图解电动汽车结构原理电子书

前言

第一章 电动汽车与燃油汽车的差异

第一节 电动汽车与燃油汽车的结构原理差异

一、电动汽车的独特特点

二、电驱动系统的结构形式

三、储能装置的结构形式

四、电气设备的结构

1.蓄电池

2.灯具和仪表

五、能量回收系统

第二节 电动汽车与燃油汽车的排放性能差异

一、燃油汽车的排放性

1.排放的有害气体的类型

2.尾气排放量实验分析

二、电动汽车的排放性

1.电动汽车电能传输效率分析

2.电动汽车的排放性分析

三、电动汽车与燃油汽车的排放性对比分析

1.电动汽车与燃油汽车的排放性比较

2.电动汽车在排放性上的优势

3.电动汽车与燃油汽车的噪声污染比较

第三节 电动汽车与燃油汽车的热效率与能耗差异

一、燃油汽车百公里能耗、热效率分析

1.燃油汽车百公里能耗

2.燃油汽车热效率计算

二、电动汽车百公里能耗、热效率分析

第四节 电动汽车与燃油汽车的其他差异

一、经济性能差异

二、商业模式差异

三、电动汽车的优点

1.环境污染小

2.无噪声，噪声低

3.高效率

4.结构简单，使用维修方便，经久耐用

5.使用范围广，不受所处环境影响

第二章 驱动电动机及控制器

第一节 电动汽车驱动系统

一、电动汽车驱动系统的组成、种类及特点

1.电动汽车驱动系统的组成

2.电动汽车驱动系统的种类

（1）根据驱动轮的布置方式分类

（2）根据驱动系统是否采用轮毂电动机分类

（3）根据电动汽车驱动用电动机的数量分类

3.电动汽车驱动系统的特点

二、电动汽车对驱动电动机性能的基本要求

三、电动汽车驱动电动机的分类

第二节 直流电动机

一、直流电动机的工作原理和基本构造

1.直流电动机的工作原理

2.直流电动机的基本构造

（1）定子

（2）转子

二、直流电动机的励磁方式

1.他励

2.自励

三、直流电动机的特点及性能参数

1.直流电动机的特点

2.直流电动机的性能参数

四、直流电动机的工作特性

1.他励电动机

2.串励电动机

五、直流电动机的控制

六、直流电动机的启动、调速和反转

1.直流电动机的启动

2.直流电动机的调速

（1）改变供电线路的电压U

（2）改变电枢线路的电压降

（3）改变磁极磁通

3.直流电动机的反转

七、直流电动机在电动汽车上的应用

第三节 三相异步电动机

一、三相异步电动机的特点、结构、原理与性能

1.三相异步电动机的特点

2.三相异步电动机的结构

（1）定子

（2）转子

（3）气隙

3.三相异步电动机的工作原理

（1）转子转动原理

（2）旋转磁场的产生

（3）旋转磁场的方向

（4）旋转磁场的极数

（5）旋转磁场的转速

（6）转差率

4.三相异步电动机的性能

二、三相异步电动机的控制

1.矢量控制

2.直接转矩控制

三、三相异步电动机在电动汽车中的应用

第四节 永磁电动机

一、永磁电动机的种类及特点

二、永磁同步电动机

三、永磁无刷直流电动机

1.永磁无刷直流电动机的结构

2.永磁无刷直流电动机的特点

3.有刷直流电动机与永磁无刷直流电动机电动汽车的性能比较

四、永磁混合电动机

五、永磁直流电动机

六、永磁同步电动机在电动汽车上的应用

第五节 开关磁阻电动机

一、开关磁阻电动机的结构与原理

二、开关磁阻电动机的优势和不足

1.磁阻电动机的优势

2.开关磁阻电动机的缺点

三、开关磁阻电动机在电动汽车中的应用

第六节 轮毂电动机

一、轮毂电动机的结构及特点

1.轮毂电动机的结构

2.轮毂电动机的特点

二、轮毂电动机的驱动方式

三、轮毂电动机在电动汽车中的应用

第七节 电动机调速控制系统

一、串励直流电动机调速控制系统

（1）串励直流电动机与速度控制器连接

（2）串励直流电动机用有刷控制器的工作原理

二、交流异步电动机调速控制系统

三、开关磁阻电动机调速控制系统

四、无刷直流电动机调速控制系统

（1）无刷直流电动机调速控制原理

（2）无刷直流电动机与控制器连接

第八节 电动汽车控制器和整车控制器

一、电动机控制器

二、整车控制器的功能

1.对电动机控制器的控制功能

2.电源管理功能

3.自诊断功能

4.同其他控制节点（ECU）的数据信息共享功能

5.防盗器功能

第三章 动力电池系统

第一节 动力电池的基本结构及参数

一、动力电池的分类

（1）按电解液种类分类

