新能源汽車電氣技術(shù)教學(xué)課件-新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的認(rèn)知

新能源汽車車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的認(rèn)知

自計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)所產(chǎn)生的劃時代影響以及創(chuàng)造的豐厚價值之后，物聯(lián)網(wǎng)被人們期待成為全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次產(chǎn)業(yè)浪潮，受到了全球許多國家政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，并分別從體系結(jié)構(gòu)、信息標(biāo)準(zhǔn)、實現(xiàn)技術(shù)、行業(yè)應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的理論研究和實踐探索，取得了初步的研究成果。物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID、傳感器、攝像機(jī)、GPS等具有標(biāo)識、感知、定位和控制功能的智能設(shè)備來獲取物體（虛擬的和物理的）的信息，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)與管理，利用互聯(lián)網(wǎng)這一成熟的信息平臺為社會各行各業(yè)提供面向物體的各類服務(wù)。一、物聯(lián)網(wǎng)概念描述

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)中一個重要的分支。車聯(lián)網(wǎng)是快速發(fā)展中的智能交通系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)不期而遇后迅速交叉融合的產(chǎn)物，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展過程中最能夠率先實現(xiàn)應(yīng)用的一個重要突破口。智能交通系統(tǒng)是傳統(tǒng)交通運輸管理方式發(fā)展到一定階段時的必然需求，是信息技術(shù)元素滲透到傳統(tǒng)交通運輸管理后的結(jié)果，而物聯(lián)網(wǎng)則是互聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中遇到瓶頸時在技術(shù)和應(yīng)用上的突破。智能交通系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)走向融合具有明顯的信息時代烙印。

智能交通系統(tǒng)是在較完善的現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施之上，通過運用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)等，加強對以車輛為主要對象的交通運輸管理，提高交通運輸系統(tǒng)的有序性和綜合管控能力，建立一個快速、實時、安全、環(huán)保、便捷和舒適的綜合交通運輸體系，從而最大限度地提升現(xiàn)有道路基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)能力。智能交通系統(tǒng)是1994年在全世界范圍內(nèi)開始出現(xiàn)并被廣泛采納的一個概念，這一概念的內(nèi)涵和外延也在隨著技術(shù)的發(fā)展以及交通運輸管理理念的變化而變化。二、車聯(lián)網(wǎng)概念描述

車載互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也稱“汽車物聯(lián)網(wǎng)”，簡稱“車聯(lián)網(wǎng)”，是一種汽車信息服務(wù)（Telematics），是通訊技術(shù)（Telecommuication）與信息技術(shù)（Informatics）的有機(jī)結(jié)合，并以汽車為載體開展服務(wù)，解決人、車、路的有效協(xié)同。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)利用裝載在車輛上的電子標(biāo)簽通過無線射頻（RFID）等識別技術(shù)，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進(jìn)行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。

Telematics是以無線語音、數(shù)字通信和衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)為平臺，通過定位系統(tǒng)和無線通信網(wǎng)，向駕駛員和乘客提供交通信息、緊急情況應(yīng)付對策、遠(yuǎn)距離車輛診斷和互聯(lián)網(wǎng)（金融交易、新聞、電子郵件等）服務(wù)的業(yè)務(wù)。三、車載互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述四、車載互聯(lián)網(wǎng)的基本功能

一般來說，以2010年國際Telematics產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ITIF）正式成立為標(biāo)志，定為網(wǎng)聯(lián)汽車信息化時代的發(fā)軔之年，也就是說，網(wǎng)聯(lián)汽車的初級階段是以Telematics技術(shù)為代表。

所謂Telematics是遠(yuǎn)程通信技術(shù)（Telecommunications）與信息科學(xué)技術(shù)（Informatics）的合成詞，意指通過內(nèi)置在汽車、航空器、船舶、火車等運輸工具上的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助無線通信技術(shù)、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)文字、圖像、語音信息交換的綜合信息服務(wù)系統(tǒng)。五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級

