電動汽車基礎知識(培訓課件)

電動汽車根底知識2023年12月17日

Contents目錄電動汽車的三種主要型式2純電動汽車3電動汽車概述1Contents目錄電動汽車的三種主要型式2純電動汽車3電動汽車概述1城市大氣污染日趨嚴重石油資源面臨枯竭威脅1.石油資源有限,不可再生,按目前探明的儲量和開采的速度還能用40~50年。2電力可從多種能源得到。電動汽車有利于節(jié)能起電能調(diào)峰作用充分利用晚間充裕電能，占總?cè)萘?/2。1電動汽車概述1、電動汽車開展的必要性1電動汽車概述2、國內(nèi)外電動汽車的開展狀況(一)、國際電動汽車的開展現(xiàn)狀日、美、歐三足鼎立，日本稱雄，美國雄起、歐洲跟進EV、HEV、FCEV多頭并進，HEV重點開展第一，日本一直以來，出于對能源危機和環(huán)境保護的關注及占領未來世界汽車市場的考慮，日本十分重視電動汽車的研制與開發(fā)。從目前世界范圍內(nèi)的整個形勢來看，日本是電動汽車技術開展速度最快的少數(shù)幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(chǎn)品開展方面，日本居世界領先地位。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。第二，美國。美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少，三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過純電動汽車，而混合動力和燃料電池電動汽車目前還未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據(jù)了主導地位。1電動汽車概述2、國內(nèi)外電動汽車的開展狀況公司車型投放時間現(xiàn)運行情況豐田公司混合動力轎車ＰＲＩＵＳ（普銳斯）1997年批量投放2000．7出口北美2000．9出口歐洲二十多個國家至目前其全球銷量達到了50萬輛2012年該公司要將其所有的車型全部裝上混合動力發(fā)動機繼ＰＲＩＵＳ混合動力轎車之后，豐田還推出了ＥＳＴＩＭＡ（大霸王）混合動力汽車和搭載軟混合動力系統(tǒng)的ＣＲＯＷＮ（皇冠）轎車，其在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面走在了世界前列。本田公司混合動力電動汽車Ｉｎｓｉｇｈｔ混合動力汽車Ｃｉｖｉｃ（思域）2002年混合動力汽車Ａｌｔｉｍａ（阿蒂瑪）2006年向美國市場銷售2010年日本國內(nèi)普及５萬輛2、國內(nèi)外電動汽車的開展狀況(二)、國內(nèi)電動汽車的現(xiàn)狀

