新能源汽车电子教案集合.pdf

第一章第一章新能源汽车综述新能源汽车综述【学习要点】：1 通过对新能源汽车的学习，请读者了解新能源汽车的优点。3.新能源汽车的未来发展状况会如何，请读者了解新能源汽车的现状与前景。4.熟悉我国新能源汽车相关的政策，法规和标准。5.掌握新能源汽车的国内外的发展状况，并且了解各类新能源汽车的价格以及主要优点。第一节新能源汽车的定义与分类新能源汽车的定义新能源汽车的定义:新能源汽车（英文名称：Newenergy vehicles）是指采用非常规的车用燃料（即除汽油、柴油发动机之外）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），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车的分类：新能源汽车的分类：1.混合动力汽车混合动力汽车按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。2.2.插电式混合动力汽车（增程式、插电式）插电式混合动力汽车（增程式、插电式）插电式混合动力汽车是可以在正常使用情况下从非车载装置中获取电能，以满足车辆具有一定的纯电动续驶里程的混合动力汽车，可分为增程式混合动力和混联插电式混合动力汽车。3 3.纯电动汽车纯电动汽车电动汽车顾名思义就是由车载可充电蓄电池或其他能量储存装置提供电能、由电机驱动的汽车，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。图 1-2 大众 BlueMotion 纯电动汽车4.燃料电池汽车燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。图 1-4 荣威 750 燃料电池电动汽车5.氢动力汽车氢动力汽车氢气不含碳，燃烧后不增加大气中温室气体，而且可以通过利用太阳能、风能等可再生能源电解水得到，因此被认为是人类的终极能源。图 1-5 长安“氢程”氢动力汽车1.天然气汽车天然气汽车天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车。天然气的甲烷含量一般在 90%以上，是一种很好的汽车发动机燃料图 1-6 宝马 AC SCHNITZER GP3.10 液化石油气汽车2.甲醇汽车甲醇汽车甲醇汽车就是以甲醇作为主要燃料的汽车，也能以汽油或汽油-甲醇混合燃料为燃料，是一种甲醇-汽油燃料灵活转换的具有节能环保科技含量的新型汽车，也可以由普通汽车改装而成。图 1-7 华普海锋甲醇动力轿车3.生物燃料汽车生物燃料汽车生物燃料(biofuel)泛指由生物质（例如玉米、大豆、秸秆等）组成或萃取的固体、液体或气体燃料，主要包括乙醇、生物柴油和航空生物燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。图 1-8 采用了可燃烧生物柴油发动机的瑞典柯尼塞格（koenigsegg）CCXR 汽车虽然生物燃料属于可再生能源，但是生产生物燃料的农作物也存在污染、粮食安全等诸多问题，目前尚未得到全球性的广泛应用。第二节我国新能源汽车的现状和发展前景一、新能源汽车的发展现状一、新能源汽车的发展现状图 1-8 中国新能源汽车产业发展路线全景图表 1-1 图表分析：项目内容1我国新能源汽车产业刚刚起步，并没有具备明显优势的技术方向，所以国家有关部委在选择具体的新能源汽车道路时采取了多管齐下的策略，对各种可行的技术都予以一定的支持。2我国新能源汽车战略道路已逐渐走向清晰，而混合动力车将成为下一步开发重点。3插电式混合动力车是混合动力向纯电动的过渡技术，将成为混合动力汽车的重点。二、新能源汽车的发展前景二、新能源汽车的发展前景新能源汽车是中国汽车业跨越发展的难得机遇。新能源汽车产业承载着我国汽车工业“弯道超车”的历史使命，不管是各级政府，还是业界对于该产业的发展都非常重视。1 混合动力汽车发展现状混合动力汽车发展现状我国混合动力汽车的发展既受发动机与自动变速器等汽车共性技术基础落后的制约，又存在机电耦合驱动系统及电动附件产品等混合动力专用技术开发强度不够的问题。图图 1-10 荣威新荣威新 750Hybrid2 插电式混合动力汽车发展现状插电式混合动力汽车发展现状插电式混合动力汽车整体上处于研发阶段，产品种类较少。我国插电式混合动力汽车研发起步较晚，但近几年逐步得到国内整车企业的关注，主要集中于乘用车研发。图 1-11 比亚迪 F3DM3 纯电动汽车发展现状纯电动汽车发展现状纯电动汽车现在已成为国内整车企业电动汽车研发重点，基本掌握了整车控制、动力系统匹配与集成设计等关键技术，总体上开发进入量产车开发阶段。