《新能源汽車》課件 課題四 純電動汽車

課題四純電動汽車1.了解純電動汽車的定義及組成2.熟悉純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)3.掌握純電動汽車的組成和布置形式4.掌握電池管理系統(tǒng)的主要功能和工作模式5.熟悉純電動汽車的充電要求及充電模式

學習任務1.能夠描述電池管理系統(tǒng)的工作模式2.能構(gòu)描述能量回收系統(tǒng)的機構(gòu)及原理3.能夠描述什么是增程式電動汽車技能要求

任務一純電動汽車概述一、純電動汽車簡介純電動汽車廣義上可理解成由電動機驅(qū)動的車輛，電動機的驅(qū)動電能來源于車載儲能裝置（如蓄電池、超級電容、飛輪儲能裝置等），它包括在道路上行駛的電動車輛，低速的工業(yè)用電瓶車，機場、碼頭、倉庫用的電動運輸車和電動叉車，電動觀光游覽車，電動巡邏車及各種電動專用車等。二、純電動汽車動力系統(tǒng)組成典型的純電動汽車結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。如圖4-3所示，純電動汽車主要由電力驅(qū)動控制系統(tǒng)、車載電源控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)構(gòu)成。三、純電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)電池是電動汽車的動力源，也是一直制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。1.電池及管鋰技術(shù)新型純電動汽車整車控制系統(tǒng)是兩條總線的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，即驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN總線和車身系統(tǒng)的低速總線。2.整車控制技術(shù)整車輕量化技術(shù)始終是汽車技術(shù)重要的研究內(nèi)容。3.整車輕量化技術(shù)四、純電動汽車的特點（1）零排放，無污染。（2）整車的能量效率高，電能來源多樣化。（3）舒適性好。（4）動力系統(tǒng)布置靈活。

任務二純電動汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)一、驅(qū)動系統(tǒng)簡介純電動汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)是將動力電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為車輪上的機械能，驅(qū)動電動汽車行駛，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入動力電池，是電動汽車的關(guān)鍵組成部分。二、純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)的組成純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的組成如圖4-5所示，主要由中央控制單元、驅(qū)動控制器、驅(qū)動電動機、機械傳動裝置等組成。中央控制單元不僅是驅(qū)動系統(tǒng)的控制中心，還要對整輛純電動汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。1.中央控制單兀驅(qū)動控制器的功能是按中央控制單元的指令和驅(qū)動電動機的速度、電流反饋信號，對驅(qū)動電動機的速度、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進行控制。2.驅(qū)動控制器驅(qū)動電動機在純電動汽車中被要求承擔電動機和發(fā)電機的雙重功能，即在正常行駛時發(fā)揮其主要的電動機功能，將電能轉(zhuǎn)化為機械能；而在減速和下坡滑行時又被要求進行發(fā)電，將車輪的慣性動能轉(zhuǎn)換為電能。3.驅(qū)動電動機純電動汽車機械傳動裝置的作用是，將驅(qū)動電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動軸，從而帶動汽車車輪行駛。4.機械傳動裝置三、純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置如圖4-6所示，純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置形式目前主要有4種基本典型結(jié)構(gòu)，即傳統(tǒng)的驅(qū)動方式、電動機一驅(qū)動橋組合式驅(qū)動方式、電動機一驅(qū)動橋整體式驅(qū)動方式、輪轂電動機分散驅(qū)動方式。如圖4-7(a)和圖4-7(a)所示，該驅(qū)動系統(tǒng)仍然采用內(nèi)燃機汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置方式，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成，只是將內(nèi)燃機換成電動機，屬于改造型電動汽車。1.傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)布置形式如圖4-8所示，這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式即在驅(qū)動電動機端蓋的輸出軸處加裝減速齒輪和差速器等，電動機、固定速比減速器、差速器的軸互相平行，一起組合成一個驅(qū)動整體。2．電動機-驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng)布置形式如圖4-9(a)和圖4-9（b）所示，這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式與發(fā)動機橫向前置一前輪驅(qū)動的內(nèi)燃機汽車的布置方式類似，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．電動機一驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng)布置形式圖4-13，內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子電動輪。4.輪轂電動機分散驅(qū)動式驅(qū)動系統(tǒng)布置形式