對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級，歐洲、美國也各有各的分法，中國汽車工業(yè)協(xié)會提出五級，一級叫駕駛資源輔助階段DA，第二級是部分自動化階段PA，第三級是有條件自動化階段CA，第四階段是高度自動化階段HA，最后階段就是完全的自動化叫FA，這個和英文縮寫也是對應(yīng)的。六、“車聯(lián)網(wǎng)”與“網(wǎng)聯(lián)車”等概念辨析

隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展大潮的到來，“車聯(lián)網(wǎng)”、“智能網(wǎng)聯(lián)汽車”等概念被反復(fù)提及?！败嚶?lián)網(wǎng)”與“智能網(wǎng)聯(lián)汽車”的準(zhǔn)確定義是什么？他們與“智能汽車”、“智能交通”的相關(guān)關(guān)系又是如何？在本文的開篇，有必要對上述概念進(jìn)行一些梳理。車聯(lián)網(wǎng)（InternetofVehicles）概念引申自物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings），實際上是一個國人自創(chuàng)的名詞，與其意義對應(yīng)的英文詞匯包括ConnectedVehicles、VehicleNetworking等。國內(nèi)曾經(jīng)將“車聯(lián)網(wǎng)”與“遠(yuǎn)程信息服務(wù)”（Telematics）等同，將車輛看作一個簡單的信息收發(fā)節(jié)點，只看到了車聯(lián)網(wǎng)在提供信息服務(wù)領(lǐng)域的作用，這是對車聯(lián)網(wǎng)的片面理解。三、新能源汽車動力蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

燃料電池新能源汽車以氫氣作為燃料，與氧氣反應(yīng)時能釋放大量的能量且反應(yīng)生成物為水，具有效率高、零排放、燃料補充速度快等優(yōu)點，因而將成為未來汽車的主流。但就燃料電池而言，氫氣的制備與儲存還存在很多問題，燃料電池的制備價格極高，電池與整車的技術(shù)還在研究階段，所以燃料電池及其相關(guān)技術(shù)還有待進(jìn)一步的研究。四、新能源汽車對動力蓄電池的性能要求

動力蓄電池作為新能源汽車的能量來源，其性能直接關(guān)系著新能源汽車?yán)m(xù)航里程、加速性能、爬坡能力以及安全性能等，因此動力蓄電池的選擇必須滿足高比能量、高比功率以及安全可靠等特點。

1.高比能量

比能量是指單位體積或重量的電池能夠存儲和釋放的電量，其單位為：Wh/kg、Wh/L。存儲相同的電量，比能量高的電池，其重量和體積就會越小，對新能源汽車的發(fā)展越有利。固定重量和體積的情況下，新能源汽車可以攜帶更多的電池，具有更高的電量。

2.高比功率

比功率是指單位質(zhì)量或體積的電池存儲或放出的功率，其單位為：kW/kg或kw/T，決定著新能源汽車的動力性能，對汽車最大車速以及爬坡能力都有很大的影響。

3.安全可靠

安全可靠是新能源汽車對動力蓄電池的基本要求，能否安全可靠地使用電池直接關(guān)系著駕駛?cè)藛T的人身安全。因此，動力蓄電池在出廠前經(jīng)過安全測試，即使在溫度過高、劇烈碰撞等情況下也不會發(fā)生爆炸。另外，廢棄的電池要能夠回收利用，防止重金屬、電解質(zhì)溶解等對環(huán)境造成污染。四、新能源汽車對動力蓄電池的性能要求

4.較長的使用壽命

電池的使用壽命直接關(guān)系著新能源汽車的應(yīng)用及市場化程度，如果使用壽命太短，將無法適應(yīng)新能源汽車的發(fā)展。目前，動力蓄電池的循環(huán)壽命要求不少于1000次，壽命使用期間內(nèi)，不需要進(jìn)行維護(hù)。

5.充電技術(shù)成熟

新能源汽車的發(fā)展使得快速充電成了必然要求，動力蓄電池除了能常規(guī)充電外，還要具有快速充電的能力，以適應(yīng)現(xiàn)在的快節(jié)奏生活。一般新能源汽車要求6小時左右要能充滿，快速充電時，20分鐘即可充滿50%電量。