（2）按工作性质和储存方式分类

（3）按电池所用正、负极材料分类

二、化学能与电能转换基本原理

三、动力电池的基本结构

四、电池的基本参数

1.电压参数

（1）电动势

（2）开路电压

（3）额定电压

（4）工作电压

（5）放电终止电压

2.容量参数

（1）理论容量（C0）

（2）额定容量（Cg）

（3）实际容量（C）

（4）剩余容量

3.内阻参数

（1）欧姆极化

（2）浓差极化

（3）电化学极化

4.能量与能量密度

（1）理论能量

（2）实际能量

5.功率与功率密度

（1）功率

（2）功率密度

6.荷电状态

7.放电深度

8.使用寿命

（1）使用寿命的概念

（2）电池使用中的不可逆过程

（3）电池使用寿命的影响因素

9.自放电率

10.不一致性

（1）电池不一致性的概念

（2）电池不一致性产生的原因

（3）电池不一致性的分类

（4）提高电池一致性的措施

11.成本

12.放电制度

（1）放电电流

（2）放电终止电压

第二节 动力电池的充放电方法

一、动力电池充电功能

二、典型的动力电池充电方法

1.常规充电方法

（1）恒流充电法

（2）恒压充电法

（3）阶段充电法

2.快速充电方法

（1）脉冲式充电法

（2）ReflexTM快速充电法

（3）变电流间歇充电法

（4）变电压间歇充电法

（5）变电压、变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法

第三节 铅酸蓄电池

一、铅酸蓄电池的类型

二、铅酸蓄电池的储能原理

三、铅酸蓄电池的结构

四、铅酸蓄电池的应用

1.电动自行车

2.电动牵引车

3.低速纯电动车

4.纯电动乘用车

5.电动大客车

五、铅酸蓄电池的回收

第四节 碱性蓄电池

一、镍镉电池结构及储能原理

（1）镍电极反应机理

（2）镉电极的反应机理

二、镍氢电池结构及储能原理

1.镍氢电池结构

2.镍氢电池工作原理

三、碱性蓄电池的应用

四、镍氢电池在电动汽车上的应用

第五节 锂离子电池

一、锂离子电池的类型

二、锂离子电池的工作原理

三、锂离子电池正极材料

1.层状化合物

（1）LiCoO2

（2）LiNiO2

2.尖晶石型结构

3.橄榄石型结构

四、锂离子电池负极材料

1.碳材料

2.氧化物负极材料

3.金属及合金类负极材料

五、锂离子电池的优点

六、锂离子电池的应用状况

（1）在便携式电器方面的应用

（2）在交通行业的应用

（3）在军事装备及航空航天事业中的应用

（4）其他锂离子电池

七、锂离子电池在电动汽车上的应用

1.日产LEAF

2.三菱i-MiEV

3.雪佛兰沃蓝达（Volt）

八、锂离子电池的失效机理

第四章 电动汽车电源管理系统

第一节 电池管理系统功能及参数采集

一、电池管理系统的功能

（1）数据采集

（2）电池状态计算

（3）能量管理

（4）安全管理

（5）热管理

（6）均衡控制

（7）通信功能

（8）人机接口

二、单体电压采集方法

（1）继电器阵列法

（2）恒流源法

（3）隔离运放采集法

（4）压/频转换电路采集法

（5）线性光耦合放大电路采集法

三、电池温度采集方法

（1）热敏电阻采集法

（2）热电偶采集法

（3）集成温度传感器采集法

四、电池工作电流采集方法

五、烟雾采集方法

第二节 动力电池电量管理系统

一、电池荷电状态（SOC）估算精度的影响因素

二、精确估计SOC的作用

三、估计SOC的常用算法

（1）开路电压法

（2）容量积分法

（3）电池内阻法

（4）模糊逻辑推理和神经网络法

（5）卡尔曼滤波法

第三节 动力电池的均衡管理

一、能量耗散型均衡管理

（1）恒定分流电阻均衡充电电路

（2）开关控制分流电阻均衡充电电路

二、非能量耗散型均衡管理

（1）能量转换式均衡

（2）能量转移式均衡

三、电池均衡管理系统应用中存在的问题

第四节 动力电池的热管理

一、动力电池热管理系统的功能

二、电池内传热的基本方式

三、电池组热管理系统设计实现

第五节 动力电池的电安全管理及数据通信

一、动力电池电安全管理系统的功能

二、绝缘检测方法

（1）漏电直测法

（2）电流传感法

（3）绝缘电阻表测量法

三、动力电池数据通信系统

第五章 电动汽车的充电