图 1-12 长安电动车 E304、燃料电池发展现状、燃料电池发展现状我国燃料电池汽车动力系统技术平台研发与国外几乎同步开展，目前燃料电池汽车技术取得了一定进展，仍处于研发和试验考核阶段，而本田 FCXCLarity 早在 2008 年已开展了小批量租赁。图 1-13 上汽 CSA7000FCV我国新能源汽车的发展已经显现雏形，但是，政府仍需加大力度营造适合新能源汽车成长的环境。第三节我国新能源汽车的政策法规和标准1、新能源汽车国内地方政策与法规、新能源汽车国内地方政策与法规表 1-3 我国部分省市的新能源汽车产业政策与法规类类别别地地方方/企企业业规划规划天津天津 2013 年 1 月发布天津市节能与新能源汽车示范推广及产业发展规划(2013-2020 年)，根据规划，到 2015 年，天津各类节能与新能源汽车保有量将达到3.5 万辆，其中新能源汽车推广数量将达到 5000 辆，非插电式混合动力汽车推广数量达到 5000 辆以上，替代燃料汽车在公交、出租等领域实现规模化应用，推广数量达到 25000 辆。2020 年达到 7 万辆以上，在公交、出租、班车、邮政等领域扩大应用规模，在警务、环卫及私人用车领域也要实现突破。地地方方政政府府上海到 2014 年，整体实力实现国内领先，实现产销 10 万辆左右，产值 200 亿元；到 2015 年，全面实现产业化，实现产销 30 万辆左右，形成 600 亿元左右的产业规模。广州为实现 2020 年新能源比例达到 15%的目标，从目前至2020 年，估算需投入资金约 1000 亿元，其中广州市投入约 25 亿至 40 亿元，撬动社会和企业投资总计约千亿元。到 2020 年，将广州建成世界级新能源汽车研发中心和制造基地，其中节能和新能源车产业产值将达2400 亿元。武汉到 2020 年，新动力汽车产能力争达到 60 万辆，销售完成 50 万辆，其中，中、高端混合动力客车、充电式混合动力（PHEV）公交车和可快速更换电池组纯电动公交车将成为新动力汽车发展重点之一。吉林计划依托一汽集团等企业，2014 年形成 10 万辆新能源汽车产能。企企业业北汽到 2014 年北汽集团将形成年产各类新能源汽车产销 4万到 6 万辆的规模。一汽到 2015 年，该集团计划建成一个年生产能力为混合动力轿车 2 万辆、混合动力客车 2000 辆的生产基地。长安2014 年长安汽车将实现产销新能源汽车 15 万辆，2020年达到新能源汽车产销 50 万辆以上。三、三、我国新能源汽车的标准我国新能源汽车的标准、表 1-4：电动车辆相关的国家标准和行业标准类型实施项目标准属性整车纯电动汽车8 项GB/T混合动力汽车6 项GB/T燃料电池4 项GB/T+QC/T（3+1）电动摩托车6 项GB+GB/T+QC/T（1+3+2）基础、通用标准4 项GB/T关键部件标准动力电池等8 项GB/T+QC/T（4+4）电机及控制器2 项GB/T充电机（站）4 项GB/T待批标准燃料电池汽车相关标准3 项GB/T其他4 项GB/T+QC/T（1+3）、第四节第四节 世界各国各大汽车厂家新能源汽车一览世界各国各大汽车厂家新能源汽车一览一一 凯迪拉克凯迪拉克凯雷德 Hybrid 大幅提升了燃油经济性，在城市道路行驶中可更多节省燃油消耗，综合路况条件下百公里油耗仅十几升，堪称全尺寸豪华 SUV 中的“省油之王”。在行驶中 8缸和 4 缸还可以自由切换，而且根本就不会给你觉察。图图 1-14 凯迪拉克凯迪拉克 Escalade-混动混动2 别克别克新君越车长 5000mm，宽 1858mm，高 1497mm，轴距更是达到了 2837mm，绝对算是同级别车型中的大个子选手。前进气格栅沿用了别克家族经典的盾形元素，直瀑式加镀铬亮条的设计霸气十足。图图 1-15 别克君越别克君越 eAssist 混合动力汽车混合动力汽车二、德国新能源汽车二、德国新能源汽车1 奔驰奔驰。奔驰 S400 混合动力汽车采用轻度混合动力油电系统，S400HYBRID 专门配备了起、停系统。基于顺滑的引擎与强大的隔音，其 S400 的实际表现与电瓶车差别也不大了。图图 1-16 奔驰奔驰 S400 混合动力混合动力2 宝马公司宝马公司i8 混合动力超跑将采用 2+2 的座椅设计，0 至 62 英里/小时的提速过程将在 4.8 秒内完成，燃油经济性将超过 62mpg，同时售价也将是超跑车的价格，i8 是科技领航的新体验，配备的是插电式混合动力系统。