鋰離子電池電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)與原理

.,電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)與原理,第二章蓄電池電動(dòng)汽車(chē),.,第二章蓄電池電動(dòng)汽車(chē),2.0概述2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)2.3蓄電池結(jié)構(gòu)及性能2.4電動(dòng)汽車(chē)能量管理系統(tǒng)2.5電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輛管理系統(tǒng)2.6純電動(dòng)汽車(chē)實(shí)例分析,.,第二章蓄電池電動(dòng)汽車(chē),重點(diǎn)純電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和性能各種類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)各種類(lèi)型的蓄電池及其性能難點(diǎn)各種類(lèi)型驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)以蓄電池能量管理為核心的電動(dòng)汽車(chē)能源管理系統(tǒng)、再生制動(dòng)系統(tǒng),.,2.0概述,2.0.1定義2.0.2特點(diǎn)2.0.3基本組成2.0.4關(guān)鍵技術(shù)2.0.5發(fā)展趨勢(shì),.,2.0.1定義,蓄電池電動(dòng)汽車(chē)（純電動(dòng)汽車(chē)）EV(ElectricVehicle)是僅由動(dòng)力蓄電池向電機(jī)提供電能驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛的道路車(chē)輛。,.,2.0.1定義,結(jié)構(gòu)示意圖,.,2.0.2特點(diǎn),節(jié)能，不消耗石油；環(huán)保，無(wú)污染；噪聲和振動(dòng)小。能量主要是通過(guò)柔性的電線而不是通過(guò)剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞，各部件的布置具有很大的靈活性。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置不同會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很大；采用不同類(lèi)型的電機(jī)(如直流電機(jī)和交流電機(jī))會(huì)影響到純電動(dòng)汽車(chē)的質(zhì)量、尺寸和形狀；不同類(lèi)型的儲(chǔ)能裝置也會(huì)影響電動(dòng)汽車(chē)的質(zhì)量、尺寸及形狀。不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)，例如蓄電池可通過(guò)感應(yīng)式和接觸式的充電器充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來(lái)的蓄電池再進(jìn)行集中充電。,.,2.0.3基本組成,1.車(chē)載電源2.電池管理系統(tǒng)3.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)4.控制系統(tǒng)5.車(chē)身及底盤(pán)6.安全保護(hù)系統(tǒng),.,2.0.3基本組成,1.車(chē)載電源組成以動(dòng)力電池組作為車(chē)載電源，用周期性的充電來(lái)補(bǔ)充電能。重要性動(dòng)力電池組是EV的關(guān)鍵裝備，儲(chǔ)存的電能、質(zhì)量和體積，對(duì)EV性能起決定性影響，也是發(fā)展EV的主要研究和開(kāi)發(fā)對(duì)象。EV發(fā)展的癥結(jié)在于電池，電池技術(shù)對(duì)EV的制約仍然是EV發(fā)展的瓶頸。建立充電站系統(tǒng)、報(bào)廢電池回收和處理工廠，是推廣EV的關(guān)鍵問(wèn)題。,.,2.0.3基本組成,1.車(chē)載電源發(fā)展(1)第一代EV電池：鉛酸電池優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，成本低。缺點(diǎn)：比能量和比功率低不能滿足EV續(xù)駛里程和動(dòng)力性能的需求，但進(jìn)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(chē)載電源發(fā)展(2)第二代高能電池：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(diǎn)：比能量和比功率都比鉛酸電池高，大大提高了EV的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程。缺點(diǎn)：有些高能電池需要復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，各種電池對(duì)充電技術(shù)有不同要求。而且電化學(xué)電池中的活性物質(zhì)在使用一定的期限后，會(huì)老化變質(zhì)以至完全喪失充電和放電功能而報(bào)廢，從而使EV的使用成本高。,.,2.0.3基本組成,1.車(chē)載電源發(fā)展(3)第三代電池：飛輪電池、超級(jí)電容器飛輪電池是電能機(jī)械能電能轉(zhuǎn)換的電池。超級(jí)電容器是電能電位能電能轉(zhuǎn)換的電池。這兩種儲(chǔ)能器在理論上都具有很大的轉(zhuǎn)換能力，而且充電和放電方便迅速，但尚處于研制階段。,.,2.0.3基本組成,1.車(chē)載電源高壓電源動(dòng)力電池組提供約155380V高壓直流電。動(dòng)力電池組是供電機(jī)工作的唯一動(dòng)力電源?？照{(diào)系統(tǒng)的空壓機(jī)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵和制動(dòng)系統(tǒng)的真空泵等，也需要?jiǎng)恿﹄姵亟M提供動(dòng)力電能。低壓電源動(dòng)力電池組通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器，供應(yīng)12V或24V低壓電，并儲(chǔ)存到低壓電池組中，作為儀表、照明和信號(hào)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(duì)動(dòng)力電池組充電與放電時(shí)的電流、電壓、放電深度、再生制動(dòng)反饋電流、電池溫度等進(jìn)行控制。個(gè)別電池性能變化后，會(huì)影響到整個(gè)動(dòng)力電池組性能，故需用電池管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池組及其每一單體電池進(jìn)行監(jiān)控，保持各個(gè)單體電池間的一致性。充電動(dòng)力電池組必須進(jìn)行周期性的充電。高效率充電裝置和快速充電裝置，是EV使用時(shí)所必須的輔助設(shè)備?？刹捎玫孛娉潆娖?、車(chē)載充電器、接觸式充電器或感應(yīng)充電器等進(jìn)行充電。,.,2.0.3基本組成,3.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)EV行駛的唯一動(dòng)力裝置。類(lèi)型直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。再生制動(dòng)再生制動(dòng)是EV節(jié)能的重要措施之一。制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，一般可回收10%15%的能量，有利于延長(zhǎng)EV行駛里程。在EV制動(dòng)系統(tǒng)中，還保留常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)和ABS制動(dòng)系統(tǒng)，以保證車(chē)輛在緊急制動(dòng)時(shí)有可靠的制動(dòng)性能.,.,2.0.3基本組成,4.控制系統(tǒng)EV的控制系統(tǒng)主要是對(duì)動(dòng)力電池組的管理和對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。將加速踏板、制動(dòng)踏板機(jī)械位移的行程量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入中央控制器，通過(guò)動(dòng)力控制模塊控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。計(jì)算動(dòng)力電池組剩余電量和剩余續(xù)駛里程。對(duì)整車(chē)低壓系統(tǒng)的電子、電器裝置進(jìn)行控制。