政府搭臺、企業(yè)唱戲，活動助推、補貼運行企業(yè)、科研院所、高校形成產(chǎn)學研1電動汽車概述1電動汽車概述(三)、中國政府的政策與推動《電動汽車科技開展“十二五〞專項規(guī)劃》的總體思路，“十二五〞期間將重點開展7個方面的工作。第一，堅持“三縱三橫〞研發(fā)布局〔即以燃料電池汽車、混合動力電動汽車、純電動汽車三種車型為“三縱〞，多能源動力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)、動力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術為“三橫〞〕和“產(chǎn)業(yè)化研發(fā)〞模式。第二，加大充電根底設施科技創(chuàng)新力度，加快根底設施建設。第三，加快技術標準研究，完善標準體系建設。第四，深化示范推廣，探索商業(yè)推動模式。第五，支持組建產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟、承擔科技方案任務。第六，完善公共平臺，加強人才培養(yǎng)。第七，深化國際技術交流與合作，推動電動汽車國際化開展。2、國內(nèi)外電動汽車的開展狀況1電動汽車概述(三)、中國政府的政策與推動2023年政府補貼政策：2、國內(nèi)外電動汽車的開展狀況不管是哪種類型的電動汽車，均具有環(huán)保、節(jié)能的特點。汽車誕生至今，面臨著能源、環(huán)保和平安的問題，電動汽車是節(jié)能和環(huán)保的現(xiàn)代汽車開展的主要方向。未來電動汽車開展方向：方向是燃料電池電動汽車和純電動汽車，目前的主流是混合動力電動汽車；以政府主導扶持為主，產(chǎn)學研合作為模式，補貼的商業(yè)化；關鍵技術開展是核心，理論研究是根底，根底配套設施是保障。1電動汽車概述3、電動汽車的特點和開展方向Contents目錄電動汽車的三種主要型式2純電動汽車3電動汽車概述11、純電動汽車〔BatterypoweredEV)2、混合動力電動汽車(HybridEV)3、燃料電池電動汽車(FuelcellEV)2電動汽車的三種主要型式純電動汽車——由可充電電池〔如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池等〕提供動力源的汽車。優(yōu)點：零排放、無污染、結(jié)構簡單。缺點：能量密度低、本錢高、續(xù)航里程有限。2電動汽車的三種主要型式2.1EVEV的動力組成2電動汽車的三種主要型式2.1EV混合動力電動汽車——車上裝有兩個以上動力源，包括有電機驅(qū)動，符合汽車道路交通、平安法規(guī)的汽車。一般是指內(nèi)燃機車發(fā)電機，再加上蓄電池的電動汽車。串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)、綜合式；輕度和混合，中度混合和重度混合。優(yōu)點：可實現(xiàn)內(nèi)燃機和電動機的最正確配合；可方便回收能量；市區(qū)可零排放；可解決空調(diào)、取暖等問題；可利用現(xiàn)有加油站；可延長電池壽命。缺點：結(jié)構復雜、依賴原油。2電動汽車的三種主要型式2.2HEV2電動汽車的三種主要型式2.2HEV混合動力電動汽車〔串聯(lián)增程式〕混合動力電動汽車（行星輪式并聯(lián)型）發(fā)動機控制器電機變速箱主減速器輔助電池轉(zhuǎn)矩合成裝置2電動汽車的三種主要型式2.2HEV混合動力電動汽車（并聯(lián)型-插電式）發(fā)動機電機變速箱主減速器輔助電池控制器充電器～?節(jié)約運行成本2電動汽車的三種主要型式2.2HEV混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀1、節(jié)能減排優(yōu)勢明顯。豐田、本田等公司的混合動力品種已超過20多個，年產(chǎn)量超過25萬輛。燃料經(jīng)濟性提高（30－50）％，減排明顯。2、國內(nèi)企業(yè)熱情很高，一汽、上汽、東風、長安等公司均在開發(fā)并聯(lián)、混聯(lián)等多種型式的混合動力轎車。3、混合動力正成為通用技術。汽油機、柴油機、天然氣發(fā)電機、燃料電池發(fā)電機都可向混合動力發(fā)展。日本的混合動力系統(tǒng)水平最高。2電動汽車的三種主要型式2.2HEV氫燃料電池電動汽車——利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學反響產(chǎn)生的電能，并作為主要動力源驅(qū)動的汽車。優(yōu)點：燃料電池汽車具有安靜、高效、能量密度較高和零污染〔或低污染〕排放的特點，同時續(xù)駛里程完全可以和內(nèi)燃機汽車相媲美，具有結(jié)束內(nèi)燃機汽車百年統(tǒng)治地位的潛力。缺點：本錢高，可靠性和壽命有待改進。2電動汽車的三種主要型式2.3FCEV

電機控制器

燃料電池發(fā)動機電動機

單向DC/DC變換器輔助電池能量混合型結(jié)構方案1輔助電池容量大2電動汽車的三種主要型式2.3FCEV

電機控制器

燃料電池發(fā)動機電動機

雙向DC/DC變換器輔助電池結(jié)構方案2功率混合型輔助電池容量小2電動汽車的三種主要型式2.3FCEVH2陽極電解質(zhì)（質(zhì)子交換膜）催化劑陰極H22H++2e-2H+e-e-O2H2O2H++2e-+1/2O2質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)工作原理圖2電動汽車的三種主要型式2.3FCEV目前使用于電動汽車中的燃料電池是一種被稱為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，它以純氫為燃料，以空氣中的氧氣為氧化劑。燃料電池：能量轉(zhuǎn)換效率高，實際效率已達45％~55％，是傳統(tǒng)燃油發(fā)動機效率的2—3倍。加拿大的BALLABC公司目前處于世界領先水平。優(yōu)點：零排放或近似零排放、效率高。