图图 1-17 宝马宝马 i8 混合动力汽车混合动力汽车3德国大众汽车集团德国大众汽车集团（1）大众）大众大众途锐混合动力版途锐的车厢非常有质感，中控台采用三种材质组合，手工和用料都一流，让人挑不出毛病。仪表盘设计精致，大方清晰的白色背光灯，液晶显示屏清晰度大大提高，能显示车辆信息、导航信息以及印象信息，可读性非常好。图图 1-18 大众途锐混合动力版大众途锐混合动力版（2）奥迪）奥迪奥迪 Q5 混合动力奥迪 Q5 hybrid quattro 是一汽-大众奥迪引进的首款全混合动力车型，代表了当前混合动力技术的最高水准，它标志着一汽-大众奥迪新能源战略实施进入了全新的阶段，也将为未来的国产新能源车型奠定基础。图图 1-19 奥迪奥迪 Q5 混合动力混合动力三、日本新能源汽车三、日本新能源汽车（1）雷克萨斯混合动力汽车）雷克萨斯混合动力汽车全新 LS 600hL 首次搭载的全时四驱带 Torsen 系统，与改进的空气悬挂系统与适应式可变悬挂系统（AVS）共同工作。根据驾驶操作、车身运动及道路表面状况，AVS 将自动激活可调阻尼减震器，自动保持最佳车辆离地间隙，在高速行驶中仍能实现极佳的减震效果图图 1 1-2020 雷克萨斯雷克萨斯 LS600HLLS600HL（2）丰田混合动力汽车）丰田混合动力汽车丰田凯美瑞尊瑞所用的“强混系统”，是丰田全球成熟、领先的油电混合双擎动力系统。图图 1-21 丰田凯美瑞丰田凯美瑞尊瑞尊瑞混合动力汽车混合动力汽车（3）本田汽车公司）本田汽车公司Insight 也延续了海外的高标准，像是氙气自动大灯，主动式安全头枕，6 安全气囊以及 VSA 车辆稳定控制系统都是标配。舒适配置方面则没有太多亮点，前排座椅加热，皮绒搭配座椅和自动空调值得一提。图图 1-22 本田 Insight 混合动力（4）日产）日产日产聆风聆风采用国际领先的层叠式紧凑型锂离子电池驱动，日产研发的锂电池创新地采用了锰正电极和层式结构。图图 1-23 日产聆风纯电动汽车日产聆风纯电动汽车四、中国新能源汽车四、中国新能源汽车（1）上海汽车）上海汽车定位于“都市精品纯电小车”的荣威 E50，配以电动助力转向系统、整车热管理系统等部件。图图 1-24 荣威荣威 E50 纯电动汽车纯电动汽车（2）比亚迪股份有限公司）比亚迪股份有限公司纯电动车比亚迪 E6 就是中国新能源汽车的典型代表之一。采用跨界车型设计，拥有 SUV 般的身形。图 1-25 比亚迪 E6 纯电动汽车（3）长城汽车）长城汽车哈弗 M3 EV 的充电口被安排在传统的加油口位置，使用起来非常方便。图 1-26 长城哈弗 M3 纯电动汽车（4）沃尔沃汽车）沃尔沃汽车C30 电动车车内最吸引眼球的当属换挡手柄，无论是造型还是颜色都足够惊艳。图 1-27 沃尔沃 C30 纯电动汽车五、韩国新能源汽车五、韩国新能源汽车韩国现代汽车日前现代汽车在韩国发布了混合动力版本的 2013 款索纳塔，混合动力版本车型在整体外观上和韩版的八代索纳塔没有太大区别，只不过为了突出混合动力的节能特性，轮圈更换成了更加符合空气动力学的造型。图图 1-28 现代索纳塔混合动力版现代索纳塔混合动力版课后思考题：课后思考题：1.简述新能源汽车的定义？2.简述新能源汽车可以分为哪些类别？3.简述为了促进我国新能源汽车的发展应该采取哪些措施？4.简述世界上比较著名 10 种新能源汽车车型？5.简述世界上生产新能源汽车的汽车厂家？6.尝试阐述我国自主品牌的新能源汽车车型？第二章电动汽车基础第二章电动汽车基础学习目标1 1.学习电动汽车，首先请读者电动汽车的电动机的分类和相关概念。2 2.电动汽车的电池对电动汽车的发展起着至关重要的作用，要求掌握电动汽车电池的定义与分类。3 3.目前，电动汽车的电池成为阻碍电动汽车推广的主要技术瓶颈，请读者了解目前几种应用前景较好的动力电池。第一节电动汽车的电动机第一节电动汽车的电动机一、电动汽车电动机的相关概念1 电动机的定义电动机的定义电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机的组成电动机的组成电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。2 负载性质负载性质负载性质是指负载类型及其机械特性，是连续运行的负载还是断续运行的负载，是恒定的力矩，还是变化的力矩，是恒转速运行还是变速运行3 负载容量负载容量负载容量是针对电动机功率和转矩的大小而确定，电机功率的选择应满足配套机械负载必需的容量，不要过大也不可以过小。功率选得过大，不能充分发挥电动机效率，增加投资费用和运行费用，浪费电力；功率选得过小，会使电动机超负荷工作，电动机发热，绝缘寿命缩短。