自2008年發(fā)布第一款兩門運動型跑車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。 下面以型號為Model S，電池電量為85 kWh的特斯拉純電動汽車為例，詳細(xì)介紹特斯拉純電動汽車。 第2頁/共54頁第三頁，編輯于星期二：點 四十八分。一、特斯拉純電動汽車動力系統(tǒng)的組成及運行 作為純電動汽車，特斯拉的整車可以分為電池、動力總成（電機(jī)）和電控系統(tǒng)

3、3個主要部分。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源，安裝于車身底部，負(fù)責(zé)能量的輸出和儲存。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)動單元包括三相交流感應(yīng)電機(jī)、單級變速箱、逆變器。其中電機(jī)作為整車的動力來源，安裝于車輛的后懸掛上，為車輛的行駛提供動力；單級變速箱將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)津?qū)動軸；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。第3頁/共54頁第四頁，編輯于星期二：點 四十八分。圖8-1 特斯拉整車分解示意圖1車身； 2前懸掛； 3驅(qū)動電機(jī)； 4空氣彈簧； 5后懸掛； 6電池包第4頁/共54頁第五頁，編輯于星期

4、二：點 四十八分。 1.高壓電池 1）特斯拉電池的優(yōu)點 純電動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，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。此類電池作為消費級的產(chǎn)品已經(jīng)有了15年的使用經(jīng)驗，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)模也是首屈一指的，產(chǎn)品缺陷率控制得較好。第5頁/

5、共54頁第六頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （2）較高的性價比。18650電池有大量的生產(chǎn)商，加之特斯拉對該電池的大量需求，使其對電池生產(chǎn)廠商有較強(qiáng)的議價能力，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，因而個別電池單體出了問題不會影響到其他電池單體，可以減弱故障可能帶來的影響。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)了問題，就會影響到整個電池包，從而給整車的運行帶來較嚴(yán)重的影響。第6頁/共54頁第七頁，編輯于星期二：點 四十八分。 2）電池的性能

6、 特斯拉公司是使用圓柱形三元鋰電池的代表，使用由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)見表8-1。車型車型Model SModel S動力電池包電壓356.4V動力電池包總電量85Wh動力電池包總質(zhì)量544kg普通充電時間10.5h快速充電時間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)第7頁/共54頁第八頁，編輯于星期二：點 四十八分。 特斯拉完整的電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)實物圖如圖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)實物圖第8頁/共54頁第九頁，編輯于星期二：點 四十八分。 特斯拉電池單體如

7、圖8-3所示，目前使用的型號主要為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，具有良好的一致性。 特斯拉電池磚由77個單體通過并聯(lián)組成，每個電池磚對外輸出電壓為3.6 V。 特斯拉電池模塊如圖8-4所示，9個電池磚通過串聯(lián)組成了電池模塊，其對外輸出電壓為3.69=32.4 V。 特斯拉電池包如圖8-5所示，11個電池模塊通過串聯(lián)組成了整個高壓電池包，其對外輸出的電壓約為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。特斯拉通過特定的組裝形式，使電池組達(dá)到最終所需的電壓和容量。第9頁

8、/共54頁第十頁，編輯于星期二：點 四十八分。圖8-3 特斯拉電池單體圖8-5 特斯拉電池包圖8-4 特斯拉電池模塊第10頁/共54頁第十一頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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，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或強(qiáng)烈撞擊時，很可能起火燃燒甚至發(fā)生爆炸，事實上，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。第11頁/共54頁第十二頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （1

9、）豐富的保險措施。在特斯拉的電池包中，每節(jié)18650電池的正負(fù)兩極均裝有保險絲，由電池單體組成的每兩個電池磚之間均裝有保險裝置，由電池磚組成的每兩個電池片之間也裝有保險裝置，整個電池包的輸入和輸出端還安裝有總保險絲，這些保險裝置能在單元出現(xiàn)過熱或通過的電流過大時自行熔斷，避免某單元出現(xiàn)的問題影響整個電池包的安全。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。 （2）加強(qiáng)對電池參數(shù)的監(jiān)控。對整個電池包進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，保證電池包各項參數(shù)的正常，對保證電池的安全有十分重要的意義。特斯拉在每個電池模塊中均加入了電流監(jiān)控裝置，通過該裝置來監(jiān)控電池模塊中每個電池磚的狀態(tài)。這一

