純電動汽車純電動汽車

第二章純電動汽車主要內(nèi)容概述

概念、發(fā)展簡史、優(yōu)點、關(guān)鍵技術(shù)純電動汽車的系統(tǒng)組成傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理純電動汽車的性能典型的純電動汽車結(jié)構(gòu)1、概述

所謂的純電動汽車是指利用動力電池作為儲能動力源，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車前進的一種新能源汽車。其優(yōu)點是：1.1純電動汽車的概念零排放、零污染、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，同時行駛平穩(wěn)、乘坐舒適、安全性好及駕駛簡單輕便、可使用多種能源、機械結(jié)構(gòu)多樣化等。先進的電驅(qū)動技術(shù)，設(shè)計有中里程(約165km)和長里程(約258km)兩套電池組合，創(chuàng)新的雙速大扭矩變速器實現(xiàn)卓越的效率和性能。如果需要，它能依靠150kW電機實現(xiàn)迅捷的加速性(0~100公里/小時小于7秒)和超過200公里/小時的最高車速；該車可實現(xiàn)30分鐘內(nèi)充電達到80%，實現(xiàn)100%充電也只需要不到4個小時。吉利EC7純電動汽車純電動汽車和燃油汽車相比的優(yōu)點（1）不消耗石油資源，純電動汽車在運行中不排放廢氣，噪聲也比內(nèi)燃機汽車低。（2）純電動汽車具有比內(nèi)燃機汽車高得多的能量轉(zhuǎn)換效率。（3）純電動汽車運行中消耗的電能可由多種能源轉(zhuǎn)化。（4）純電動汽車可以充分利用夜間電網(wǎng)低谷為電池充電，避免了電能的浪費。（5）純電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)更好的控制性能，包括運動控制、舒適性、故障診斷等，同時可以更容易地實現(xiàn)智能化交通管理。1.2純電動汽車的特點純電動汽車也具有以下缺點：（1）低的電池能量密度。（2）過重的電池組。（3）有限的續(xù)駛里程與汽車動力性能。（4）電池組昂貴的價格及有限的循環(huán)壽命。（5）汽車附件的使用受到限制。

2、純電動汽車的系統(tǒng)組成純電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)：電動機驅(qū)動子系統(tǒng)由車輛控制器、電力電子變換器、電機、機械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成能源子系統(tǒng)由能源、能量管理單元和能量的燃料供給單元構(gòu)成輔助子系統(tǒng)由功率控制單元、車內(nèi)氣候控制單元和輔助電源組成純電動汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)車輛控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制電力電子變換器的功率裝置的通斷功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電機和電源之間的功率流能量管理系統(tǒng)和車輛控制器一起控制再生制動及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電器一同控制充電并監(jiān)測電源的使用情況輔助動力供給系統(tǒng)供給電動汽車輔助系統(tǒng)不同等級的電壓并提供必要的動力雙線表示機械連接，粗實線表示電氣連接，細(xì)線表示控制信號連接典型純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)奧運純電動客車構(gòu)型3、傳動系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)及工作原原理C:離合器；D:差速器；FG:固定速比變變速箱；GB:變速箱；M:電機3.1配置多檔傳傳動裝置和和離合器的的傳統(tǒng)驅(qū)動動系A(chǔ)MTATCVTDSG借助于電動動機在大范范圍轉(zhuǎn)速變變化中所具具有的恒功功率特性，，可用固定定檔的齒輪輪傳動裝置置替代多檔檔變速箱，，并縮減了了對離合器器的需要。。減小機械械傳動裝置置的尺寸和和重量，且且不需要換換擋，簡化化驅(qū)動系的的控制。3.2無離合器需需求的單檔檔傳動裝置置3.2.1純電動汽車車的傳動裝裝置電動機的力力矩變化范范圍不能滿滿足電動汽汽車行駛性性能的要求求，因此，，在電動機機和驅(qū)動輪輪之間需要要安裝一個個機械減速速箱或變速速箱。