第一节 电动汽车充电技术

一、输入电能的供给方式

1.交流供电

2.直流供电

二、电能变换方式

三、动力电池组充电方式

1.地面充电方式

（1）分箱充电

（2）整组充电

2.车载充电方式

四、电能的传输方式

1.传导式充电

2.非接触式充电

第二节 电动汽车的充换电

一、电动汽车的充电系统

1.家庭充电系统

2.泊车充电系统

3.行驶充电系统

二、电动汽车的换电

1.乘用车的电池更换

2.商用车的电池更换

三、电动汽车的充（换）电站

第三节 电动汽车的充电桩

一、充电桩的基本形式

二、充电桩的构成和功能

1.交流充电桩的构成和功能

2.直流充电桩的构成和功能

三、充电接口

1.交流充电

2.交流充电的控制导引

3.直流充电接口

4.非车载充电机与电池管理系统之间的通信协议

四、非车载充电机的充电过程

1.充电握手阶段

2.充电参数配置阶段

3.充电阶段

4.充电结束阶段

第六章 电动汽车相关技术

第一节 电动汽车制动系统

一、电动真空助力制动系统

二、电动机再生制动

三、电动汽车能量回馈控制

1.无刷直流电动机的基本控制方法

（1）两两导通方式

（2）三三导通方式

2.采用无刷直流电动机驱动系统的回馈制动方法

（1）单相回馈制动

（2）三相能量回馈控制

第二节 电动汽车空调系统

一、采用涡旋式压缩机

1.基本构造和原理

2.运行特点

3.显著优点

二、以三相永磁同步电动机作为驱动

1.三相永磁同步电动机的特点

2.三相永磁同步电动机的工作原理

3.变频器的作用

4.调节制冷剂的排量

5.变频器的系统电路

三、空调的制热源

1.PTC元件供热

2.储热罐供热

3.循环冷却液供热

四、空调维修的安全操作

第三节 电动汽车的电源转换装置

一、DC/DC功率转换器的功用

二、双向DC/DC功率转换器的应用

三、DC/DC功率转换器的分类

四、其他类型的功率转换器

第四节 电动汽车的高压安全

一、电动汽车高压的危害

二、电动汽车安全要求标准解读

1.动力电池的绝缘电阻

2.动力系统的绝缘电阻

3.绝缘电阻监控

4.等电势

三、高压绝缘分析及防护

1.绝缘分析

2.绝缘故障状态分析

（1）高压部位直接对车身的绝缘失效

（2）高压部位对设备外壳的绝缘失效

3.绝缘防护措施

（1）高压对车身的绝缘失效的防护措施

（2）高压对设备外壳的绝缘失效的防护措施

四、电安全防护措施及分析

1.等电位连接

2.保护接地

3.保护接零

4.电气隔离

5.自动断路功能

（1）碰撞监测及保护

（2）漏电监测及保护

（3）互锁监测及保护

（4）过电流及短路保护

6.手动断开

7.熔断

五、高压电安全测量实例

1.动力电池绝缘电阻测试

2.动力系统回路绝缘电阻测试

3.等电势

4.绝缘电阻监控

第七章 电动汽车维护与故障处理

第一节 电动汽车的维护与保养

一、整车维护与保养

二、关键零部件的维护与保养

1.动力电池系统

（1）动力电池箱体的检查

（2）动力电池外箱体高压正负极端子检查

（3）电池快换导轨检查

（4）机械锁检查

（5）高压中控盒电气安全检查

2.驱动电动机

3.其他高压系统

4.电气线束

（1）低压线束的检查

（2）低压电气熔断器的检查

（3）高压线束（图7-11）的检查

5.动力转向系统

6.制动系统

（1）检查制动系统的密封性

（2）保养

第二节 电动汽车常见故障处理

一、电动汽车故障检测方法

（1）直观检测法

（2）现代仪器设备检测法

二、动力系统常见故障及处理方法

1.动力电池系统

（1）单体电池故障

（2）电池管理系统故障

（3）线路或连接件故障

2.电动机驱动系统

三、汽车底盘常见故障及处理方法

1.变速器

2.转向系统

（1）方向盘自由行程过大

（2）转向沉重

（3）前轮摇摆

（4）行驶跑偏

3.制动系统

（1）制动不良或失灵

（2）制动单边

（3）制动噪声

（4）制动鼓发热

（5）驻车制动失灵

4.行驶系统

（1）悬架发生刚性碰撞或异响

（2）轮胎异常磨损

四、电气设备常见故障及处理方法

（1）灯光设备

（2）组合仪表

五、空调系统常见故障及处理方法

第八章 电动汽车典型车型

第一节 比亚迪e6电动汽车

一、EV总体组成与基本工作原理