10、裝置不僅僅監(jiān)測電流，還可以監(jiān)測電池的電壓、工作溫度、每個電池磚的相對位置等。除此之外，安裝在電池包中的BMS可以對整個電池包的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)意外情況時，可以及時做出相應(yīng)的操作。第12頁/共54頁第十三頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （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，每個電池模塊都有纖維板保護(hù)，每兩個電池模塊之間有金屬梁隔開，可避免電池與電池之間直接碰撞。每兩個電池模塊之間還有防火墻，防止某個電池模塊起火后，火勢蔓延到其他模塊。 （4）良好的散熱措施。一方面，與方形電

11、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)，又可以處于流動狀態(tài)，可以有效地帶走熱量。第13頁/共54頁第十四頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （5）加強(qiáng)的車身結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，特斯拉純電動汽車結(jié)構(gòu)簡單，沒有發(fā)動機(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，可以通過加裝加強(qiáng)筋等方式增加車輛在受到撞擊時的潰縮距離，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

12、裝有防火墻，在電池起火時，延緩火勢蔓延到駕駛艙的速度，從而增加乘員逃生時間；另一方面，特斯拉的安全監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控電池包的安全狀況，當(dāng)電池包出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題時，警報系統(tǒng)可以及時采用各種形式的信息將警報信息告知乘員，讓乘員及時遠(yuǎn)離車輛，保證安全。第14頁/共54頁第十五頁，編輯于星期二：點 四十八分。 2.動力總成 1）概述 動力總成由3個部分組成，分別為三相交流感應(yīng)電機(jī)、單級變速箱、逆變器。這3個部分組成了一個不可拆分的整體，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，為純電動汽車提供動力的裝置是驅(qū)動電機(jī)，它的性能決定了汽車行駛過程中的各項指標(biāo)。特斯拉使用的電機(jī)并

13、非通常電動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)動電機(jī)。第15頁/共54頁第十六頁，編輯于星期二：點 四十八分。圖8-6 特斯拉動力總成1三相交流感應(yīng)電機(jī)； 2逆變器； 3單級變速箱圖8-7 特斯拉使用的驅(qū)動電機(jī)第16頁/共54頁第十七頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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，定子產(chǎn)生一定頻率的旋轉(zhuǎn)磁場，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)生的磁場的轉(zhuǎn)速是相同的。而交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是沒有磁性的，在定子產(chǎn)生磁場的時候，轉(zhuǎn)子的繞組在運動的磁場中感應(yīng)出電流，并在磁場的作用下旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比

14、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)第17頁/共54頁第十八頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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鼠籠（見圖8-9），這個鼠籠是鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心里的（見圖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)子第18頁/共54頁第十九頁，編輯于星期二：點 四十八分。 當(dāng)鼠籠放在有旋轉(zhuǎn)磁場的定子鐵心中間時，通有三

15、相交流電的定子鐵心會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。磁場旋轉(zhuǎn)時，鼠籠的銅條會切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，通有電流的銅條會在安培力的作用下旋轉(zhuǎn)起來。由于鼠籠是鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心里的，鼠籠的旋轉(zhuǎn)就會帶動轉(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)簡單、容易制造、價格低廉的優(yōu)勢，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。第19頁/共54頁第二十頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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)過磁化之后得來的，其磁性來源于內(nèi)部大量有序排列的“元磁體”。當(dāng)

16、磁鐵處于高溫狀態(tài)下時，硅鋼片的分子將劇烈運動，這種運動會破壞永磁體中“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，其高速運行狀態(tài)難以達(dá)到純電動汽車的要求，因而往往需要加裝變速箱。事實上，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，也就無須加裝變速箱與傳動機(jī)構(gòu)了。第20頁/共54頁第二十一頁，編輯于星期二

