電動汽車結(jié)構(gòu)與原理簡介課件PPT詳解

電動汽車結(jié)構(gòu)與原理2.0

概述2.0.1定義2.0.2特點2.0.3基本組成2.0.4關(guān)鍵技術(shù)2.0.5發(fā)展趨勢2.0.1

定義蓄電池電動汽車（純電動汽車）EV(ElectricVehicle)是僅由動力蓄電池向電機供應電能驅(qū)動車輛行駛的道路車輛。2.0.1

定義結(jié)構(gòu)示意圖2.0.2

特點節(jié)能，不消耗石油；環(huán)保，無污染；噪聲和振動小。能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞，各部件的布置具有很大的靈敏性。驅(qū)動系統(tǒng)布置不同會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)分很大；接受不同類型的電機(如直流電機和溝通電機)會影響到純電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形態(tài)；不同類型的儲能裝置也會影響電動汽車的質(zhì)量、尺寸及形態(tài)。不同的補充能源裝置具有不同的硬件和機構(gòu)，例如蓄電池可通過感應式和接觸式的充電器充電，或者接受替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電。2.0.3基本組成1.車載電源2.電池管理系統(tǒng)3.驅(qū)動電動機4.限制系統(tǒng)5.車身及底盤6.平安疼惜系統(tǒng)2.0.3基本組成1.車載電源組成以動力電池組作為車載電源，用周期性的充電來補充電能。重要性

動力電池組是EV的關(guān)鍵裝備，儲存的電能、質(zhì)量和體積，對EV性能起確定性影響，也是發(fā)展EV的主要探討和開發(fā)對象。

EV發(fā)展的癥結(jié)在于電池，電池技術(shù)對EV的制約照舊是EV發(fā)展的瓶頸。

建立充電站系統(tǒng)、報廢電池回收和處理工廠，是推廣EV的關(guān)鍵問題。2.0.3基本組成1.車載電源發(fā)展(1)第一代EV電池：鉛酸電池

優(yōu)點：技術(shù)成熟，成本低。

缺點：比能量和比功率低不能滿足EV續(xù)駛里程和動力性能的需求，但進一步發(fā)展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，使鉛酸電池的比能量有所提高。

2.0.3基本組成1.車載電源發(fā)展(2)其次代高能電池：鎳—鎘電池、鎳—氫電池、鈉—硫電池、鈉—氯化鎳電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋅—空氣電池和鋁—空氣電池等

優(yōu)點：比能量和比功率都比鉛酸電池高，大大提高了EV的動力性能和續(xù)駛里程。

缺點：有些高能電池須要困難的電池管理系統(tǒng)和溫度限制系統(tǒng)，各種電池對充電技術(shù)有不同要求。而且電化學電池中的活性物質(zhì)在運用確定的期限后，會老化變質(zhì)以至完全丟失充電和放電功能而報廢，從而使EV的運用成本高。2.0.3基本組成1.車載電源發(fā)展(3)第三代電池：飛輪電池、超級電容器飛輪電池是電能—機械能—電能轉(zhuǎn)換的電池。超級電容器是電能—電位能—電能轉(zhuǎn)換的電池。這兩種儲能器在理論上都具有很大的轉(zhuǎn)換實力，而且充電和放電便利快速，但尚處于研制階段。2.0.3基本組成1.車載電源高壓電源

動力電池組供應約155~380V高壓直流電。

動力電池組是供電機工作的唯一動力電源。

空調(diào)系統(tǒng)的空壓機，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵和制動系統(tǒng)的真空泵等，也須要動力電池組供應動力電能。低壓電源動力電池組通過DC/DC轉(zhuǎn)換器，供應12V或24V低壓電，并儲存到低壓電池組中，作為儀表、照明和信號裝置等工作的電源。2.0.3基本組成2.電池管理系統(tǒng)管理

對動力電池組充電與放電時的電流、電壓、放電深度、再生制動反饋電流、電池溫度等進行限制。

個別電池性能變更后，會影響到整個動力電池組性能，故需用電池管理系統(tǒng)來對整個動力電池組及其每一單體電池進行監(jiān)控，保持各個單體電池間的一樣性。充電動力電池組必需進行周期性的充電。高效率充電裝置和快速充電裝置，是EV運用時所必需的幫助設備?？山邮艿孛娉潆娖?、車載充電器、接觸式充電器或感應充電器等進行充電。2.0.3基本組成3.驅(qū)動電動機驅(qū)動電動機是驅(qū)動EV行駛的唯一動力裝置。類型直流電動機、溝通電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機等。再生制動