1.EV（电动汽车）总体组成

2.EV基本工作原理

二、比亚迪e6电池组电池管理系统

1.比亚迪e6电动汽车电池组

2.电动汽车电池管理系统BMS

（1）电池管理系统的作用

（2）电池管理系统结构

（3）电池管理系统工作原理

（4）比亚迪电动汽车电池管理系统

3.比亚迪电动汽车工作原理

4.电动车的控制模块

（1）电动机控制器

（2）DC/DC转换器

5.电动汽车的动力电动机

6.其他高压辅助设备

（1）车载慢充

（2）漏电保护器

（3）挡位控制器

（4）主控ECU

（5）加速踏板

（6）车载充电口

（7）应急开关

三、电动汽车的电池充电设备

1.充电设备及方式

（1）充电设备的基本功能

（2）充电方式的分类

（3）电动汽车的充电接口

第二节 特斯拉（Tesla）电动汽车

一、电池结构

二、电池系统安全措施

1.电芯安全措施

2.电池结构设计安全措施

三、充电方式

1.移动充电包

2.高能充电桩

3.超级充电桩

4.快速充电

5.太阳能充电站

第三节 北汽E150EV电动汽车

一、北汽E150EV电动汽车总体构造及维护

1.北汽E150EV电动汽车总体构造

（1）电动汽车部件组成

（2）高电压维修注意事项

2.北汽E150EV电动汽车的检修设备

（1）电动汽车专用诊断仪IMS-D60

（2）摇表的使用

（3）数字式兆欧表

3.北汽E150EV电动汽车的维护

（1）充电系统的维护

（2）DC/DC功能的检查

（3）动力电池系统的维护

（4）绝缘电阻检测系统的测试

（5）维护周期指示器的复位

二、北汽E150EV整车控制器的结构检修

1.动力系统的组成

（1）整车控制器

（2）电动机及管理系统

（3）电池及电池管理系统

2.整车控制器（VCU）的功能

（1）整车状态的获取功能

（2）驾驶员的意愿识别和控制模式的判断

（3）整车故障的判别及处理

（4）外围相连驱动模块的管理

（5）电动汽车辅助系统的控制

3.整车控制器上、下电控制

（1）上电顺序

（2）上电注意事项

（3）上电异常情况

（4）下电顺序

4.整车控制器的故障诊断及检修

（1）故障分级

（2）OBD接口线束定义

（3）VCU通信故障的检测方法和解决方法

（4）当仪表显示整车故障时的诊断流程

三、北汽E150EV驱动电动机系统的检修

1.驱动电动机系统的组成

2.驱动电动机系统的工作原理

3.驱动电动机

（1）驱动电动机的技术参数

（2）驱动电动机低压信号接口和高压接口

4.驱动电动机控制器（MCU）

（1）驱动电动机控制器的功能

（2）驱动电动机控制器的技术特点

（3）驱动电动机控制器的位置和端口

5.驱动电动机系统的控制策略

（1）驱动电动机系统驱动模式

（2）驱动电动机系统发电模式

6.驱动电动机控制器的检修

（1）检修注意事项

（2）电动机和电动机控制器的定期维护规则

（3）驱动系统的运行注意事项

四、动力电池系统结构检修

1.动力电池系统功能与组成

（1）总体功能

（2）组成

2.C30DB动力电池系统

（1）工作原理

（2）C30DB动力电池系统的充电

3.系统工作原理

4.动力电池系统的使用条件

5.动力电池系统故障显示

（1）动力电池系统的故障分级

（2）故障显示

五、充电系统的结构与检修

1.充电系统的高、低压控制

（1）充电系统的框架

（2）CAN网络框架

2.车载充电机

（1）功能

（2）内部构造

（3）特点

（4）充电机指示灯

3.充电系统常见故障诊断

六、高压控制盒的检修

1.高压控制盒功能

2.高压控制盒电路原理

3.高压控制盒的日常维护

4.检测高压控制盒的绝缘性能

第四节 江淮iEV5纯电动汽车

一、江淮iEV5整车结构与电驱动技术解析

1.动力电池

2.电池切断单元（BDU）

3.电池控制器（LBC）

4.高压接线盒

5.驱动电动机

（1）高压部分

（2）低压部分

6.电动机控制器（PCU）

（1）电动机电动状态控制

（2）电动机发电状态控制

7.整车控制器（VCU）

8.车辆仪表

二、江淮iEV5典型故障分析

1.车辆无法行驶故障排除

（1）故障现象

（2）故障排除

（3）故障总结

2.车辆无法提速故障排除

（1）故障现象

（2）故障排除

（3）故障总结

参考文献