任務三純電動汽車蓄電池管理系統(tǒng)一、動力蓄電池管理系統(tǒng)簡介由于動力電池能量和端電壓的限制，電動汽車需要采用多塊電池進行串、并聯(lián)組合，但是由于動力電池特性的非線性和時變性，以及復雜的使用條件和苛刻的使用環(huán)境，在電動汽車使用過程中，要使動力電池工作在合理的電壓、電流、溫度范圍內(nèi)，電動汽車上動力電池的使用都需要進行有效管理，對于鎳氫電池和銼離子電池，有效的管理尤其需要，如果管理不善，不僅可能會顯著縮短動力電池的使用壽命，還可能引起著火等嚴重安全事故，因此，動力電池管理系統(tǒng)成為電動汽車的必備裝置。二、動力電池管理系統(tǒng)的主要功能如圖4-15所示，常見動力電池管理系統(tǒng)的功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)估計、熱管理、數(shù)據(jù)通訊、安全管理、能量管理（包括動力電池電量均衡功能）和故障診斷，其中前6項為動力電池管理系統(tǒng)的基本功能。三、動力電池管理系統(tǒng)的組成及工作模式圖4-17所示為兩種典型的動力電池管理系統(tǒng)方案。如圖4-18所示，高壓接觸器包括B+接觸器、B-接觸器、預充接觸器、直流轉(zhuǎn)換器（用于向低壓電池及車載低壓設(shè)備供電）接觸器及車載充電器接觸器。動力電池管理系統(tǒng)可工作于下電模式、準備模式、放電模式、充電模式和故障處理模式等5種工作模式下。①下電模式。②準備模式。③放電模式。④充電模式。⑤故障模式。四、動力電池組的均衡充電管理和熱管理

1.動力電池組均衡充電管理動力電池組均衡充電具有以下3種方式:①充電結(jié)束后實現(xiàn)單體電池間的自動均衡，工作原理如圖4-19所示。②充電過程中實現(xiàn)單體電池間的自動均衡，主要有3種方案，如圖4-20所示。③采用輔助管理裝置，對單個電池的電流進行調(diào)整。如圖4-21所示。

2.動力電池組的熱管理①氣體冷卻法。圖4-22所示為幾種典型的氣體冷卻方式。②液體冷卻法。圖4-23所示為一種典型的液體冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成。③相變材料冷卻法。④熱管冷卻法。⑤帶加熱的熱管理系統(tǒng)。

任務四純電動汽車的充電一、純電動汽車蓄電池的充電方法1．蓄電池的常規(guī)充電方法（1）恒定電流充電法（2）恒定電壓充電法（3）有固定電阻的恒定電壓充電（4）階段等流充電法（5）浮充電法2.蓄電池的快速充電方法（1）定電流定周期快速充電法（2）定電流脈沖快速充電法（3）定電流定電壓脈沖快速充電法（4）定電流提升電壓脈沖充去極化充電法（5）定電壓定頻率脈沖去極化充電法（6）端電壓和充放電頻率脈沖去極化充電法（7）適應全過程去極化脈沖去極化充電法二、純電動汽車對充電的要求1．充電的快速化2．充電的通用化3.充電的智能化4.電能利用的高效化5.充電的集成化三、純電動汽車充電機1.充電機的類型（1）按充電機安裝位置分類車載充電機非車載充電機（2）按能量轉(zhuǎn)換方式分類接觸式充電機感應式充電機2．充電機的組成（1）高頻開關(guān)電源模塊（2）監(jiān)控單元（3）人機操作界面四、純電動汽車充電設(shè)施1．純電動汽車的充電模式（1）慢充方式（2）快充方式（3）換電池模式2.純電動汽車的充電設(shè)施（1）充電樁（2）充電站①充電樁的組成與類型②充電樁的設(shè)置①充電站的組成與功能②充電站的布置