另一方面，，可以使電電動機經(jīng)常常保持在高效率的工工作范圍內(nèi)內(nèi)工作，減輕電動動機和動力力電池組的的負(fù)荷。采采用一個兩檔變速箱箱，即可滿足足電動汽車車行駛阻力力變化范圍圍的要求，，同時可以以減輕電動動機和動力力電池組的的負(fù)荷，提提高工作效效率，而傳傳動裝置的的結(jié)構(gòu)也不不復(fù)雜。。兩檔變速器器和差速器器一體化奧運客車一一體化電機機驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)采用交流異異步電機額定功率100kw峰值功率150kw最高轉(zhuǎn)速4500rpm冷卻方式：：風(fēng)冷三擋變速器器最大輸入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩1100Nm，靜扭安全全系數(shù)2.5最高輸入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速4500rpm最大輸入功功率150KW可靠性達到到30萬次@1100Nm@1860rpm變速器噪聲聲79dB@1860rpm輸出端符合合無軌電車車附加絕緣緣連接標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)傳統(tǒng)車AMT系統(tǒng)組成自動離合器器齒輪式機械械變速器電子控制系系統(tǒng)3.2.2電機與AMT傳動控制單元輸輸入：駕駛員意圖圖——加速踏板，，制動踏板板，檔位的的選擇；汽車的工作作狀態(tài)——發(fā)動機轉(zhuǎn)速速、節(jié)氣門門開度、車車速等?？刂茊卧鶕?jù)換擋規(guī)規(guī)律、離合合器控制規(guī)規(guī)律、發(fā)動動機節(jié)氣門門自適應(yīng)調(diào)調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)產(chǎn)生的輸出出，對節(jié)氣氣門開度、、離合器、、換擋操作作三者進行行綜合控制制，有效配配合。電機——AMT控制系統(tǒng)組組成換擋過程電機工作模式控制策略換擋前轉(zhuǎn)矩模式根據(jù)踏板信號輸出目標(biāo)力矩摘空擋自由模式目標(biāo)力矩為0，電機自由旋轉(zhuǎn)等待同步調(diào)速模式給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速換擋操作自由模式目標(biāo)力矩為0，電機自由旋轉(zhuǎn)換擋完成轉(zhuǎn)矩模式根據(jù)踏板信號輸出目標(biāo)力矩電機與AMT控制系統(tǒng)換擋過程中中電機工作作模式及控控制策略優(yōu)點：AMT的系統(tǒng)集成成性好，容容易布置，，開發(fā)時間間短，成本本低，省油油。一般用用于重型汽汽車及城市市公交車上上，如環(huán)衛(wèi)衛(wèi)車、奧運運大客車等等。缺點：AMT會因擋位變變動引起換換擋過程中中動力中斷斷，車輛失失速快，沖沖擊大，同同時，由于于AMT控制策略與與電機配合合的問題，，可能出現(xiàn)現(xiàn)掉擋、換換擋失敗及及其它機械械故障等問問題！電機與AMT控制系統(tǒng)的的特點傳統(tǒng)手動箱箱動力傳動動系統(tǒng)效率率匹配曲線線AMT動力傳動系系統(tǒng)效率匹匹配曲線3.3固定檔的傳傳動裝置和和差速器的的集成差速器被兩兩個牽引電電動機所替替代。雙側(cè)側(cè)獨立驅(qū)動動，轉(zhuǎn)向則則通過控制制兩個電機機以不同的的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。。3.4兩個獨立的的電動機和和帶有驅(qū)動動軸的固定定檔傳動裝裝置3.5配置兩個獨獨立電動機機和固定檔檔傳動裝置置的直接驅(qū)驅(qū)動電機安裝在在車輪內(nèi)——輪式驅(qū)動。。一個薄型型的行星齒齒輪組可用用以降低電電機轉(zhuǎn)速，，增大轉(zhuǎn)矩矩。該薄型行星星齒輪組具具有高減速速比，以及及輸入輸出出軸縱向配配置的優(yōu)點點。3.6兩個分離的的輪式驅(qū)動動形式輪轂電機驅(qū)驅(qū)動如果將驅(qū)動動電機直接接安裝在車車輪上，可可以縮短甚甚至可以去去掉電機與與車輪之間間的機械傳傳遞裝置高速內(nèi)轉(zhuǎn)子子電機低速外轉(zhuǎn)子子電機輪轂電機驅(qū)驅(qū)動高速內(nèi)轉(zhuǎn)子子電機：必須裝固定定速比的減減速器來降降低車速。。