二、电动汽车用电动机分类二、电动汽车用电动机分类电动汽车驱动电动机种类：电动机有转换器无转换器特种电动机交流电动机正弦波电动机方波电动机同步磁阻电动机直流电动机1 1、按工作电源分类、按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。2 2、按结构及工作原理分类、按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。3 3、按起动与运行方式分类、按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。4 4、按运转速度分类：、按运转速度分类：电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。5 5、按绝缘等级分为：、按绝缘等级分为：A 级、E 级、B 级、F 级、H 级、C 级6、按额定工作制分、按额定工作制分连续工作制（SI）：电动机在铭牌规定的额定值条件下，保证长期运行短时工作制（S2）：电动机在铭牌规定的额定值条件下，只能在限定的时间内短时运行。短时运行的持续时间标准有四种：10min、30min、60min 及 90min。断续工作制（S3）三、三、电动汽车常用的电动机电动汽车常用的电动机1 1 直流电动机直流电动机.（DCM）1 1）定义：）定义：直流电动机（direct current motor，DC motor）将直流电能转换为机械能的转动装置。2 2）特点）特点（1）调速性能好。（2）起动力矩大。（3）高速性能不佳。3 3）构造）构造分为两部分：定子与转子。其中，定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等；转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。2.2.交流感应电动机（交流感应电动机（inductioninduction motormotor）1）交流感应电动机定义交流感应电动机又称交流异步电动机，由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。2）特点交流感应电动机具有结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、低转矩脉动和低噪音特点。最大缺点是驱动电路复杂，相对于永磁电机而言，感应电机（异步电机）效率和功率密度偏低。3）工作原理异步电动机定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导体切割磁力线，并产生感应电动势，判断感应电动势方向。转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。3.3.永磁无刷电动机简介永磁无刷电动机简介与传统的电励磁电动机相比，永磁电动机特别是稀土永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高，以及电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点.4.4.开关磁阻电动机开关磁阻电动机1）开关磁阻电动机的定义开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。2）系统特点结构简单。起动优点。频繁起停。性能好。效率高损耗小。5 5.永磁电机永磁电机永磁电机包括反电动势为方波的无刷直流电机和反电动势为正反弦波的永磁同步电机。1）无刷直流电机。无刷直流电机具有高转矩密度、高功率密度、位置检测和控制方法简单、效率高优点。但因换相电流难以达到理想状况，造成电机存在一定程度的转矩脉动及振动噪音，因此较适合应用于减速系统和车速不高的电动汽车。2）永磁同步电机永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。3）分类与特点永磁同步电机的转子结构按定、转子的内外关系来看，可分为：外转子结构和内转子结构，而对内转子结构而言，又可分为三种:表面式、内置式和爪极式。永磁同步电机有如下的特点永磁同步电机有如下的特点:（l）高起动力矩、高过载能力（2）运行效率高、节能效果尤为明显第二节第二节电动汽车电动机的选用策略电动汽车电动机的选用策略1）电动汽车上所使用的电动机往往要求频率启动，频率加减速以及工作模式的频繁切换，这对电动机的响应性提出了更高的要求。