采用各種各樣的傳感器、報(bào)警裝置和自診斷裝置等，對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池組功率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)反饋信息和報(bào)警。,.,2.0.3基本組成,5.車(chē)身及底盤(pán)車(chē)身EV車(chē)身造型特別重視流線型,以降低空氣阻力系數(shù)。底盤(pán)由于動(dòng)力電池組的質(zhì)量大，為減輕整車(chē)質(zhì)量，采用輕質(zhì)材料制造車(chē)身和底盤(pán)部分總成。動(dòng)力電池組占據(jù)的空間大，在底盤(pán)布置上還要有足夠的空間存放動(dòng)力電池組，并且要求線路連接、充電、檢查和裝卸方便，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力電池組的整體機(jī)械化裝卸。,.,2.0.3基本組成,6.安全保護(hù)系統(tǒng)高壓安全動(dòng)力電池組具有高壓直流電，必須設(shè)置安全保護(hù)系統(tǒng)，確保駕駛員、乘員和維修人員在駕駛、乘坐和維修時(shí)的安全。故障處理必須配備電氣裝置的故障自檢系統(tǒng)和故障報(bào)警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)控制EV不能起動(dòng)等，及時(shí)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(jī)汽車(chē)主要的操縱裝置和操縱方法，適應(yīng)駕駛員的操作習(xí)慣，使操作簡(jiǎn)單化和規(guī)范化?？刂疲涸贓V控制系統(tǒng)中，采用全自動(dòng)或半自動(dòng)的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，達(dá)到安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈活的目的。電池：提高電池的比能量和比功率，實(shí)現(xiàn)電池的高能化。電機(jī)：采用高效率的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和高效率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。車(chē)身和底盤(pán)：采用流線型車(chē)身，降低迎風(fēng)面積和空氣阻力系數(shù)。采用輕金屬材料、高強(qiáng)度復(fù)合材料和新型EV專(zhuān)用車(chē)身和底盤(pán)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車(chē)身和底盤(pán)的輕量化，減輕整備質(zhì)量。采用低滾動(dòng)阻力輪胎，降低行駛阻力。再生制動(dòng)：回收再生制動(dòng)能量，延長(zhǎng)行駛里程。,.,2.0.4關(guān)鍵技術(shù),1.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇及功率匹配電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，一般具有600015000r/min的轉(zhuǎn)速。根據(jù)車(chē)輛行駛工況，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)經(jīng)常保持在高效率范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。在低速大轉(zhuǎn)矩（恒轉(zhuǎn)矩區(qū)）運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)效率在0.750.85之間，在恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)效率在0.80.9之間。,.,2.0.4關(guān)鍵技術(shù),2.動(dòng)力電池組的選擇與特性3.減速器傳動(dòng)比的確定由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，不能直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的車(chē)輪，通常在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用大速比的減速器或2檔變速器。作用：減速、增扭減速器或變速器中不設(shè)置倒檔齒輪，倒車(chē)是靠電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。,.,2.0.4關(guān)鍵技術(shù),4.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：延長(zhǎng)續(xù)駛里程續(xù)駛里程續(xù)駛里程指電動(dòng)汽車(chē)從動(dòng)力蓄電池全充滿狀態(tài)開(kāi)始到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)結(jié)束時(shí)所走過(guò)的里程。采用工況法按照一定的工況反復(fù)地循環(huán)行駛，是EV測(cè)定續(xù)駛里程的基本方法。我國(guó)頒布的GB/T183862001電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法適用于EV最大總質(zhì)量3500kg，最高車(chē)速70km/h的EV。,.,2.0.4關(guān)鍵技術(shù),4.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)延長(zhǎng)續(xù)駛里程的方法選用高比能量的電池。減少EV在行駛中各種環(huán)節(jié)中的能量損耗。減少EV輔助系統(tǒng)的電能消耗，對(duì)空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等進(jìn)行自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)新EV時(shí)，在造型、結(jié)構(gòu)、材料和配件方面，應(yīng)使G,f和CD等盡量降低。,.,2.0.5發(fā)展趨勢(shì),當(dāng)前EV主要向小型化、個(gè)性化、家庭化和休閑化方向開(kāi)辟市場(chǎng)，可適當(dāng)?shù)亟档蛯?duì)動(dòng)力性能、最高車(chē)速和續(xù)駛里程方面的要求。世界各國(guó)都有各式各樣的微型和小型EV在使用。如日本豐田汽車(chē)公司E-com微型電動(dòng)轎車(chē)和日產(chǎn)汽車(chē)公司的Hypermini微型電動(dòng)轎車(chē)。,NissanHypermini(2000),.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),組成,動(dòng)力電池組,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)輪,控制裝置,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式1.傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1)電動(dòng)機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)。(2)仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等總成。(3)有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置(F-F)，電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋后置(F-R)等各種驅(qū)動(dòng)模式。(4)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能。,M電動(dòng)機(jī)C離合器GB變速器D差速器,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式2.簡(jiǎn)化的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用固定速比減速器，去掉離合器，可減少機(jī)械傳動(dòng)裝置的質(zhì)量、縮小其體積。,M電動(dòng)機(jī)FG固定速比減速器D差速器,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式3.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1)與發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置、前輪驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的布置方式類(lèi)似。