6.價格合適

新能源汽車一般需要幾百節(jié)電池，如果動力蓄電池的價格過于昂貴，將會加大新能源汽車的成本，使得新能源汽車的價格大幅提升，影響新能源汽車的市場份額。目前，鋰離子蓄電池的價格仍然比較昂貴，并不利于新能源汽車的市場化發(fā)展，不過隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鋰離子蓄電池的工藝更加成熟，市場規(guī)模也會逐漸擴(kuò)大，價格也會逐漸的降低。五、新能源汽車常用動力蓄電池種類

1.鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池是一種電化學(xué)儲能電池，是目前性能相對比較成熟的新能源汽車動力蓄電池。其通過兩個電極的化學(xué)反應(yīng)來存儲能量，正極采用二氧化鉛，負(fù)極采用海綿狀的鉛，電解液采用稀硫酸溶液，單節(jié)電池的基本電壓為2V。鉛酸蓄電池具有安全性能好、成本低的優(yōu)點，但其質(zhì)量大、容量小、含有重金屬鉛，容易對環(huán)境造成污染。

為了不被其他電池所取代，鉛酸蓄電池目前朝膠體電池發(fā)展，即往硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電解質(zhì)由液體變?yōu)槟z態(tài)，使用起來更加方便安全?，F(xiàn)在電動車領(lǐng)域應(yīng)用最多的就是密閉性鉛酸膠體電池。五、新能源汽車常用動力蓄電池種類

2.鎳金屬電池

新能源汽車所使用的鎳金屬電池有鎳鎘電池、鎳氫電池兩種，兩種電池皆是儲能的堿性蓄電池，單節(jié)電池電壓為1.2V，且電池正極皆為氫氧化鎳。鎳鎘電池的負(fù)極為金屬鎘，電解質(zhì)為氫氧化鈉溶液。單體電池電壓較低，具有高比能量、質(zhì)量輕、壽命長的特點，能夠進(jìn)行深度放電。但是金屬鎘具有毒性，容易對環(huán)境造成污染，所以發(fā)達(dá)國家已經(jīng)禁止使用此類電池。

鎳氫電池的負(fù)極是儲氫合金，電解質(zhì)為氫氧化鉀，與鎳鎘電池相比，鎳氫電池沒有環(huán)境污染的問題，質(zhì)量更輕，電池壽命也更長，能比鎳鎘電池多存儲30%的電量，能夠承受一定程度的過充電和過放電，也可進(jìn)行快速充電。但是鎳氫電池的成本相對較高，電池之間的不一致性較難控制，使得鎳氫電池的使用受到很大的限制。五、新能源汽車常用動力蓄電池種類

3.鋰離子蓄電池

鋰離子蓄電池也是一種儲能電池，具有能量密度大、自放電小、平均輸出電壓高、無記憶效應(yīng)、使用壽命長、工作溫度范圍寬、綠色環(huán)保等優(yōu)點，單體電池電壓更是達(dá)到3V以上，因此在許多方面都得到應(yīng)用，更被廣泛應(yīng)用于新能源汽車。相同質(zhì)量的電池組，新能源汽車可以攜帶數(shù)量更多的鋰離子蓄電池，使其擁有更高的容量，行駛更遠(yuǎn)的里程。但是鋰離子蓄電池也存在一定的缺陷，其生產(chǎn)成本高，材料的穩(wěn)定性較差，使用時需要合理管理，以防危險事故的發(fā)生。

通過以上的分析比較，可以看出鋰離子蓄電池的性能最優(yōu)越，最符合新能源汽車的動力需求。但鋰離子蓄電池種類眾多，最具代表性的當(dāng)屬最新研發(fā)的磷酸鐵鋰電其性能優(yōu)越、安全性能好、成本較低、價格也合適，是目前最為理想的動力蓄電池。六、動力蓄電池系統(tǒng)功用

動力蓄電池系統(tǒng)功用主要是為車輛行駛提供動力，檢測計算電量，檢測溫度、電壓、濕度，檢測漏電等異常情況并進(jìn)行發(fā)出警報，控制充放電，控制預(yù)充電，系統(tǒng)自檢等.七、新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)組成

新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)主要由動力蓄電池模組、蓄電池管理系統(tǒng)、動力蓄電池箱及輔助元器件等四部分組成。七、新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)組成