目前面臨的主要問題：1、氫的來源；2、氫的存儲；3、核心材料本錢高。推廣使用需要一定的時間。2電動汽車的三種主要型式2.3FCEV燃料電池城市客車2電動汽車的三種主要型式2.3FCEV燃料電池電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀但各國政府在對研發(fā)燃料電池技術上也存在分歧，在支持力度上也各不相同。1、日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省前幾年就對燃料電池汽車開發(fā)與推廣制定了時間表，其戰(zhàn)略目標是：到2020年,日本使用的燃料電池汽車達到500萬輛；到2030年，要全面普及燃料電池汽車。2、在歐洲，歐盟把燃料電池和氫能源技術發(fā)展成為能源領域的一項戰(zhàn)略高新技術，使歐盟在燃料電池和氫能源技術方面處于世界領先地位，歐盟將力爭在２０２０年前建立一個燃料電池和氫能源的龐大市場。3、在美國，承認燃料電池電動車“不是近期的解決方法，也不是中期的解決方法，而確實是遠期的方法”。燃料電池的研發(fā)重點已轉(zhuǎn)向了基礎性研究。2電動汽車的三種主要型式2.3FCEVContents目錄電動汽車的三種主要型式2純電動汽車3電動汽車概述13.2主要的參數(shù)確實定3.1根本組成3.3總結(jié)1.車載電源及其管理系統(tǒng)2.

驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)3.整車控制系統(tǒng)4.車身及底盤3純電動汽車3.1根本組成1.車載電源及其管理系統(tǒng)重要性

動力電池組是EV的關鍵裝備，儲存的電能、質(zhì)量和體積，對EV性能起決定性影響，也是開展EV的主要研究和開發(fā)對象。

EV開展的癥結(jié)在于電池，電池技術對EV的制約仍然是EV開展的瓶頸。3純電動汽車一、鉛酸電池3純電動汽車鉛酸蓄電池已有１００多年的前史，普遍用作傳統(tǒng)燃油汽車的起動電源。它也是成熟的電動汽車動力電池。優(yōu)點：它可靠性好、維護簡單、原資料易得、價格比較低。但它有兩大缺陷：一是比能量低，目前水平：45Wh/kg，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個是循環(huán)壽命短〔300-500次〕，運行本錢過高。1.車載電源及其管理系統(tǒng)二、鎳氫電池3純電動汽車優(yōu)點：鎳氫蓄電池沒有重金屬污染問題。其比能量達70－80W?h/kg，比功率達160－230W／kg，鎳氫電池有高倍率的放電特性，短時間可以以3C放電，瞬時脈沖放電率很大。鎳氫電池的過充和過放性能很好，并且可以隨充隨放，在15分鐘內(nèi)充滿60%的容量，1h內(nèi)可以完全充滿，在80%SOC的放電深度下，循環(huán)壽命可以到達1000次以上。未來隨著其技術開展，其循環(huán)壽命可超過2000次，本錢可降至150美元/Kw?h。主要缺乏：1、有記憶效應。2、自放電損耗大，對環(huán)境溫度敏感，充電發(fā)熱；3、價格仍較高，目前500－700美元/kWh。1.車載電源及其管理系統(tǒng)三、鋰離子電池3純電動汽車鋰離子電池與鉛酸電池比較：1、循環(huán)壽命長：磷酸鐵鋰動力電池循環(huán)壽命到達2000次以上；鉛酸電池壽命短〔300-500次〕。2、低溫度放電性能好：鋰離子電池可在-25度時正常工作，其電容量可達標稱容量的70%，而鉛酸電池在-10度時的電容量的50%，在-25度時不：能正常工作。3、自放電率低：將充滿電的鋰離子電池組，放置兩個月后，其電容量大于等于80%，而鉛酸電池放置兩個月，僅為標稱容量的40%-50%。4、比能量高：由于鋰離子電池的體積僅為鉛酸電池的30%，因此當使用相同的空間時鋰離子電池的能量儲藏比鉛酸電池大。鋰離子電池比能量的理論值為570W?h／kg，它當前到達的功能目標是：比能量為100w?h／kg，比功率200w/kg5、工作溫度范圍寬：鋰離子電池可在-25度到55度范圍內(nèi)工作，而鉛酸電池只能在10度到40度范圍內(nèi)工作。6、可以大電流放電：鋰離子電池在1C倍率下大電流放電，其容量僅為額定電容量60%。7、充電時間短：由于鋰離子電池具有可大電流充電的特性，因此充電時間只要4-5小時，而鉛酸電池那么需要8至10小時。8、綠色環(huán)保：無污染〔電池材料不存在有毒物質(zhì)〕。與鉛酸電池對人體，環(huán)境有害的重金屬鉛。缺點：價格高。1.車載電源及其管理系統(tǒng)四、超級電容3純電動汽車.超級電容器與鉛酸電池比較：.1、超級電容器是綠色能源〔活性炭〕，不污染環(huán)境。.2、超級電容器循環(huán)壽命長〔10萬次〕；鉛酸電池壽命短〔500次〕。.3、超級電容器充電速度快〔0.3秒~15分鐘〕；鉛酸電池充電時間長〔5~8小時〕，很多電池就是充電時間長。.4、超級電容器充放電效率高〔98%〕；鉛酸電池充放電效率低〔70%〕；.5、超級電容器功率密度高〔10.000W/kg〕；鉛酸電池功率密度低〔300W/kg〕，差30多倍。.6、超級電容器工作溫度范圍〔-40~50〕；鉛酸電池電動車在-40℃續(xù)駛里程減少90%，超級電容器只減少10%。.7、超級電容器電動大客車能量回收率強，緊急制動能量回收高達75%；鉛酸電池能量回收僅為5%，這點對大客車很重要，可以節(jié)約大量的燃料。缺點：超級電容器價格比鉛酸電池高一倍。但超級電容器的壽命比鉛酸電池高10倍，這點對公共大客車產(chǎn)業(yè)化非常重要。比能量小。超級電容與蓄電池混合前景看好。1.車載電源及其管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)的功能：(1)鋰電池管理系統(tǒng)主要達成以下四個目標:①保障各個單體電池的均衡性;②及時診斷出電池出現(xiàn)的問題;③防止電池的過充電和過放電;④準確地獲得電池的荷電狀態(tài)(SOC)。3純電動汽車1.車載電源及其管理系統(tǒng)具體來說：①電池工況監(jiān)測:實時采集的數(shù)據(jù)有單體模塊電池電壓,電池總電壓、電池總電流、以及多點溫度等。②剩余電量(SOC)估計:電池剩余能量相當于傳統(tǒng)車的油量。系統(tǒng)應在線采集電流、電壓等參數(shù),通過相應的算法進行SOC的估計。③電池健康度(SOH)估計:電池健康度表示了電池壽命的信息,通過相應的算法進行SOH的估計。④充放電控制:根據(jù)電池的工作狀況,對電池的進行充放電控制。如電池電壓超標或過電流,系統(tǒng)將切斷繼電器,停止電池工作。⑤電池均衡控制:由于電池個體的差異以及使用狀態(tài)的不同,電池在使用過程中不一致性會越來越嚴重。均衡技術消除這種不一致。⑥熱管理:實時采集每組電池的多點溫度,采取散熱措施防止電池溫度過高。⑦故障診斷報警:通過數(shù)據(jù)采集,可預測電池性能,進行故障診斷和報警。⑧信息監(jiān)控:電池的主要信息傳送到車載顯示終端進行實時顯示。3純電動汽車1.車載電源及其管理系統(tǒng)2.

驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)3純電動汽車電機的主要類型3純電動汽車一、直流電機根本性能：

有刷直流電動機的主要優(yōu)點是控制簡單、技術成熟。具有交流電機不可比較的優(yōu)良控制特性。

缺乏：

由于存在電刷和機械換向器，不但限制了電機過載能力與速度的進一步提高，而且如果長時間運行，勢必要經(jīng)常維護和更換電刷和換向器。另外，運行過程中需要電刷和換向器換向，電機效率低于交流感應電機。此外，電機本身體積大、重量大、最高轉(zhuǎn)速低，鑒于直流電動機存在以上缺陷，在新研制的電動汽車上已根本不采用直流電機。3純電動汽車二、交流三相感應電機根本性能：

交流三相感應電動機是應用得最廣泛的電動機。其定子和轉(zhuǎn)子采用硅鋼片疊壓而定子之間沒有相互接觸的滑環(huán)、換向器等部件。結(jié)構簡單，運行可靠，經(jīng)久耐用。交流感應電動機的功率覆蓋面很寬廣，轉(zhuǎn)速到達12000～15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式，冷卻自由度高。對環(huán)境的適應性好，井能夠?qū)崿F(xiàn)再生反響制動。與同樣功率的直流電動機相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價格廉價，維修方便。

缺乏：

交流三相感應電動機的耗電量較大，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，在高速運轉(zhuǎn)時需要保證對交流三相感應電動機的冷卻，否那么會損壞電動機。交流三相感應電動機的功率因數(shù)較低，使得變頻變壓裝置的輸入功率因數(shù)也較低，因此需要采用大容量的變頻變壓裝置。交流三相感應電動機的控制系統(tǒng)的造價遠遠高于交流三相感應電動機本身，增加了電動汽車的本錢。另外，交流三相感應電動機的調(diào)速性也較差。3純電動汽車三、開關磁阻電機