輪轂電機驅(qū)驅(qū)動低速外轉(zhuǎn)子子電機：可以完全去去掉變速裝裝置，外轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子就安裝裝在車輪輪輪緣上，而而且電機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和車輪輪轉(zhuǎn)速相等等，因而就就不需要減減速裝置。。但它是以以低速電機機的體積、、重量和成成本為代價價的。四輪輪轂電電機驅(qū)動清華研制的的四輪獨立立驅(qū)動微型型電動轎車車4.電動汽車的的能源結(jié)構(gòu)構(gòu)形式所選用的蓄蓄電池應(yīng)該該能提供足足夠高的比能量和比功率。B:蓄電池；P:功率轉(zhuǎn)換器器兩種不同的的蓄電池，，其中一種種能提供高比比能能量量，另另外外一一種種提提供供高比比功功率率。。帶小型型重重整整器器的電電動動汽汽車車的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡圖圖，，燃燃料料電電池池所所需需的的氫氫氣氣由由重重整整器器隨隨車車產(chǎn)產(chǎn)生生。。B:蓄電電池池；；FC:燃料料電電池池P:功率率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器R:重整整器器燃料料電電池池能能提提供供高高的的比比能能量量但但不不能能回回收收再再生生制制動動能能量量，，因因此此最最好好與與高比比功功率率且且能能高高效效回回收收制制動動能能量量的蓄蓄電電池池結(jié)結(jié)合合在在一一起起使使用用。。B:蓄電電池池；；FC:燃料料電電池池P:功率率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器R:重整整器器當(dāng)用用蓄電電池池與電容容器器進行行混混合合時時，，所所選選的的蓄蓄電電池池必必須須能能提提供供高高比比能能量量，，因因為為電電容容器器本本身身比比蓄蓄電電池池具具有有更更高高的的比比功功率率和和更更高高效效回回收收制制動動能能量量的的能能力力B:蓄電電池池；；C:電容容器器FW:超高高速速飛飛輪輪P:功率率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器超高高速速飛飛輪輪是具具有有高比比功功率率和和高高效效制制動動能能量量回回收收能能力力的儲儲能能器器。。超超高高速速飛飛輪輪與與具具有有兩兩種種工工作作模模式式（（電電動動機機和和發(fā)發(fā)電電機機））的的電電機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子相相結(jié)結(jié)合合，，能能夠夠?qū)㈦婋娔苣芎秃蜋C機械械能能進進行行雙向向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換。所所選選用用的的蓄蓄電電池池應(yīng)應(yīng)能能提提供供高比比能能量量。飛飛輪輪最最好好與與無無刷刷交交流流電電機機結(jié)結(jié)合合使使用用，，在在蓄蓄電電池池和和飛飛輪輪之之間間加加一一個個AC/DC轉(zhuǎn)換換器器。。5、純純電電動動汽汽車車的的性性能能電動動汽汽車車和和傳傳統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)燃燃機機汽汽車車的的性性能能既既有有相相同同之之處處又又有有區(qū)區(qū)別別這兩兩種種汽汽車車的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向裝裝置置、、懸懸架架裝裝置置及及制制動動系系統(tǒng)統(tǒng)基基本本上上也也是是相相同同的的。。它們們之之間間的的主主要要差差別別是是采采用用了了不不同同的的動動力力源源。。內(nèi)內(nèi)燃燃機機汽汽車車是是燃燃油油混混合合氣氣體體在在內(nèi)內(nèi)燃燃機機中中燃燃燒燒作作功功，，從從而而推推動動汽汽車車前前進進。。電電動動汽汽車車是是由由蓄蓄電電池池提提供供電電能能，，經(jīng)經(jīng)過過驅(qū)驅(qū)動動系系統(tǒng)統(tǒng)和和電電動動機機，，驅(qū)驅(qū)動動電電動動汽汽車車行行駛駛。。因因此此，，電動動汽汽車車的的操操縱縱穩(wěn)穩(wěn)定定性性、、平平順順性性及及通通過過性性與與內(nèi)內(nèi)燃燃機機汽汽車車完完全全相相同同。。電動動汽汽車車本本身身除具具有有再再生生制制動動性性能能外外，，與與內(nèi)內(nèi)燃燃機機的的制制動動性性能能也也是是相相同同的的。對對于于電電動動汽汽車車不存存在在燃燃油油經(jīng)經(jīng)濟濟性性。