17、：點 四十八分。 體積小、質(zhì)量輕。由于對溫度的耐受性較好，異步電機(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機(jī)構(gòu)，就可以直接與驅(qū)動橋相連，整車結(jié)構(gòu)大為簡化。正因為有以上兩點，再加上特殊的優(yōu)化方式，特斯拉所使用的動力機(jī)構(gòu)體積?。ㄖ挥幸粋€西瓜的大?。?、質(zhì)量輕（僅為52 kg），具有極高的功率密度。第21頁/共54頁第二十二頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （2）單級變速箱。通常，由于受到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，在驅(qū)動裝置與驅(qū)動軸之間都需要連接一個變速器，該裝置通過增加電機(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

18、面可以輸出更大的扭矩，從而適應(yīng)電動汽車的高速行駛。 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)速可達(dá)15 000 r/min，已經(jīng)可以適應(yīng)高速行駛的要求，因而無須使用多級變速箱，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，將電動機(jī)輸出扭矩增大，并傳輸?shù)津?qū)動軸，并完成左右車輪的差速，沒有變速作用。第22頁/共54頁第二十三頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （3）逆變器。純電動汽車驅(qū)動電機(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。如何讓兩者之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，是所有純電動汽車都需要面對的問題。 逆變器就是為了

19、實現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換而設(shè)計的。車輛行駛時，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)動電機(jī)。汽車在進(jìn)行能量回收時，驅(qū)動電機(jī)成為發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)過逆變器之后，轉(zhuǎn)換為一定電壓的直流電，輸入蓄電池。第23頁/共54頁第二十四頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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的美國國際整流器公司（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個絕緣柵雙

20、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)矩以及再生制動系統(tǒng)，而這是電機(jī)控制器的主要職能。 綜上所述，特斯拉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。第24頁/共54頁第二十五頁，編輯于星期二：點 四十八分。 3.電控部分 純電動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。為解決該類型

21、電池的固有問題，特斯拉采用先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)對電池進(jìn)行管理。 電池管理系統(tǒng)（battery management system，BMS），顧名思義，其在純電動汽車上的作用主要是對電池進(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，這主要是通過控制接觸器的通斷完成的；另一方面對電池的狀況進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控的參數(shù)有電流、電壓、溫度3個，目的是監(jiān)測電池當(dāng)前的技術(shù)狀況，并能夠及時根據(jù)電池狀況做出相應(yīng)的處理。第25頁/共54頁第二十六頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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，其整車監(jiān)控器（vehicle system mon

22、itor,VSM）可以對整個BMS進(jìn)行監(jiān)控，針對BMS的各項監(jiān)控參數(shù)判斷電池系統(tǒng)的狀態(tài)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動作。第26頁/共54頁第二十七頁，編輯于星期二：點 四十八分。 VSM的下一級即為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（battery monitor board，BMB）構(gòu)成。其中，BMS安裝在電池包中，接收每個BMB報告的數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)控整個電池包的狀況，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、相對位置及煙霧等。其中相對位置的檢測可以判斷電池當(dāng)前所在位置是否正常，防止相對位置

23、變動過大（如發(fā)生嚴(yán)重撞擊）產(chǎn)生危險，煙霧檢測可以及時發(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逃離，保障生命安全。BMB在邏輯上屬于BMS的下一級，安裝在電池模塊里，每一個BMB監(jiān)控一個電池模塊內(nèi)的9個電池磚的一些特性，如每個電池磚的電壓、溫度及每個模塊的輸出電壓，保證每一個電池磚的參數(shù)都在正常的工作范圍之內(nèi)。第27頁/共54頁第二十八頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （2）溫控管理。對于純電動汽車來說，保持電池正常的工作溫度是非常重要的，因為不論溫度過高或過低，都會極大地影響電池的各項性能，這不但與駕駛體驗有關(guān)，還與駕乘人員的生命安全息息相關(guān)。 一方面，環(huán)境溫度過低會使鋰蓄電池的放電效

24、率降低。純電動汽車在冬季不易起動，且續(xù)航里程不如夏季，就是因為過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)境溫度過高會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)汽車的各項行駛性能，但是，放電效應(yīng)的過度提高很可能會適得其反。如前所述，特斯拉使用的18650電池的穩(wěn)定性較差，過高的溫度和過于猛烈的撞擊，均有可能使18650起火燃燒甚至爆炸。第28頁/共54頁第二十九頁，編輯于星期二：點 四十八分。 因而，如何保證鋰電池時刻處在合適的工作溫度范圍內(nèi)是特斯拉需要面對的嚴(yán)肅問題。在所有的技術(shù)創(chuàng)新中，與電池相關(guān)的各項技術(shù)創(chuàng)新是特斯拉最引以為傲的。在特斯拉申請的