2）在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机的尺寸和导线等装备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。3）相对于传统电动机相比，电动汽车所使用的电动机系统的工作环境更加恶劣，干扰更大，从而要求它具有更高的可靠性，抗震性和抗干扰性。4）传统电动机一般工作在额定工作点附近，而电动汽车电动机的工作范围相对较宽，却由于电动机工作模式的特殊性，额定功率这个参数对于电动机而言，没有特大意义。5）现在混合动力汽车上，主要采用能够实现变频、调速的高转速电动机，高速电机的转速可以达到 1 万1.2 万 r/min，在高速运转时，有更大的功率和有较宽阔的恒功率范围，体积较小和质量较小，但要求装置高精度的高速轴衬，需要用高品质的材质来制作，并要保证高效率的冷却。第三节、蓄电池第三节、蓄电池一、蓄电池的定义与分类一、蓄电池的定义与分类1、蓄电池的定义电池（Battery）指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。2、蓄电池的记忆效应和消除方法如果电池属镍镉电池，长期不彻底充、放电，会在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象被称为电池记忆效应。消除记忆的方法是把电池完全放电，然后重新充满。3 3、电池的分类、电池的分类电池的分类有不同的方法，其分类方法大体上可分为四大类：1 1）按电解液种类分类）按电解液种类分类2 2）按工作性质分类）按工作性质分类3 3）按贮方式分类）按贮方式分类4 4）按电池所用正、负极材料划分）按电池所用正、负极材料划分4 4.电池主要性能指标电池主要性能指标比能量能量密度比功率功率密度寿命充放电效率自放电率按一定标准规律的放电二、二、电动汽车常用的蓄电池电动汽车常用的蓄电池1、动力电池的定义、动力电池的定义动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。2 2、动力电池的分类、动力电池的分类二次电池。超级电容器飞轮电池3 3、电动汽车常用的蓄电池电动汽车常用的蓄电池1.）铅蓄电池铅蓄电池可分为两类：注水式铅蓄电池和阀控式铅蓄电池.2）.镍氢电池3）.锂离子电池4）.丰田 Pruis 普锐斯电动汽车电池三、蓄电池能量管理技术三、蓄电池能量管理技术蓄电池能量管理系统直接检测及管理电动汽车的储能电池运行全过程，包括蓄电池充放电过程管理、电池温度检测、电池电压电流检测、电量估计、单体电池故障诊断等几个方面。作为电池系统的核心部分，在整个电动汽车的研究和发展过程中具有举足轻重的作用。其工作过程为：（1）通过数据采集模块获取电池电路中的重要数据（如单体电池和电池组电流电压和温度等）；（2）将获取的数据发送给中央处理器进行分析和处理；（3）比对数据库记录，发出程序控制和变更指令；将实时数据发送到数据显示器，同时对应的执行模块做出动作，对电池组进行调控。（1 1）数据采集）数据采集数据采集是电池管理系统中最重要和最基本的功能（2 2）荷电状态（）荷电状态（SOCSOC）估计）估计电池管理系统的核心课题之一就是 SOC 估计，一般由 CPU 模块进行计算.几种计算方法如下：1）安培法2）开路电压法3）内阻法4）神经网络主要用于模拟电池动态特性来估算 SOC5）卡尔曼滤波法（3 3）蓄电池的充电技术）蓄电池的充电技术目前，蓄电池主要采用的充电方式有如下几种：恒流充电、恒压充电、衰减充电、脉冲充电、快速充电。目前存在的快速充电法主要有:分级恒流充电法、脉冲充电法、定化学反应状态法、变电流间歇/恒电压充电法以及变电压间歇充电法等。（4 4）均衡管理）均衡管理防止过充和过放对于锂离子电池常用的均衡方案主要有：电阻方案、开 关 电 容 方 案、独 立 充 电 方案。对于铅酸电池和氢镍电池常用的方法有：涓流充电均衡法、电阻并联均衡法、放电均衡法、电感均衡法。（5 5）热管理）热管理锂离子电池工作温度范围为：充电时-1045，；放电时-3055，铅酸电池和氢镍电池工作温度范围为：充电时-1050，放电时-2060，他们最佳的工作温度范围为：2040。（6 6）数据通讯）数据通讯目前应用到电池管理系统中的主要通讯手段有：SMBUS总线、CAN 总线、RS232 总线和 RS485 总线。第四节第四节其他类型动力电池其他类型动力电池一、超级电容器一、超级电容器超级电容器（supercapacitor，ultracapacitor），又叫双电层电容 器（Electrical Double-Layer Capacitor）、电 化 学 电 容 器（Electrochemcial Capacitor，EC），黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。