再生制動是EV節(jié)能的重要措施之一。制動時電動機可實現(xiàn)再生制動，一般可回收10%~15%的能量，有利于延長EV行駛里程。

在EV制動系統(tǒng)中，還保留常規(guī)制動系統(tǒng)和ABS制動系統(tǒng)，以保證車輛在緊急制動時有牢靠的制動性能.2.0.3基本組成4.限制系統(tǒng)EV的限制系統(tǒng)主要是對動力電池組的管理和對電動機的限制。將加速踏板、制動踏板機械位移的行程量轉(zhuǎn)換為電信號，輸入中心限制器，通過動力限制模塊限制驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。計算動力電池組剩余電量和剩余續(xù)駛里程。對整車低壓系統(tǒng)的電子、電器裝置進行限制。接受各種各樣的傳感器、報警裝置和自診斷裝置等，對整個動力電池組—功率轉(zhuǎn)換器—驅(qū)動電動機系統(tǒng)進行監(jiān)控并剛好反饋信息和報警。2.0.3基本組成5.車身及底盤車身EV車身造型特殊重視流線型,以降低空氣阻力系數(shù)。底盤

由于動力電池組的質(zhì)量大，為減輕整車質(zhì)量，接受輕質(zhì)材料制造車身和底盤部分總成。

動力電池組占據(jù)的空間大，在底盤布置上還要有足夠的空間存放動力電池組，并且要求線路連接、充電、檢查和裝卸便利，能夠?qū)崿F(xiàn)動力電池組的整體機械扮裝卸。2.0.3基本組成6.平安疼惜系統(tǒng)高壓平安動力電池組具有高壓直流電，必需設置平安疼惜系統(tǒng)，確保駕駛員、乘員和修理人員在駕駛、乘坐和修理時的平安。故障處理必需配備電氣裝置的故障自檢系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時自動限制EV不能起動等，剛好防止事故的發(fā)生。2.0.3基本組成小結(jié)操縱：在操縱裝置和操縱方法上繼承或沿用內(nèi)燃機汽車主要的操縱裝置和操縱方法，適應駕駛員的操作習慣，使操作簡潔化和規(guī)范化。限制：在EV限制系統(tǒng)中，接受全自動或半自動的機電一體化限制系統(tǒng)，達到平安、牢靠、節(jié)能、環(huán)保和靈敏的目的。電池：提高電池的比能量和比功率，實現(xiàn)電池的高能化。電機：接受高效率的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和高效率的驅(qū)動電動機，提高電動機和驅(qū)動系統(tǒng)的效率。車身和底盤：接受流線型車身，降低迎風面積和空氣阻力系數(shù)。接受輕金屬材料、高強度復合材料和新型EV專用車身和底盤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)車身和底盤的輕量化，減輕整備質(zhì)量。接受低滾動阻力輪胎，降低行駛阻力。再生制動：回收再生制動能量，延長行駛里程。2.0.4關(guān)鍵技術(shù)1.驅(qū)動電動機的選擇及功率匹配電動機應具有良好的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，一般具有6000~15000r/min的轉(zhuǎn)速。依據(jù)車輛行駛工況，驅(qū)動電動機可以在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)運轉(zhuǎn)。驅(qū)動電動機應常常保持在高效率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。在低速—大轉(zhuǎn)矩（恒轉(zhuǎn)矩區(qū)）運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)效率在0.75~0.85之間，在恒功率運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)效率在0.8~0.9之間。2.0.4關(guān)鍵技術(shù)2.動力電池組的選擇與特性3.減速器傳動比的確定由于電動機的轉(zhuǎn)速高，不能干脆驅(qū)動車輛的車輪，通常在驅(qū)動系統(tǒng)中接受大速比的減速器或2檔變速器。作用：減速、增扭減速器或變速器中不設置倒檔齒輪，倒車是靠電動機的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。2.0.4關(guān)鍵技術(shù)4.限制系統(tǒng)的設計目標：延長續(xù)駛里程續(xù)駛里程

續(xù)駛里程指電動汽車從動力蓄電池全充溢狀態(tài)起先到標準規(guī)定的試驗結(jié)束時所走過的里程。接受工況法依據(jù)確定的工況反復地循環(huán)行駛，是EV測定續(xù)駛里程的基本方法。

