電動汽車原理課件資料

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1電動汽車的概述

電動汽車是與燃油汽車相對應(yīng)的，1881年就出現(xiàn)了電動汽車。在20世紀20年代達到了鼎盛時期，然而在燃油汽車出現(xiàn)后電動汽車無論在整車質(zhì)量、動力性能、行駛里程、機動性和靈活性方面愈來愈落后于燃油汽車。在全球溫室效應(yīng)與能源問題逐漸受到各國政府的重視下，主要國家之污染法規(guī)漸趨嚴格，因此對低污染車輛之需求勢必增加。隨著各種高性能蓄電池和高效率電機不斷地出項，使人們把目光又轉(zhuǎn)向了零污染或超低污染排放的電動汽車。從20世紀70年代起，新一代電動汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種高性能的電動汽車。電動汽車是至少以一種動力源為車載電源，全部或部分由電機驅(qū)動，符合道路交通安全法規(guī)的汽車。它因車載動力系統(tǒng)不同可分為三類：以車載燃料電池為動力的燃料電池電動汽車（FuelCellElectricVehicle--FCEV）；以車載蓄電池為動力的蓄電池電動汽車（ElectricVehicle--EV

），亦稱之為純電動汽車；以車載多能源為動力的混合動力電動汽車（HybridElectricVehicle--HEV），其動力來自2個或2個以上能源，如蓄電池，超級電容，飛輪電池，太陽能，內(nèi)燃機，燃氣輪機，斯特林發(fā)動機等。

2電動汽車的特點

隨著能源危機和環(huán)境污染的全球兩大突出問題日益嚴重，特別是隨電動汽車自身難點不斷解決，使電動汽車具有更多突出特點。

(1)對環(huán)境無污染(2)節(jié)能及能源多樣化和綜合利用(3)結(jié)構(gòu)簡單和維護使用方便

3.1蓄電池電動汽車（EV）

EV是一種最好的零污染或超低污染的車輛，它沒有噪聲和振動，操作性能好等，遠遠地優(yōu)先于燃油汽車，是當前開發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型。EV動力源采用蓄電池--電動機系統(tǒng)。

3.1.1EV的基本組成部分：

(1)車載電源

(2)電池的管理系統(tǒng)

(3)驅(qū)動電動機和驅(qū)動系統(tǒng)

(4)控制技術(shù)

(5)車身及底盤

(6)安全保護系統(tǒng)3.1.2EV的控制策略和控制系統(tǒng)3.1.3蓄電池電動汽車的發(fā)展

EV發(fā)展的瓶頸在于電池。近年來由于電池技術(shù)的制約使得EV發(fā)展速度有所緩慢。在車載電源得到解決后，電動汽車必會迅速地發(fā)展。目前EV趨于小型化、個性化和家庭化發(fā)展，主要為家庭輔助用車或休閑用車。3.1.4幾種典型EV世界各國有各種微型和小型EV在使用。韓國現(xiàn)代公司推出的蓄電池電動跑車

美國洛杉磯車展法國文圖瑞（Venturi）公司推出，集各種高端性能于一身，當今世界上最昂貴的一款電動車。

3.2燃料電池電動汽車（FCEV）

采用燃料電池作電源的電動汽車稱為燃料電池電動汽車即FuelCellElectricVehicle(FCEV)。其動力源是用燃料電池發(fā)動機-電動機系統(tǒng)。燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)是FCEV的核心部分，不同燃料作為動力源，發(fā)電機系統(tǒng)組成是有差別的。目前，多以壓縮氫氣或液化氫氣及作為基本燃料。

3.2.1介紹幾種典型的燃料電池電動車

下面分別介紹以氫為燃料和以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)。并介紹通用的一款用氫氣作為燃料的燃料電池電動汽車。以氫為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)氫氣儲存罐

氫氣壓力調(diào)節(jié)器熱交換器氫氣循環(huán)泵

5冷凝器、汽水分離器

水箱水泵空氣壓縮機空氣加濕、去離子過濾器燃料電池組11電源開關(guān)

12DC/DC轉(zhuǎn)換器

13逆變器

驅(qū)動電機以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)甲醇儲存罐

重整器帶燃燒氣H凈化器氫氣凈化泵

通用Hy-wire

氫動三號由200塊相互串聯(lián)在一起的燃料電池塊組成的電池組產(chǎn)生電力，通過68升的氫氣儲存罐向燃料電池組提供氫氣。電池組所產(chǎn)生的電能輸入電動機后，通過功率為60千瓦/82馬力三相異步電機驅(qū)動車輛行駛，并幾乎不產(chǎn)生任何噪音。氫儲存罐分為兩種，一種罐內(nèi)儲存的是溫度為-253°C的液態(tài)氫，另一種罐內(nèi)儲存的是承受最高壓力可達700Pa的高壓氫氣。一次充氣行駛里程分別可達400公里和270公里。