1）充放电时间超级电容器的电阻阻碍其快速放电，超级电容器的时间常数在 1-2s，完全给阻-容式电路放电大约需要 5，也就是说如果短路放电大约需要 5-10s2）优点1、在很小的体积下达到法拉级的电容量；2、无须特别的充电电路和控制放电电路；3、和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；4、从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；5、超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；3）缺点1、如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；2、和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；4）超级电容器与电池的比较的优点序号内容1超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。2超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。3超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。4超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。5超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。6超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。它可以无限制地接受无数次放电和充电，超级电容器没有“记忆”。5）应用前景这一技术的意义相当重大，该突破不仅从根本上改变了混合动力动车在交通运输中的位置，也将改进诸如风能、太阳能等间歇性能源的利用性能，增进了电网的效率和稳定性，满足人们能源安全的需求，减少对石油的依赖。超级电容器取两者之长，结合起来使用在电动汽车上，除了可以具有传统纯电动汽车的“电代油”和“零排放”主要优点外，还具有一次充电行驶距离长（可达 300 公里）、速度快（可达 100 公里/小时）、行使过程中能量回收效率高等优点，代表了纯电动汽车的最新发展方向之一。目前，已有富士重工和 NEC 联合开发“锂离子电容器”，能量密度达 30 瓦时/千克，为先前电容器的 4 倍，达到了用于电动汽车的实用水平。中国有上海瑞华集团研制环保型混合电能超级电容电动汽车，还有国家电网公司在这方面已经完成了3 种电池-电容混合型电力工程车辆的改装和性能测试，并将开展示范应用。二、飞轮电池技术二、飞轮电池技术飞轮电池是一种以动能方式储能量的机械电池，包括电机/发电机、功率转换、电子控制、飞轮、磁浮轴承和真空壳，具有高功率能量比、高功率、长寿命和环境适应性好。1、飞轮电池的能量传递模式飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机发电机和电力电子变换装置。图 2-17 飞轮电池的能量传递模式2、飞轮电池的基本工作原理基本工作原理：飞轮电 池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来；当外界需要电能时，又通过发电机将飞轮的动能转化为电能，输出到外部负载。3、飞轮电池的优点（1）能量密度高（2）能量转换效率高（3）体积小、重量轻（4）工作温度范围宽（5）使用寿命长（6）低损耗、低维护4、飞轮电池的应用包括火车和汽车，这种车辆采用内燃机和电机混合推动，飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。三、磷酸亚铁锂电池磷酸亚铁锂（LiFeP）为近年来新开发的锂离子电池电极材料，人们习惯称其为磷酸铁锂。LiFeP电池的工作原理是：电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中；电池放电时，锂离子又从负极中脱出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。