根本性能：

開關磁阻電動機是一種新型電動機，該系統(tǒng)具有很多明顯的特點：它的結(jié)構比其它任何一種電動機都要簡單，在電動機的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部較短，沒有相間跨接線，維護修理容易。因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達15000r/min。效率可達85%～93%呢，比交流感應電動機要高。損耗主要在定子，電機易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率。更加適合電動汽車動力性能要求。

缺乏：

開關磁阻電動機的控制系統(tǒng)比其他電動機的控制系統(tǒng)復雜一些，位置檢測器是開關磁阻電動機的關鍵器件，其性能對開關磁阻電動機的控制操作有重要影響。由于開關磁阻電動機為雙凸極結(jié)構，不可防止地存在轉(zhuǎn)矩波動，噪聲是開關磁阻電動機最主要的缺點。但近年來的研究說明，采用合理的設計、制造和控制技術，開關磁阻電動機的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開關磁阻電動機輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直流母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。3純電動汽車四、永磁無刷直流電動機根本性能：

永磁無刷直流電動機是一種高性能的電動機。永磁無刷直流電動機沒有換向火花，沒有電磁干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達幾十萬轉(zhuǎn)運行。

缺乏：

永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機在恒功率模式下，操縱復雜，需要一套復雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)造價很高。3純電動汽車五、永磁同步電機根本性能：

永磁同步電機和永磁無刷直流電機在結(jié)構上和工作原理上大致相同，轉(zhuǎn)子都是永久磁鐵，定子電樞繞組略有差異。永磁同步電機通常采用矢量控制策略，可以實現(xiàn)寬范圍的恒功率弱磁調(diào)速。優(yōu)點是：效率高、體積小、重量輕、控制精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小等。

缺乏：

永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，影響電機的性能?？刂破鲝碗s，造成其本錢偏高。3純電動汽車電機的比較：3純電動汽車電動汽車用電機的開展趨勢電機向永磁化、數(shù)字化和集成化方向開展；永磁電機具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、便于維護的優(yōu)點，采用矢量控制的驅(qū)動系統(tǒng)可使永磁電機具有寬廣的調(diào)速范圍，因為目前電機類型由原來的日系永磁電機、北美系交流感應電機、歐系永磁和感應電機并存的狀況，開展為均向永磁電機靠攏的態(tài)勢。2.電機轉(zhuǎn)速有向高速化開展的趨勢；3.電機系統(tǒng)的冷卻有向液冷開展的趨勢。3.整車控制系統(tǒng)整車控制器具有以下功能：

(1)能接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向各個部件控制器發(fā)送控制指令，使車輛按駕駛期望行駛。

(2)能與電機、DC/DC、鎳氫蓄電池組等進行可靠通訊，通過CAN總線進行狀態(tài)的采集輸入及控制指令量的輸出。

(3)接收處理各個零部件信息，結(jié)合BMS單元提供當前的能源狀況信息，評估續(xù)駛里程、平均等效油耗等。

(4)系統(tǒng)故障的判斷和存儲，動態(tài)檢測系統(tǒng)信息，記錄出現(xiàn)的故障。

(5)對整車具有保護功能，視故障的類別對整車進行分級保護，緊急情況下可以關掉發(fā)電機及切斷母線高壓系統(tǒng)。

(6)協(xié)調(diào)管理車上其他電器設備。整車控制器是一個多輸入、多輸出的復雜系統(tǒng)，因此按照模塊化思想設計了硬件系統(tǒng)的各個模塊，主要包括：最小應用系統(tǒng)模塊，電源模塊，CAN通訊模塊，串口通訊模塊，數(shù)模輸入輸出模塊。3純電動汽車4.車身及底盤車身EV車身造型特別重視流線型,以降低空氣阻力系數(shù)。采用鋁合金車身或碳纖維車身等輕量化措施。底盤

由于動力電池組的質(zhì)量大，為減輕整車質(zhì)量，采用輕質(zhì)材料制造底盤局部總成〔如：鋁合金車架、輕質(zhì)輪轂、鋁合金副車架等〕，輕量化的懸架和擺臂等。

采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動空調(diào)系統(tǒng)、采用電動真空泵抽取真空的真空助力系統(tǒng)3純電動汽車設計純電動汽車首先要進行選型設計，除了車型選擇外，電機類型與其性能參數(shù)、電池類型與其性能參數(shù)、控制方式的選擇、電池數(shù)量的選擇等都是首先要確定的。3純電動汽車3.2主要參數(shù)確實定1電機功率的選擇電機功率的選擇將對電動汽車的動