25、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)某個電池單體的溫度超過限制時，熱敏電阻將向電池管理系統(tǒng)發(fā)送電信號，從而啟動冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度，保障電池的正常運行。第29頁/共54頁第三十頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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S形環(huán)繞，其左右兩側(cè)還安裝有兩個金屬接頭，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

26、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，通過這一回路可以及時帶走電池組產(chǎn)生的熱量，防止電池的溫度超過其安全限定值；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)的獨立性。 特斯拉所采用的這些冷卻措施可以將每個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。第30頁/共54頁第三十一頁，編輯于星期二：點 四十八分。 2）DC/DC轉(zhuǎn)換器 純電動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、各個控制

27、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。第31頁/共54頁第三十二頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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）超級充電樁。超級充電樁是由特斯拉官方提供的，由特斯拉專門為自身

28、品牌設(shè)計（見圖8-11）。通過超級充電樁給特斯拉充電（簡稱“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。第32頁/共54頁第三十三頁，編輯于星期二：點 四十八分。圖8-11 超級充電樁 當(dāng)充電槍與超級充電樁連接時，超級充電樁將與特斯拉純電動汽車通信，確定當(dāng)前被充電車輛的型號，從而得到相應(yīng)的電池參數(shù)。接著，超級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%。 第33頁/共54頁第三十四頁，編輯于星期二：點 四十八分。 （2）專用充電墻。通過特斯拉專門為其產(chǎn)品配備的專用充電墻，可以

29、以80 A的大電流為特斯拉充電，充電速度為每小時17.6 kWh，每小時充電量的續(xù)航里程可以達(dá)到80100 km，從沒電到完全充滿電需要5 h。在我國，這種方式需要專門申請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。隨著純電動汽車的保有量不斷上升，充電不方便的問題逐漸顯現(xiàn)。為滿足越來越多純電動汽車的充電需求，國家電網(wǎng)在多地建立了公共交流充電樁，其標(biāo)準(zhǔn)為220 V/36 A。 用戶可購買國家電網(wǎng)的專用充電樁電卡，通過特斯拉的轉(zhuǎn)接頭將充電樁與特斯拉純電動汽車連接起來，即可每小時充電7.9 kWh，充滿電需要12 h左右。第34頁/共54頁第三十五頁，編輯于星期

30、二：點 四十八分。 （4）普通家用插座。我國家用插座通常為220 V/10 A或220 V/16 A，通過特斯拉配套的專用充電設(shè)備，即可通過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。 在以上所有充電過程中，一方面，用戶都可以通過車內(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、充電剩余時間、充電電壓、最大充電電流等，充電接口還會通過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。第35頁/共54頁第三

31、十六頁，編輯于星期二：點 四十八分。二、特斯拉純電動汽車高壓電池系統(tǒng)故障診斷 高壓電池包是特斯拉唯一的能源儲備設(shè)備，特斯拉在運行過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，因而需要及時對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 1）故障可能的原因 （1）環(huán)境溫度過低。 （2）電池電量預(yù)估錯誤。 （3）電池?fù)p耗較嚴(yán)重。第36頁/共54頁第三十七頁，編輯于星期二：點 四十八分。 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，過低的溫度會嚴(yán)重限制蓄電池的放電能力。 （2）純電動汽車的電源管理系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前蓄電池所存儲的總電量和

32、行駛單位里程所需電量這兩個參數(shù)計算車輛當(dāng)前狀態(tài)下的續(xù)航里程的。若電池管理系統(tǒng)對當(dāng)前狀態(tài)下電池電量的預(yù)估錯誤，則系統(tǒng)將無法計算正確的續(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。第37頁/共54頁第三十八頁，編輯于星期二：點 四十八分。 3）解決方法 （1）若環(huán)境溫度過低，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低溫度之后，將啟動PTC加熱功能給電池加熱，或者可以正常行駛一段路程，在行駛的過程中，電池的溫度也會緩慢升高，當(dāng)電池溫度