磷酸铁锂正极材料具有以下的优点：（1）优良的安全性，无论是高温性能，还是热稳定性，均是目前最安全的锂离子电池正极材料；（2）对环境友好，不含任何对人体有害的重金属元素，为真正的绿色材料；：磷酸铁锂电池不含任何（锂之外）重金属或者稀有金属，无毒（SGS 认证通过），无污染，符合欧洲 RoHS 规定，为环保电池。（3）耐过充性能优良；（4）高的可逆容量，其理论值为 170mAh/g，实际值已超过150mAh/g（0.2C、25）；（5）工作电压适中，相对于金属锂而言为 3.45V；（6）电压平台特性好，非常平稳；（7）与大多数电解液系统兼容性好，储存性能好；（8）无记忆效应；（9）结构稳定，循环寿命长，在 100%DOD 条件下，可以充放电 3000 次以上；是铅酸电池 5 倍，镍氢电池的 4 倍，是钴酸锂电池 4 倍，是锰酸锂电池 4-5 倍左右。（10）可以大电流充电，最快可在 30min 内将电池充满；（11）充电时体积略有减小，与碳基负极材料配合时的体积效应好。第五节第五节 电动汽车的逆变器与变频器电动汽车的逆变器与变频器一、逆变器及其控制技术一、逆变器及其控制技术1.逆变器的概念及工作原理逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为 220V，50Hz 正弦波）。2.逆变器的分类1）按波弦性质主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。2）按照源流性质（1）有源逆变器：是使电流电路中的电流，在交流侧与电网连接而不直接接入负载的逆变器；（2）无源逆变器：使电流电路中的电流，在交流侧不与电网连接而直接接入负载的逆变器。3.逆变器控制技术（1）开环和单电压环控制技术存在以下弱点:1）系统动态响应速度缓慢2）负载适应性差（2）电压电流双环反馈控制技术电压电流瞬时值双闭环反馈控制是目前先进的控制技术之一，其组成是输出滤波电感电流和输出电压（即输出滤波电容电压）反馈构成的“电流型控制逆变器”。二、变频器及其控制方式1.变频器的概念及工作原理变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器靠内部 IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。2.变频器的分类交直交变频器和交交变频器两大类。（1）交一直一交变频器按照电压、频率的控制方式,交一直一交变频器有三种结构形式:1）可控整流器调压、逆变器调频方式。2)不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。3)不控整流器整流、脉宽调制型(wPM)逆变器同时实现调压调频方式。（2）交一交变频器2.2 变频器控制方式(1)正弦脉宽调制（SPWM）控制方式(2)电压空间矢量（SVPWM）控制方式(3)矢量控制（VC）方式(4)直接转矩控制（DTC）方式第六节第六节电动汽车空调与转向系统电动汽车空调与转向系统一、电动汽车空调系统（一）电动汽车空调系统研究现状对于目前传统燃油汽车空调系统，制冷主要采用发动机驱动的蒸汽压缩式制冷系统进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动汽车中的纯电动汽车以及燃料电池汽车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源，因此无法直接采用传统汽车空调系统的解决方案；对于混合动力车型来说，发动机的控制方式多样，故空调压缩机也不能采用发动机直接驱动的方案。综合以上原因，在电动汽车的开发过程中，必须研究适合电动汽车使用的新型空调系统。对于电动汽车来说，车上拥有高压直流电源，因此，采用电动热泵型空调系统，压缩机采用电机直接驱动，成为电动汽车可行的解决方案。目前传统汽车空调制冷系统一般为蒸汽压缩式系统,利用制冷剂的相态变化达到吸热或者放热的目的,从而实现制冷。其组成主要为空调压缩机、风冷式冷凝器、风冷式蒸发器、热力膨胀阀、储液器及连接软管等。压缩机通过皮带轮和离合器与发动机主轴相连获得压缩动力,压缩后的高温高压制冷剂蒸气通过冷凝器与车室外空气换热冷却冷凝,之后经节流阀节流降压后进入蒸发器,在蒸发器内吸热蒸发,从而获得冷量。压缩式的电动汽车空调系统与传统汽车空调系统并无本质区别,其主要不同点在于:(1)电动汽车没有发动机的余热可以利用或者不能完全利用发动机的余热,需采用热泵型空调系统或辅助加热器;(2)电动空调压缩机釆用电动机直接驱动,这对压缩机的高转速性和密封性要求较高；(3)电动汽车空调除了给车厢提供冷量外,还需供给一部分冷量用于冷却电池,因为电池必须在恒定的温度范围内才能高效率工作。