我國頒布的GB/T18386—2001《電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》適用于EV最大總質(zhì)量≤3500kg，最高車速≥70km/h的EV。2.0.4關(guān)鍵技術(shù)4.限制系統(tǒng)的設計延長續(xù)駛里程的方法

選用高比能量的電池。

削減EV在行駛中各種環(huán)節(jié)中的能量損耗。

削減EV幫助系統(tǒng)的電能消耗，對空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向等進行自動限制。

設計新EV時，在造型、結(jié)構(gòu)、材料和配件方面，應使G,f和CD等盡量降低。2.0.5發(fā)展趨勢當前EV主要向小型化、特性化、家庭化和休閑化方向開拓市場，可適當?shù)亟档蛯恿π阅?、最高車速和續(xù)駛里程方面的要求。世界各國都有各種各樣的微型和小型EV在運用。如日本豐田汽車公司E-com微型電動轎車和日產(chǎn)汽車公司的Hypermini微型電動轎車。NissanHypermini

(2000)2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)組成動力電池組驅(qū)動電動機傳動系統(tǒng)驅(qū)動輪限制裝置驅(qū)動系統(tǒng)2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1.傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)(1)電動機替代發(fā)動機。(2)照舊接受內(nèi)燃機汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成。(3)有電動機前置、驅(qū)動橋前置(F-F)，電動機前置、驅(qū)動橋后置(F-R)等各種驅(qū)動模式。(4)結(jié)構(gòu)困難，效率低，不能充分發(fā)揮電動機的性能。M—電動機C—離合器GB—變速器D—差速器2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式2.簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)接受固定速比減速器，去掉離合器，可削減機械傳動裝置的質(zhì)量、縮小其體積。M—電動機FG—固定速比減速器D—差速器2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式3.電動機—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)(1)與發(fā)動機橫向前置、前輪驅(qū)動的內(nèi)燃機汽車的布置方式類似。(2)把電動機、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸連接驅(qū)動車輪。(3)傳動機構(gòu)緊湊，傳動效率較高，安裝便利，在小型電動汽車上應用最普遍。M—電動機FG—固定速比減速器D—差速器2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式4.雙電動機驅(qū)動系統(tǒng)(1)接受兩個電動機通過固定速比減速器分別驅(qū)動兩個車輪。(2)每個電動機的轉(zhuǎn)速可以獨立的調(diào)整限制，便于實現(xiàn)電子差速，不必選用機械差速器。M—電動機FG—固定速比減速器2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式4.雙電動機驅(qū)動系統(tǒng)(3)電子差速器的優(yōu)點是體積小、質(zhì)量輕，在汽車轉(zhuǎn)彎時可以實現(xiàn)精確的電子限制，提高電動汽車的性能；其缺點是由于增加了電動機和功率轉(zhuǎn)換器，增加了初始成本，而且在不同條件下對兩個電動機進行精確限制的牢靠性須要進一步發(fā)展。機械差速器電子差速器2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式5.內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)(1)電動機裝在車輪內(nèi)，形成輪轂電動機，可進一步縮短從電動機到驅(qū)動輪的傳遞路徑。(2)接受高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機(約10000r/min)，需裝固定速比減速器降低車速。一般接受高減速比行星齒輪減速裝置，安裝在電動機輸出軸和車輪輪緣之間，且輸入和輸出軸可布置在同一條軸線上。

M—電動機FG—固定速比減速器2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式5.內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)(3)高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動機具有體積小、質(zhì)量輕和成本低的優(yōu)點，但它須要加行星齒輪變速機構(gòu)。內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式6.外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)(1)接受低速外轉(zhuǎn)子電動機，可完全去掉變速裝置。(2)電動機外轉(zhuǎn)子干脆安裝在車輪輪緣上，電動機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速相等，車輪轉(zhuǎn)速和車速限制完全取決于電動機的轉(zhuǎn)速限制。

M—電動機2.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式6.外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng)(3)低速外轉(zhuǎn)子電動機結(jié)構(gòu)簡潔，無需齒輪變速傳動機構(gòu)，但其體積大、質(zhì)量大、成本高。外轉(zhuǎn)子電動輪2.2驅(qū)動電機及其限制系統(tǒng)2.2.1電機類型2.2.2電機性能要求與選用2.2.3直流電機2.2.4感應電機2.2.5永磁電機2.2.6開關(guān)磁阻電機2.2.7各種電機的比較2.2.1電機類型驅(qū)動電機的基本類型直流溝通特種直流電機異步電機同步電機鼠籠式感應電機永磁電機同步磁阻電機開關(guān)磁阻電機其它特種電機永磁無刷電機永磁同步電機繞線式感應電機2.2.2電機性能要求與選用對電動汽車用驅(qū)動電機的基本要求