33、正常時，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）重新起動車輛，使車輛的管理系統(tǒng)對電池重新進(jìn)行檢測，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)該對電池組進(jìn)行更換。第38頁/共54頁第三十九頁，編輯于星期二：點 四十八分。 2.無法充電 1）故障可能的原因 （1）充電接口松動。 （2）充電槍故障。 （3）電控系統(tǒng)故障。 2）故障分析 （1）充電接口松動造成充電器接觸不良，無法充電。 （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，

34、若充電器發(fā)生故障，則無法產(chǎn)生通信，因而無法充電。 （3）與第（2）點類似，若電控系統(tǒng)發(fā)生故障，無法與充電器通信，或無法獲得電池的電量參數(shù)，則無法完成正常的充電操作。第39頁/共54頁第四十頁，編輯于星期二：點 四十八分。 3）解決方法 （1）檢查充電接口，若松動則加固之；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，緊接著檢測充電槍，若有故障則修理或更換，若無故障，進(jìn)入第（3）步。 （3）檢測電控系統(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。第40頁/共54頁第四十一頁，編輯于星期二：點 四十八分。 3.電池過熱 1）故障

35、可能的原因 （1）車速持續(xù)過快。 （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，而過大的電流會產(chǎn)生極多熱量，若車速持續(xù)處于過快的狀態(tài)，會使電流持續(xù)過大，產(chǎn)生來不及排出的過多熱量，造成電池過熱。 （2）散熱系統(tǒng)不能及時將電池產(chǎn)生的熱量排出，使電池發(fā)生過熱的現(xiàn)象。 （3）電池包內(nèi)部的電池出現(xiàn)問題，如發(fā)生短路等危險情況，也會使電池出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象。第41頁/共54頁第四十二頁，編輯于星期二：點 四十八分。 3）解決方法 （1）適當(dāng)降低車速，若問題仍然無法解決，轉(zhuǎn)向步驟（2）。 （2）可以通過測量散熱系統(tǒng)的溫度來判斷散熱系統(tǒng)是否正常，若

36、散熱系統(tǒng)的溫度低于車輛行駛時所應(yīng)具有的溫度，則說明散熱系統(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）可以檢測電池包的溫度，若電池包溫度超過安全限度，則說明出現(xiàn)電池包內(nèi)部的安全問題，應(yīng)及時維修或更換電池包。這種情況危險性較大，電池包自身問題產(chǎn)生大量的熱量無法排出，并且由于發(fā)生在電池包內(nèi)部，往往不易察覺。但也不必過于擔(dān)心，特斯拉的監(jiān)控系統(tǒng)會及時針對這種情況發(fā)出警報，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間，盡可能保證乘員的安全。第42頁/共54頁第四十三頁，編輯于星期二：點 四十八分。三、特斯拉純電動汽車行駛不正常故障診斷 純電動汽車的正常行駛離不開動

37、力、電控等系統(tǒng)之間的協(xié)同合作，任何一個系統(tǒng)或部件出現(xiàn)問題都有可能影響車輛的正常行駛。 1.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。第43頁/共54頁第四十四頁，編輯于星期二：點 四十八分。 2）故障分析 （1）電機(jī)控制器是根據(jù)整車控制器發(fā)出的指令對電機(jī)進(jìn)行控制的，而整車控制器則通過綜合分析車輛各下級控制器的信息對電機(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。第44頁/共54頁第四十五頁，編輯于星期二：點 四十八分。 3）解決方法 （1）檢查整車控制器的輸入信號和輸出信號是否正常，若輸入信號不正常，則可能是下一級控制器故障，根據(jù)相應(yīng)的信號查找，若輸出的控制信號不正常，則可能是整車控制器發(fā)生故障，應(yīng)及時維修或更換。若輸出的控制信號正常，轉(zhuǎn)向第（2）步。 （2）與（1）類似，在整車控制器的輸出控制信號正常的情況下，檢查電機(jī)控制器的輸出信號是否正常，若其向逆變器輸出的控制信號不正常，應(yīng)及時維修或更換。第45