電電動動汽汽車車的的能能量量供供給給和和消消耗耗，，與與蓄蓄電電池池的的性性能能密密切切相相關(guān)關(guān)，，直直接接影影響響電電動動汽汽車車的的動動力力性性和和續(xù)續(xù)駛駛里里程程，，同同時時影影響響電電動動汽汽車車行行駛駛的的成成本本效效益益，，這這是是研研究究電電動動汽汽車車經(jīng)經(jīng)濟濟性性的的課課題題。。5.1牽引引電電動動機機的的特特性性5.2電動動汽汽車車的的驅(qū)驅(qū)動動力力電動動汽汽車車的的的的驅(qū)驅(qū)動動力力：：式中中：：Ft———驅(qū)動動力力（（N）；；Tm———電動動機機輸輸出出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩（（N··m）；；ig———減速速器器或或者者變變速速箱箱傳傳動動比比；；io———主減減速速器器傳傳動動比比；；ηt———電動動汽汽車車機機械械傳傳動動效效率率；；rd——驅(qū)動輪輪半徑徑（m）。行駛阻阻力計計算電動汽汽車在在坡道道上上上坡加加速行行駛時時，作作用于于電動動汽車車上的的阻力力與驅(qū)驅(qū)動力力保持持平衡衡，建建立如如下的的汽車車行駛駛方程程式：：式中Ft——電動汽汽車驅(qū)驅(qū)動力力；Ff——電動汽汽車行行駛時時的滾滾動阻阻力(N)；Fw——電動汽汽車行行駛時時的空空氣阻阻力(N)；Fj——電動汽汽車行行駛時時的加加速阻阻力(N)；Fi——電動汽汽車行行駛時時的坡坡道阻阻力(N)；驅(qū)動力力與行行駛阻阻力平平衡通常對對汽車車的動動力性性的評評價指指標(biāo)有有三種種，即即汽車車的最最高車車速，，最大大加速速能力力和最最大爬爬坡度度。汽車的的最高車車速是指汽汽車在在無風(fēng)風(fēng)的條條件下下，在在水平平良好好硬路路面上上所能能到達達的的的最高高車速速。汽車的的加速能能力用汽車車原地地起步步的加加速能能力和和超車車加速速能力力來表表示。。通常常采用用汽車車加速速過程程中所所經(jīng)過過的加加速時時間和和加速速距離離作為為評價價汽車車加速速性的的指標(biāo)標(biāo)。汽車的的爬坡能能力是指汽汽車在在良好好道路路上以以最低低行駛駛車速速上坡坡行駛駛的最最大坡坡度。。5.3電動汽汽車的的續(xù)駛駛里程程電動汽汽車上上動力力蓄電電池組組兩次次充足足電之之間的的總行行駛里里程稱稱為電電動汽汽車的的續(xù)駛里里程，以公公里（（km）表示示影響因因素行駛的的環(huán)境境狀況況行駛規(guī)規(guī)范蓄電池池的性性能電動汽汽車的的總質(zhì)質(zhì)量輔助裝裝置的的能量量消耗耗續(xù)駛里里程s的理論論計算算Ft——電動汽汽車驅(qū)驅(qū)動力力（N）Pair——空調(diào)功功率(kW)u——行駛車車速（（km/h)Q——電池組組容量量（A.h）Ub——電池組組電壓壓（V）DD——放電深深度（（%）5.4純電動動汽車車燃料料經(jīng)濟濟性電動汽汽車在在動力力蓄電電池完完全充充電狀狀態(tài)下下以一一定的的行駛駛工況況，能能連續(xù)續(xù)行駛駛的最最大距距離，，單位位為km.能量消消耗率率(EnergyConsumption)：電動動汽車車經(jīng)過過規(guī)定定的試試驗循循環(huán)后后對動動力蓄蓄電池池重新新充電電至試試驗前前的容容量，，從電電網(wǎng)上上得到到的電能除以行駛里里程所得到到的數(shù)數(shù)值，，單位位為Wh/km;比能量量消耗耗率：電動動汽車車能量消消耗率率與整車質(zhì)質(zhì)量的比值值，單單位為為Wh/(km××ton)能量經(jīng)經(jīng)濟性性：電動動汽車車以各各種預(yù)預(yù)定行行駛規(guī)規(guī)范達達到的的續(xù)駛里里程與蓄電電池再再充電電恢復(fù)復(fù)到原原有的的充電電狀態(tài)態(tài)所需需要的的交流流電能量之比比。單單位：：km/kWhac工況續(xù)續(xù)駛里里程：：電動汽汽車單單位里里程的的能耗耗在0.11～1.07Wh/km范圍內(nèi)內(nèi)變化化。