第2课--电动汽车的技术概述...ppt

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1、电动汽车的技术概述目目 录录 整车基本组成及关键技术整车基本组成及关键技术1 1 驱动系统组成和结构形式驱动系统组成和结构形式2 2 电机及控制器的概述电机及控制器的概述电机及控制器的概述电机及控制器的概述3 3整车基本组成及关键技术整车基本组成及关键技术 车载电源车载电源车载电源车载电源 发展发展第一代第一代EV电池：铅酸电池电池：铅酸电池 优点优点:技术成熟，成本低技术成熟，成本低 缺点缺点:比能量和比功率低比能量和比功率低不能满足不能满足EVEV续驶里程和动力性能需求续驶里程和动力性能需求第二代高能电池：镍第二代高能电池：镍-镉镉(氢氢)电池、钠电池、钠-硫硫(氯化镍氯化镍)电池、锂电池

2、、锂 离子离子(聚合物聚合物)电池、锌电池、锌(铝铝)-空气电池等空气电池等 优点优点:比能量和比功率高比能量和比功率高，大大提高了，大大提高了EV的动力性能和续驶里程的动力性能和续驶里程 缺点缺点:对充电技术要求高；有些高能电池需要复杂的电池管理和温对充电技术要求高；有些高能电池需要复杂的电池管理和温度控制系统；其中的活性物质在使用一定期限后，会老化变质以至度控制系统；其中的活性物质在使用一定期限后，会老化变质以至完全丧失充完全丧失充/放电功能而报废，从而使放电功能而报废，从而使EV的使用成本居高。的使用成本居高。第三代电池：飞轮电池、超级电容器第三代电池：飞轮电池、超级电容器 理论上具有很

3、大的转换能力，且充理论上具有很大的转换能力，且充/放电方便迅速，但目前尚放电方便迅速，但目前尚处于研制阶段处于研制阶段车载电源车载电源电池管理系统电池管理系统l管理管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，其每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的保持各个单体电池间

4、的一致性。一致性。l充电充电 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装置和快速充电装置，是电装置和快速充电装置，是EVEV使用时所必须的辅助使用时所必须的辅助设备。可采用地面充电器、车载充电器、接触式充设备。可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器等进行充电。电器或感应充电器等进行充电。驱动电机驱动电机l驱动电动机是驱动驱动电动机是驱动EVEV行驶的唯一动力装置。行驶的唯一动力装置。l类型：类型：直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。磁阻电动机等。l再生制动再生制动 再生制动是再生

5、制动是EVEV节能的重要措施之一。节能的重要措施之一。制动时电动制动时电动机可实现再生制动，一般可回收机可实现再生制动，一般可回收10%-15%10%-15%的能量，有的能量，有利于延长利于延长EVEV行驶里程。行驶里程。在在EVEV制动系统中，保留常规制动系统和制动系统中，保留常规制动系统和ABSABS制动制动系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能。系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能。控制系统控制系统lEVEV的控制系统主要是的控制系统主要是对动力电池组的管理对动力电池组的管理和和对电动机对电动机的控制。的控制。l将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信将加速踏板、制动

6、踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运转。动机运转。l计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。l对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。l采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力电池组对整个动力电池组功率转换器功率转换器驱动电动机系统进驱动电动机系统进行监控并及时反馈信息和报警。行监控并及时反馈信息和报警。车身及底盘车身及底盘l车身车身 EV车身造型特别重视流线型车身造

7、型特别重视流线型,以降低空气阻力系数。以降低空气阻力系数。l底盘底盘 由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量，采由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量，采用轻质材料用轻质材料制造车身和底盘部分总成制造车身和底盘部分总成。动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、足够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体机械化装卸。体机械化装卸。安全保护系统安全保护系统l高压安全高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保动力电池