較大范圍的調(diào)速性能。

高效率，低損耗。

在車輛減速時實現(xiàn)制動能量回收并反饋蓄電池。

電動機的質(zhì)量、各種限制裝置的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等盡可能小。

對電氣系統(tǒng)平安性和限制系統(tǒng)的平安性，都必需符合國家(或國際)有關(guān)車輛電氣限制的平安性能的標準和規(guī)定，裝置高壓疼惜設備。

牢靠性好、耐和順耐潮性能強，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。

結(jié)構(gòu)簡潔，適合大批量生產(chǎn)，運行噪聲低，運用修理便利，價格便宜等。2.2.2電機性能要求與選用電動車用電機的選用

接受技術(shù)成熟，性能牢靠，限制便利和價格便宜的電機，如感應電機和永磁電機。

電機在低速時應具有大的轉(zhuǎn)矩和超載實力，過載系數(shù)應達到3~4；在高速運轉(zhuǎn)時，應具有大的功率和有較寬敞的恒功率范圍。

有足夠的動力性能克服各種行駛阻力，保證電動汽車有良好的起動、加速性能和行駛速度及實現(xiàn)制動能量回收。電機驅(qū)動力與電動車行駛阻力平衡圖2.2.3直流電機分類

永磁直流電機

勵磁繞組直流電機它勵并勵串勵(多用于電動車)復勵2.2.3直流電機優(yōu)點具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩限制特性，限制裝置簡潔、價廉。缺點效率較低、質(zhì)量大、體積大、牢靠性低(有換向器和電刷).限制系統(tǒng)斬波器是在直流電源與直流電機之間的一個周期性的通斷開關(guān)裝置。一象限直流斬波限制直流斬波器限制下的輸出電壓2.2.4感應電機分類

繞線式感應電機

鼠籠式感應電機：多用于電動車優(yōu)點效率高、結(jié)構(gòu)簡潔、堅實牢靠、免維護、體積小、重量輕、易于冷卻(可干脆向定子和轉(zhuǎn)子噴油)、壽命長、能有效的實現(xiàn)再生制動等。限制方法脈沖寬度調(diào)整(PWM)；變頻變壓調(diào)整(VFVV)；矢量限制調(diào)整(VC)；干脆轉(zhuǎn)矩限制(DSC)2.2.5永磁電機優(yōu)點高質(zhì)量比功率，高效率等。缺點限制系統(tǒng)困難，成本高，功率范圍較小等。2.2.6開關(guān)磁阻電機優(yōu)點

高起動轉(zhuǎn)矩、低起動電流

高效率、低損耗

電機結(jié)構(gòu)簡潔，適應于高速運轉(zhuǎn)，成本低

電機功率電路簡潔

牢靠性好

良好的適應性缺點限制系統(tǒng)困難，輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，振動大、噪聲大等。2.2.7各種電機的比較驅(qū)動電機的基本性能比較項目直流電機感應電機永磁電機開關(guān)磁阻電機比功率低中高較高峰值效率(%)85~8994~9595~9790負荷效率(%)80~8790~9285~9778~86功率因數(shù)(%)-82~8590~9360~65恒功率區(qū)-1:51:2.251:3轉(zhuǎn)速范圍(r/min)4000~600012000~150004000~10000可>15000可靠性

一般好優(yōu)良好結(jié)構(gòu)的堅固性差好一般優(yōu)良電機外廓大中小小電機質(zhì)量大中小小電機成本($/kW)108~1210~156~10控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般課外作業(yè)1比較各種驅(qū)動電機的性能優(yōu)缺點。2.2純電動汽車實例分析EV實車DaimlerChryslerSmartFortwoGEMlightEVsBluecarPandaEVbyMES-DEATheModecHeuliez-DassaultSVECleanova2.2純電動汽車實例分析EV實車EFFEDIMaranello4AIXAMMegaCityNissanHypermini

(2000)2.2純電動汽車實例分析EV實車※國產(chǎn)純電動轎車2