電動汽汽車比比能耗耗在0.035～0.11kWh/(kmton)范圍內(nèi)內(nèi)變化化國內(nèi)外外電動動汽車車比能能耗與與續(xù)駛駛里程程的統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)數(shù)據(jù)車型總質(zhì)量/kg總能量/kWh續(xù)駛里程/km能耗/(kWh/km)比能耗/(kWh/km·t)Impact134516.2950.1450.107G型廂式電動汽車353033.5597.60.3440.097U.S電動轎車16420130120.71.0770.066大發(fā)HJ－IET139514.41000.1440.103IZA157328.85480.052600.035華利微型電動汽車142014.4900.160.113清華號電動汽車129014.41000.1440.11華聯(lián)“HL－42”137817.21560.110.08華聯(lián)“HL－61”456042.2156～1280.27～0.190.04~0.06北京市大通道電車16000～1800090①1000.90.05~0.06電池國家標(biāo)準(zhǔn)16000～18000115①1001.150.064~0.072美國加州試驗結(jié)果0.15~0.220.132~0.294奧地利150輛電動汽車試驗結(jié)果0.134~0.25YW61200DD電動大客車(40km/h等速)16980110165.20.6650.039BJD6100EV電動公交車(40km/h等速)15610113.031680.6720.0435.5電動汽汽車的的典型型工況況與性性能指指標(biāo)在城市市高等等級快快速公公路上上行駛駛時，，道路路設(shè)施施完善善，路路面為為柏油油路和和水泥泥路，，由于于廣泛泛采用用立體體交通通，立立交橋橋的路路面坡坡度一一般為為4～5%。電動動汽車車在這這種路路面上上行駛駛時，，車速速一般般為60～100Km/h。目前前電動動汽車車的比比功率率均低低于燃燃油汽汽車，，相應(yīng)應(yīng)地，，電動動汽車車的最最高車車速略略低一一些。。電動轎轎車的的最高高車速速一般般選為為80～100Km/h，電動動大客客車的的最高高車速速一般般為75～90Km/h?？紤]電電動汽汽車在在立交交橋坡坡道上上原地地起步步工況況。在在這種種路面面上電電動汽汽車能能克服服的坡坡度不應(yīng)低低于15%。對于于在市市區(qū)運運行的的電動動公共共汽車車，車車站與與車站站之間間的距距離通通常為為1Km左右，，車輛輛需要要經(jīng)常常起步步和停停車，，乘客客時多多時少少，高高峰時時電動動公共共汽車車的超超載能能力為為設(shè)計計載荷荷能力力的1.4～1.8倍。尤尤其在在夏天天，電電動公公共汽汽車長長時間間在高高溫、、高負(fù)負(fù)荷狀狀態(tài)下下工作作，因因此應(yīng)應(yīng)考慮慮合理理的過過熱和和過載載保護護。最大大坡坡度度行行駛駛工工況況，，我我國國某某些些沿沿海海港港口口、、旅旅游游觀觀光光勝勝地地以以及及內(nèi)內(nèi)地地山山城城的的城城區(qū)區(qū)郊郊區(qū)區(qū)的的坡坡度度較較大大。。坡坡度度在在15%左右右，，考考慮慮到到在在坡坡道道上上起起步步的的能能力力，，根根據(jù)據(jù)電電動動汽汽車車的的不不同同用用途途，，電電動動汽汽車車能能克克服服的的最最大大坡坡度度一一般般選選18～27%比較較合合適適（（有有特特殊殊要要求求的的除除外外））。。汽油油機機轎轎車車的的加加速速性性能能很很高高，，高高級級轎轎車車的的超超車車加加速速性性能能要要求求更更高高，，因因此此轎轎車車的的后后備備功功率率很很大大，，最最大大功功率率在在100kW以上上。。純純電電動動轎轎車車由由于于受受到到電電動動機機功功率率和和動動力力電電池池的的重重量量與與尺尺寸寸的的限限制制，，要要達達到到同同類類汽汽油油機機轎轎車車的的加加速速性性，，目目前前還還比比較較困困難難。。電電動動汽汽車車的的加加速速能能力力與與其其最最大大爬爬坡坡能能力力相相當(dāng)當(dāng)即即可可。。6、典典型型的的純純電電動動汽汽車車結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)6.1改裝裝式式的的純純電電動動汽汽車車對傳傳統(tǒng)統(tǒng)福?？丝怂顾管囓囆托瓦M進行行純純電電動動改改造造23kW.h磷酸酸鐵鐵鋰鋰電電池池90kW、245N.m永磁磁同同步步電電機機單速速變變速速器器續(xù)航航里里程程160km最高高車車速速136km/h6.2完全全開開發(fā)發(fā)的的純純電電動動汽汽車車1）整整車車技技術(shù)術(shù)和和設(shè)設(shè)計計鋁框框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、自自動動胎胎壓壓檢檢測測、、電電動動助助力力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向、、可可加加熱熱車車窗窗玻玻璃璃、、可可編編程程的的而而空空調(diào)調(diào)系系統(tǒng)統(tǒng)等等2）傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)三相相