8、组具有高压直流电，必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。坐和维修时的安全。l故障处理故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制系统，在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动不能起动等，及时防止事故的发生。等，及时防止事故的发生。关键技术关键技术关键技术关键技术 关键技术关键技术 关键技术关键技术驱动系统的组成和结构形式驱动系统的组成和结构形式l l组成组成组成组成l结构形式结构形式 传统的驱动系统传统的驱动系统 简化的传统驱动系统简

9、化的传统驱动系统 电机电机驱动桥整体式驱动系统驱动桥整体式驱动系统 双电动机驱动系统双电动机驱动系统 内转子电动轮驱动系统内转子电动轮驱动系统 外转子电动轮驱动系统外转子电动轮驱动系统动力电池组动力电池组动力电池组动力电池组驱动电动机驱动电动机驱动电动机驱动电动机传动系统传动系统传动系统传动系统驱动轮驱动轮驱动轮驱动轮控制装置控制装置控制装置控制装置传统的驱动系统传统的驱动系统l电机替代发动机。电机替代发动机。l仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成。速器、传动轴和驱动桥等总成。l有电动机前置有电动机前置-驱动桥前置；

10、电动机前置驱动桥前置；电动机前置-驱动桥后驱动桥后置等各种驱动模式。置等各种驱动模式。l结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。M M M M电机电机电机电机 C C C C离合器离合器离合器离合器GBGBGBGB变速器变速器变速器变速器 D D D D差速器差速器差速器差速器其他结构形式简介其他结构形式简介双轮独双轮独立驱动立驱动集中驱集中驱动动 电机及控制器电机及控制器 电机及控制器电机及控制器 4 4、具有良好的效率特性、具有良好的效率特性,在较宽的转速在较宽的转速/转矩范转矩范围内围内,获得最优的效率获得最优的效率,提高一次充电后的持续行

11、驶里提高一次充电后的持续行驶里程程,一般要求在典型的驾驶循环区一般要求在典型的驾驶循环区,获得获得85%85%93%93%的效的效率。率。5 5、再生制动时的能量回收率高。、再生制动时的能量回收率高。6 6、电机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能、电机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻。轻。7 7、电机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够、电机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便。便。8 8、价格低、价格低 电机及其控制器电机及其控制器l纯电动汽车是利用电动机将电能转化为机械能来纯电动汽车是利用电动机将

12、电能转化为机械能来实现驱动的。实现驱动的。l电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。l车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为电动汽车车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为电动汽车用的电动机的功率必须要用的电动机的功率必须要 适应这种复杂工况的要求。适应这种复杂工况的要求。l对于不同的电机，采用的对于不同的电机，采用的 控制理论不同，其控制方控制理论不同，其控制方 法也各异。法也各异。电动汽车使用的几种典型电机：电动汽车使用的几种典型电机：1 1、直流电刷式电机、直流电刷式电机 制造技术较为成熟，具有线性和制造技术较为成熟，具有线性和稳定的输出特性曲线，容易控制，

13、其容稳定的输出特性曲线，容易控制，其容量取决于转矩和最高转速。量取决于转矩和最高转速。l缺点：电刷易磨损、转速低、质量重、缺点：电刷易磨损、转速低、质量重、体积大、可靠性差、效率低。由于有电体积大、可靠性差、效率低。由于有电刷和换相器，因此需要不断地维修。刷和换相器，因此需要不断地维修。l控制系统：斩波器控制系统：斩波器-直流电源与直流直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断开关装置。电机之间的一个周期性的通断开关装置。电机及控制器电机及控制器直流斩波器控制下的输出电压直流斩波器控制下的输出电压2 2、感应式电机、感应式电机：使用寿命长、效率高、可靠性好、转速高（使用寿命长、效率高、可靠性好、