任務五純電動汽車制動能量的回收一、制動能量回收的路徑和控制方式如圖4-32所示為制動能量回收時的能量傳遞路徑。1.制動能量回收路徑在圖4-33所示的制動能量回收控制方式中，制動踏板提供制動信號，信號傳遞到整車電控單元，整車電控單元根據(jù)車輛運行狀況及其他電控單元的狀態(tài)，決定是否進行制動能量回收，并分配制動能量回收時輔助制動力矩的大小。2.制動能量回收控制方式二、純電動汽車制動能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.無獨立發(fā)電機的制動能量回收系統(tǒng)（1）前輪驅(qū)動制動能量回收系統(tǒng)如圖4-35所示為前輪驅(qū)動制動能量回收系統(tǒng)的構(gòu)成。（2）全輪驅(qū)動能量回收制動系統(tǒng)如圖4-36所示為全輪驅(qū)動制動能量回收系統(tǒng)。如圖4-37所示，該系統(tǒng)帶有發(fā)電機，且發(fā)電機與驅(qū)動電動機是分別獨立安裝的，即將獨立的發(fā)電機連接到電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中（圖4-36中忽略了液壓制動系統(tǒng)）。2.有獨立發(fā)電機的制動能量回收系統(tǒng)三、純電動汽車電動機的制動原理1.他勵直流電動機的制動（1）能耗制動能耗制動時電路如圖4-38所示。圖4-38（2）反接制動反接制動的機械特性如圖4-39所示。（3）再生制動①正向再生制動正向再生制動為出現(xiàn)在第二象限的減速過程，如圖4-40所示。②反向再生制動反向再生制動適用于重物的穩(wěn)定下放，如圖4-41所示。②反向再生制動反向再生制動適用于重物的穩(wěn)定下放，如圖4-41所示。2．交流異步電動機的制動（1）能耗制動能耗制動電路如圖4-42所示。機械特性如圖4-43所示。（2）反接制動繞線式電動機反接制動原理如圖4-44所示，機械特性如圖4-45所示。（3）再生制動①正向再生制動異步電動機正向再生制動，如圖4-46所示。②反向再生制動異步電動機反向再生制動，如圖4-47所示。四、再生制動的控制策略1.制動能量回收系統(tǒng)控制方式控制邏輯如圖4-48所示。2.制動力的分配（1）電功率限制制動力分配的過程，如圖4-49所示。（2）ECE法規(guī)限制

任務六曾程式電動汽車一、增程式電動汽車簡介純電動汽車在行駛時完全沒有任何污染物排放，但目前的電量存儲技術(shù)還不能保障足夠車輛自身足夠的電力儲備，因此續(xù)航里程短就是致命的弱點。為了彌補這一弱點，為電動汽車提供更為持續(xù)的電力供應，增程式電動車（ExtendedRangeElectricVehicle，簡稱EREV）應運而生。增程式電動汽車是以電動機為主，發(fā)動機為輔。發(fā)動機的唯一作用是發(fā)電，為電池充電，來帶動電動機做功，來驅(qū)動車輛前進。增程式電動車是一種配有車載供電功能的純電動車輛。二、增程式純電動汽車基本組成增程式純電動汽車是在純電動汽車的基礎(chǔ)上增加增程器而成。它的主要由增程器、動力電池、驅(qū)動電動機及傳動系統(tǒng)組成，如圖4-51所示。三、增程式電動汽車基本工作模式1.純電動模式純電動模式屬于電量消耗階段。根據(jù)動力電池最佳工作區(qū)間特性，預先設(shè)計一個荷電狀態(tài)SOC閥值，當電池SOC值處于這個閾值以上時，增程式電動汽車處于純電動模式。在純電動模式，與純電動汽車一樣，由動力電池提供能量，由驅(qū)動電動機提供行駛動力。2.增程模式增程模式屬于電量維持階段。隨著車輛在純電動模式下運行，電池SOC逐漸降低，當?shù)陀谠O(shè)定閾值時，如果再繼續(xù)使用電池，將會減少電池的使用壽命。這時，應當啟動增程器，利用增程器發(fā)出的電能提供驅(qū)動電動機行駛，同時，多余的部分電能為電池充電，使電池SOC略微增加至預定閾值，并保持SOC處于前述兩個閉值之間，直至停車充電，將電池充滿，之后車輛行駛時，又進入純電動模式。四、沃藍達增程式電動汽車的結(jié)構(gòu)及工作模式1.結(jié)構(gòu)組成2.工作模式在此模式中，離合器C1接合如圖4-57所示，C2和C3分離，行星齒輪齒圈鎖止。（1）純電動工作模式：低速單一電動機行駛模式在此模式中，離合器C2接合，C1和C3分離，如圖4-58所示。（2）純電動工作模式：高速雙電動機行駛模式當SOC低于預定閾值時，整車進入增程模式，在車速較低時，離合器C1、C3接合，C2分離，如圖4-59所示。（3）純?nèi)加凸ぷ髂Ｊ剑旱退賳我浑妱訖C行駛模式在純?nèi)加拖碌碾p電動機模式，離合器C1分離，從而讓行星齒輪的外齒圈可以被驅(qū)動，待電動機轉(zhuǎn)速降低、發(fā)電動機轉(zhuǎn)速上升之后，也可以說整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速在行星齒輪組得