1.動力蓄電池模組的組成及工作原理動力蓄電池模組由多個單體電芯或電池模塊串聯(lián)組成的一個組合體。單體電芯是構(gòu)成動力蓄電池模塊的最小單元，由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及外殼等構(gòu)成。電池模塊是一組并聯(lián)的電池單體的組合，該組合額定電壓與電池單體的額定電壓相等，是電池單體在物理結(jié)構(gòu)和電路上連接起來的最小分組，可作為一個單元替換。七、新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)組成

2.蓄電池管理系統(tǒng)的組成及作用蓄電池管理系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要由主板、從板及高壓盒，還包括采集電壓線、電流、溫度等數(shù)據(jù)的電子器件組成。七、新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)組成

3.動力蓄電池箱的組成及作用

主要包含上蓋和下托盤，還有輔助元器件，如過渡件，護(hù)板，螺栓等。動力蓄電池箱是支撐、固定、包圍電池系統(tǒng)的組件，有承載及保護(hù)動力蓄電池組及電氣元件的作用。電池箱體螺接在車身地板下方，其防護(hù)等級為IP67，螺栓擰緊力矩為80～100Nm。整車維護(hù)時需觀察電池箱體螺栓是否有松動，電池箱體是否有破損嚴(yán)重變形，密封法蘭是否完整，確保動力蓄電池可以正常工作。電池箱體外表面顏色要求為銀灰或黑色，亞光；電池箱體表面不得有劃痕、尖角、毛刺、焊縫及殘余油跡等外觀缺陷，焊接處必須打磨圓滑。七、新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)組成

4.輔助元器件的組成主要包括動力蓄電池系統(tǒng)內(nèi)部的電子電器元件，如熔斷器，繼電器，分流器（電流傳感器），接插件，緊急開關(guān)，煙霧傳感器等，維修開關(guān)以及電子電器元件以外的輔助元器件，如密封條，絕緣材料等。八、鋰離子蓄電池分類鋰離子蓄電池分類分類情況按鋰離子蓄電池的外型分方型鋰離子蓄電池和柱形鋰離子蓄電池按鋰離子蓄電池正負(fù)極材料分沽酸鋰離子蓄電池或錳酸鋰、磷酸鐵鋰離子蓄電池、一次性二氧化錳鋰離子蓄電池按不同的性能用途方面分一次性鋰離子蓄電池；高容量鋰離子蓄電池；高倍率鋰離子蓄電池；高溫鋰離子蓄電池；低溫鋰離子蓄電池按電池是否可充電分不可充電電池的和可充電電池九、鋰離子蓄電池的工作原理

鋰離子蓄電池在結(jié)構(gòu)上可分為正極、負(fù)極、電解液、隔膜、外殼與電極引線五大塊。鋰離子蓄電池內(nèi)部的鋰離子在電場的驅(qū)動下從正極經(jīng)過電解質(zhì)溶液嵌入到負(fù)極上完成充電。而放電的過程則是鋰離子由負(fù)極到正極運動過程，只是放電過程中鋰離子運動路徑是通過外電路回到負(fù)極的。十、電力分配單元（PDU）

PDU就是英文PowerDistributeUnit的首字母的縮寫，中文意思就是電力分配單元。車上使用動力蓄電池電力的模塊主要有直流轉(zhuǎn)化模塊（DC/DC變換器）、電機(jī)控制模塊（MCU）、電動空調(diào)壓縮機(jī)（EAS）和PTC電阻加熱器四個系統(tǒng)。另外還有給動力蓄電池充電使用的快速充電系統(tǒng)和車載充電系統(tǒng)（OBC）；基于這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)，將這些系統(tǒng)優(yōu)化后釆用集成化設(shè)計，于是就有了PDU，如圖1-13所示，釆用PDU后主要有以下優(yōu)點：

1）為了減少高壓線束的數(shù)量、便于高壓線束的布置。

2）將大部分高壓母線的接線端子置于PDU內(nèi)提高了安全性。

3）并提高各系統(tǒng)的可靠性和可維修性。

4）高壓線