14、转速高（15000r/min15000r/min），而且体积比相同转速的直流电动机小，），而且体积比相同转速的直流电动机小，加之无电刷和换相器，免去这方面的维修，价格也比其加之无电刷和换相器，免去这方面的维修，价格也比其它类型的电动机低。它类型的电动机低。l缺点：缺点：感应式电动机具有非线性输出特性，需要一个较感应式电动机具有非线性输出特性，需要一个较为复杂的控制系统，在高转速时必须对转子进行冷却以为复杂的控制系统，在高转速时必须对转子进行冷却以防止电动机损坏。防止电动机损坏。l控制方法：脉冲宽度调节控制方法：脉冲宽度调节(PWM)(PWM)；变频变压调节；变频变压调节(VFVV)(VFVV)

15、；矢量控制调节矢量控制调节(VC)(VC)；直接转矩控制；直接转矩控制(DSC)(DSC)电机及控制器电机及控制器3 3、永磁同步电机永磁同步电机：不需要电刷或滑环，其可靠性高，输出功率较大，与相不需要电刷或滑环，其可靠性高，输出功率较大，与相同转速的其他电动机相比，质量较轻。同转速的其他电动机相比，质量较轻。l缺点：缺点：电机具有永久性磁场，在恒功率范围时电动机的控制较电机具有永久性磁场，在恒功率范围时电动机的控制较为困难；在无载荷的情况下，易造成满磁通现象。为困难；在无载荷的情况下，易造成满磁通现象。l根据控制信号的不同，永磁同步电机可以分为正根据控制信号的不同，永磁同步电机可以分为正弦波

16、永磁同步弦波永磁同步电机电机(PMSM)(PMSM)和方波永磁同步电机和方波永磁同步电机(BLDCM)(BLDCM)。BLDCMBLDCM系统一般采用系统一般采用霍尔元件或增量式码盘；霍尔元件或增量式码盘；PMSMPMSM系统需要绝对式码盘或旋转变压系统需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效率，器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车的驱动系统，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。有极好的应用前景。电机及控制器电机及控制器4 4、开关式磁阻电动机开关式磁阻电动机：

17、能实现比功率感应式电动机速度更高的操作控制。它有能实现比功率感应式电动机速度更高的操作控制。它有比感应式电机更高的比感应式电机更高的“输出功率质量输出功率质量”比和比和“输出转矩输出转矩转动惯量转动惯量”比。比。l缺点：缺点：结构和控制系统均较为复杂，并存在噪声大、振动大结构和控制系统均较为复杂，并存在噪声大、振动大和转矩波动问题。和转矩波动问题。l同步式磁阻电动机：兼具感应式电动机和永磁式电动机的优同步式磁阻电动机：兼具感应式电动机和永磁式电动机的优点，其定子比感应式电动机要小，而转子没有绕阻和磁性，点，其定子比感应式电动机要小，而转子没有绕阻和磁性，更象一个在同频率下运行的具有凸极的同步电

18、动机。缺点是更象一个在同频率下运行的具有凸极的同步电动机。缺点是在低频轻载下的稳定性较差，解决这一问题是将其应用到电在低频轻载下的稳定性较差，解决这一问题是将其应用到电动汽车上的关键技术。动汽车上的关键技术。电机及控制器电机及控制器l驱动电机的基本性能比较驱动电机的基本性能比较 电机及控制器电机及控制器项目项目直流电机直流电机感应电机感应电机永磁电机永磁电机开关磁阻电机开关磁阻电机比功率比功率低低中中高高较高较高峰值效率峰值效率(%)85899495959790负荷效率负荷效率(%)8087909285977886功率因数功率因数(%)-828590936065恒功率区恒功率区-1:51:2.251:3转速范围转速范围(r/min)400060001200015000400010000可可15000可靠性可靠性 一般一般好好优良优良好好结构的坚固性结构的坚固性差差好好一般一般优良优良电机外廓电机外廓大大中中小小小小电机质量电机质量大大中中小小小小电机成本电机成本($/kW)108121015610控制操作性能控制操作性能最好最好好好好好好好控制器成本控制器成本低低高高高高一般一般2012年10月