通用Hy-wire氫動三號的電池組3.2.2FCEV的發(fā)展現(xiàn)狀

燃料電池技術(shù)被認為是21世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)，其具有能量轉(zhuǎn)化效率高、不污染環(huán)境、使用壽命長等不可比擬的優(yōu)勢。但是由于目前燃料電池研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動汽車的發(fā)展也受到了限制。3.3混合電動汽車（HEV）

從世界范圍內(nèi)電動汽車的發(fā)展過程看，電動汽車的研究是從單獨依靠蓄電池供電的純電動汽車開始的。但由于純電動汽車是從單獨依靠蓄電池供電的，而目前動力電池的性能和價格還沒有取得重大突破，因此，純電動汽車的發(fā)展沒有達到預(yù)期的目的。目前燃料電池研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動汽車的發(fā)展也受到了限制。在此情況下，混合動力汽車成為電動汽車開發(fā)過程中最有可能市場化的一種新車型，它將現(xiàn)有內(nèi)燃機與一定容量的儲能器件通過先進控制系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗，減少污染物排放。國外普遍認為它是投資少、選擇余地大、易于滿足未來排放標準和節(jié)能目標、市場接受度高的主流清潔車型，從而引起各大汽車公司的關(guān)注。3.3.1HEV的工作過程

HEV采用發(fā)動機-發(fā)電機和電動驅(qū)動系統(tǒng)。發(fā)動機的動力保證HEV正常行駛時所需要的基本動力。然后采用控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍、降低發(fā)動機的最高轉(zhuǎn)速、保持發(fā)動機的穩(wěn)定均衡地運轉(zhuǎn)和“開—關(guān)”的控制方式，使發(fā)動機避開啟動、怠速和轉(zhuǎn)速突然變化時，燃料燃燒不完全而引起的燃料經(jīng)濟性降低和增加有害氣體的排放。HEV以電動機驅(qū)動作為輔助動力。一般在HEV發(fā)動機啟動、車輛啟動、加速和爬坡時起作用。還起發(fā)電機的作用，使發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。3.3.1HEV的主要技術(shù)組成(1)發(fā)動機采用四沖程內(nèi)燃機（包括汽油機和柴油機）、二沖程內(nèi)燃機（包括汽油機和柴油機）、轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃氣輪機和斯特林發(fā)動機等。(2)電動機采用直流電動機、交流感應(yīng)電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機等。(3)電池采用不同的蓄電池、燃料電池、儲能器和超級電容器等。3.3.2按發(fā)動機和電動機的不同形式的組合可分為：(1)串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）(2)并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV）(a)發(fā)動機軸動力組合式(b)動力組合器組合式(c)驅(qū)動輪動力組合式(3)混聯(lián)式混合動力電動汽車（PSHEV）(a)動力組合器動力組合式(b)驅(qū)動輪動力組合式日本、美國開展了混合動力電動汽車的研究?；旌蟿恿﹄妱愚I車多采用并聯(lián)和混聯(lián)的結(jié)構(gòu)型式不同，混合動力電動公共汽車的結(jié)構(gòu)型式以串聯(lián)為主。在1998年，通用公司研制出的Gen2斯特靈混和動力車，使用斯特靈發(fā)動機通用公司Gen2混合動力樣車

標致雪鐵龍集團推出基于“柴油-電力”混合動力的兩款展示車——標致307和雪鐵龍C4。這種混合動力車平均百公里能耗為3.4升柴油，二氧化碳的排放量為每公里90克。在高速行駛模式下為80g/km，與307及C4的柴油發(fā)動機車型相比，分別減少了28％和45％。柴油混合動力車的燃效為29.4km/L，比汽油混合動力車提高25％，每100km可節(jié)省1L左右的燃料?；旌蟿恿ο到y(tǒng)由最大輸出功率為66kW的1.6L柴油發(fā)動機、柴油顆粒過濾器（DPF）、起動器兼交流發(fā)電機、“Stop＆Start”系統(tǒng)、DC無刷馬達、逆變器及鎳氫充電電池構(gòu)成。該系統(tǒng)配套使用6速手自一體變速箱。