（二）电动汽车空调系统分类1、热电（偶）电动汽车空调系统热电空气调节具有以下特点:（1）热电元件工作需要直流电源；（2）改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果；（3）热电制冷片热惯性非常小，制冷时间很短，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差；（4）调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度，温度控制精度可达 0.001，并且容易实现能量的连续调节；（5）在正确设计和应用条件下，其制冷效率可达 90%以上，而制热效率远大于 1；（6）体积小、重量轻、结构紧凑，有利于减小电动汽车的整备质量;可靠性高、寿命长并且维护方便，没有转动部件，因此无振动、无摩擦、无噪声且耐冲击。2、热泵型电动汽车空调系统该热泵型空调系统是在原有燃油汽车上进行改进的，压缩机是由永磁直流无刷电机直接驱动。二、电动汽车转向系统（一）PRIUS 汽车的电动助力转向系统1、基本组成部件的构造与功能（1）转向器采用传统的齿轮齿条式转向机构。齿轮齿条式转向器由小齿轮驱动，使齿条左右移动，从而改变汽车的行驶方向。（2）助力电动机总成助力电动机总成由直流电动机和减速机构组成，它装置在齿轮齿条式转向器壳体上。（3）转矩传感器转矩传感器装在转向器小齿轮轴上，采用电阻式传感器，检测来自方向盘的输入转矩.下面对三种转向状态进行简单的介绍。1)直行状态汽车直行时，驾驶员不转动方向盘，因输入轴没有产生转矩，扭杆不扭转，转矩传感器的电阻不变化。2)转向状态(右转向)驾驶员向右转向时，输入轴转动，输入轴与小齿轮相连的扭杆扭转，直至与因路面反力作用形成的转矩达到平衡为止。然后，经过电脑 ECU 的计算出助力转矩值，向助力电动机输出电流，驱动助力电动机转动，经减速机构在转向器小齿轮上产生助动力。3)转向稳定状态当驾驶员转动方向盘保持位置不动时，转向转矩与电动机助力转矩之和与路面反力达到平衡状态，扭杆仍处于扭转位置，此时系统保持转向稳定状态。4转向控制单元转向控制单元根据各传感器的信号以及方向盘的操纵力、车速等，计算出助力电流值，向助力电动机输出。（二）电动汽车电动助力转向优点(1)更加节省能源和环保。(2)助力效果相对更好。(3)质量大大减轻。(4)安全性能更好。(5)开发和生产的周期短。(6)提高了转向系统的回正性能。(7)EPS 效率一般比 HPS 高，使用车辆范围也相对较广，特别适用于电动汽车。第六章第六章 其他新能源汽车其他新能源汽车学习目标1.掌握燃气汽车的分类，并了解燃气汽车的典型车型。2.熟悉醇类燃料的特点，并了解醇类汽车的典型车型。3.掌握太阳能汽车的工作原理，并了解太阳能汽车的典型车型。第一节燃气汽车第一节燃气汽车一、燃气汽车的分类1.单一燃料燃气汽车单一燃料燃气汽车主要包括天然气（NG）汽车和液化石油气（LPG）汽车。天然气汽车大体可分为两种类型：液化天然气汽车（LNG）、压缩天然气汽车(CNG)。2.双燃料燃气汽车双燃料燃气汽车可以根据工况的不同，分开独立使用两种燃料其中的一种。二、燃气汽车的独特的优势及问题1燃气汽车的主要优点（1）燃气汽车是清洁燃料汽车。（2）天然气汽车有显著的经济效益。可降低汽车营运成本,可节省维修费用。（3）比汽油汽车更安全这表现在：燃点高。密度低。辛烷值高。2燃气汽车目前存在的问题（1）标准规范欠缺。（2）关键零部件的技术水平还有差距，环保效果不够显著。（3）燃气汽车加气站等基础设施建设滞后，关键设备与产业化有待突破。三、燃气汽车的国外发展简况俄罗斯是研究和应用天然气汽车的较早的国家之一，不论是供气装置的研究成果，还是钢内衬环向复合材料增强的气瓶开发，都有独到之处。日本丰田等公司从 60 年代初就开始研究燃气汽车。90 年代初，其技术日渐成熟，迄今己生产 CNG 和 LPG 汽车近万辆。意大利，从本世纪 30 年代就开始研究发展燃气汽车；目前不仅形成了生产出口燃气供给系统的著名的 Lavato 公司；同时有 280 个加气站，25 万多辆燃气汽车在运行。四、燃气汽车的国内发展简况我国石油资源短缺，天然气资源相对丰富，但综合利用水平较低，油气开采比例失调，我国一些专家和政府部门在二十世纪 50 年代就开始了以天然气作为汽车代用燃料的研究。1998 年，国家提出了“空气净化工程”，开展了“清洁汽车行动”和“清洁能源行动”。在国家各种政策支持下，国内燃气公交车发展顺利。作为国内发展燃气汽车代表性的城市，北京当前大量应用的燃气汽车是液化石油气汽车和压缩天然气汽车。五、燃气汽车车型实例1.雪铁龙爱丽舍手动双燃料汽车2.长安悦翔-CNG