3.3.3柴油混合動力車

混合動力系統(tǒng)采用以發(fā)動機為主動力、利用馬達進行輔助的并聯(lián)驅(qū)動方式。當車速降到60km/h以下時，Stop＆Start系統(tǒng)就會停止發(fā)動機工作。馬達可通過減速時回收能量來向電池蓄電，當車速在50km/h以下時僅憑馬達行駛。在加速及電池沒電時，便會自動切換至發(fā)動機驅(qū)動。為了停止發(fā)動機工作后仍可憑借馬達行駛，在發(fā)動機與馬達之間采用了干式離合器。馬達在連續(xù)使用時的額定功率為16kW，可產(chǎn)生80N·m的扭矩。在超車等情況下進行暫時輔助時，最大輸出功率為23kW，最大扭矩為130N·m。馬達與逆變器連接，以210～380V的電壓驅(qū)動。在車輛后部通常用于配備備用輪的位置上配備了由240個電池單元構(gòu)成的鎳氫充電電池。充電電池的容量為6.5Ah，普通電壓為288V。僅憑馬達可持續(xù)行駛5km。

配備柴油混合動力系統(tǒng)的展示車,左為“標致307混合動力HDi，右為“雪鐵龍C4混合動力HDi。雪鐵龍C4柴油混合動力系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖

柴油混合動力系統(tǒng)1-1.6升Hdi柴油發(fā)動機(最大輸出功率為66kW)

2-柴油機微粒過濾器(DPF)

3-”停車-啟動”系統(tǒng)4-電動機(額定功率為16kW)

5-6速手自一體變速箱6-逆變器7-低壓電池8-動力傳輸管理單元9-高壓電纜10-高壓鎳氫充電電池(288V)柴油混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成示意圖“雪鐵龍C4混合動力HDi”發(fā)動機室4電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)(1)多能源總成控制系統(tǒng)(2)超級電容器(3)電機及其控制系統(tǒng)(4)燃料電池發(fā)動機(5)動力蓄電池4.1多能源總成控制系統(tǒng)

一般都采用嵌入式計算機或高性能單片機作為主控計算機。就控制器的結(jié)構(gòu)而言，國外主要經(jīng)歷了兩代。第一代為集中式控制系統(tǒng)。說，用一臺計算機采集電動汽車所有的輸入信號，通過處理、計算然后輸出控制信號。第二代為分布式控制系統(tǒng)。這種方式是根據(jù)汽車的布局，在相對輸入輸出比較集中的某一部位，用一個高性能單片機，組成一個相對獨立的模塊，完成這一部位的信號采集和控制。4.2超級電容器超級電容器具在混合動力汽車和電動車停車時，由外接電源箱超級電容器充電時電容器積聚大量的電荷。然后在車輛行駛時，其釋放電能放電來向驅(qū)動電動機提供電能。在這個過程中沒有熱和化學反應(yīng)，不需要高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，不存在對周邊環(huán)境的污染，也沒有任何噪聲，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，體積小，是一種更加理想的儲能器。4.3電機及其控制系統(tǒng)

電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)目前主要有3種類型：（1）異步電機驅(qū)動系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)子十分堅固，適合于高速運轉(zhuǎn)。（2）永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)由于運行效率高，控制相對容易而被廣泛應(yīng)用。（3）開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)具有一些很有特色的優(yōu)點：電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固、維護方便甚至免維護，起動及低速時轉(zhuǎn)矩大電流小，高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好，使系統(tǒng)總調(diào)速范圍寬，在寬廣的轉(zhuǎn)速及功率范圍內(nèi)均有高效率（在汽車運行工況下的總體效率高）4.3動力蓄電池

目前已在電動汽車上應(yīng)用的動力蓄電池主要包括：閥控鉛酸電池（VRLA）、鎳-鎘電池（Ni-Cd）、鎳-鋅電池（Ni-Zn）、鎳基電池（Ni-MH）、鋅空氣電池（Zn/Air）、鋁空氣電池、鈉硫電池、鈉鎳氯化物電池（Na-NiCl2）、鋰聚合物電池（Li-Polymer）和鋰離子電池。5電動汽車結(jié)構(gòu)與工作原理

電動汽車與普通燃油汽車相比，結(jié)構(gòu)差異較大，工作原理也有明顯的區(qū)別。電動汽車與普通汽車的主要區(qū)別是動力源的改變。6電動汽車與內(nèi)燃機汽車的比較項目電動汽車燃料電池電動車混合動力電動車內(nèi)燃機汽車尾氣排放無無少量多能量來源廣較窄廣窄能量轉(zhuǎn)換率高高適中低高效工況區(qū)范圍寬寬適中窄能量回收（再生制動）有有有無行駛里程短適中較長長

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