(2)把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個(gè)整體，兩根半軸連接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。(3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率較高，安裝方便，在小型電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用最普遍。,M電動(dòng)機(jī)FG固定速比減速器D差速器,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式4.雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1)采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)固定速比減速器分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車(chē)輪。(2)每個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立的調(diào)節(jié)控制，便于實(shí)現(xiàn)電子差速，不必選用機(jī)械差速器。,M電動(dòng)機(jī)FG固定速比減速器,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式4.雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3)電子差速器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕，在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)可以實(shí)現(xiàn)精確的電子控制，提高電動(dòng)汽車(chē)的性能；其缺點(diǎn)是由于增加了電動(dòng)機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器，增加了初始成本，而且在不同條件下對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確控制的可靠性需要進(jìn)一步發(fā)展。,機(jī)械差速器,電子差速器,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式5.內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1)電動(dòng)機(jī)裝在車(chē)輪內(nèi)，形成輪轂電動(dòng)機(jī)，可進(jìn)一步縮短從電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的傳遞路徑。(2)采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)(約10000r/min)，需裝固定速比減速器降低車(chē)速。一般采用高減速比行星齒輪減速裝置，安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸和車(chē)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(dòng)機(jī)FG固定速比減速器,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式5.內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3)高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但它需要加行星齒輪變速機(jī)構(gòu)。,內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪,.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式6.外轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1)采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，可完全去掉變速裝置。(2)電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子直接安裝在車(chē)輪輪緣上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)輪轉(zhuǎn)速相等，車(chē)輪轉(zhuǎn)速和車(chē)速控制完全取決于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。,M電動(dòng)機(jī),.,2.1電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式6.外轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3)低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需齒輪變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但其體積大、質(zhì)量大、成本高。,外轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪,.,2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng),2.2.1電機(jī)類(lèi)型2.2.2電機(jī)性能要求與選用2.2.3直流電機(jī)2.2.4感應(yīng)電機(jī)2.2.5永磁電機(jī)2.2.6開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)2.2.7各種電機(jī)的比較,.,2.2.1電機(jī)類(lèi)型,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本類(lèi)型,直流,交流,特種,直流電機(jī),異步電機(jī),同步電機(jī),鼠籠式感應(yīng)電機(jī),永磁電機(jī),同步磁阻電機(jī),開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),其它特種電機(jī),永磁無(wú)刷電機(jī),永磁同步電機(jī),繞線式感應(yīng)電機(jī),.,2.2.2電機(jī)性能要求與選用,對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本要求較大范圍的調(diào)速性能。高效率，低損耗。在車(chē)輛減速時(shí)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收并反饋蓄電池。電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量、各種控制裝置的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等盡可能小。對(duì)電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都必須符合國(guó)家(或國(guó)際)有關(guān)車(chē)輛電氣控制的安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，裝置高壓保護(hù)設(shè)備?？煽啃院?、耐溫和耐潮性能強(qiáng)，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合大批量生產(chǎn)，運(yùn)行噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。,.,2.2.2電機(jī)性能要求與選用,電動(dòng)車(chē)用電機(jī)的選用采用技術(shù)成熟，性能可靠，控制方便和價(jià)格便宜的電機(jī)，如感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)。電機(jī)在低速時(shí)應(yīng)具有大的轉(zhuǎn)矩和超載能力，過(guò)載系數(shù)應(yīng)達(dá)到34；在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)具有大的功率和有較寬闊的恒功率范圍。有足夠的動(dòng)力性能克服各種行駛阻力，保證電動(dòng)汽車(chē)有良好的起動(dòng)、加速性能和行駛速度及實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。,電機(jī)驅(qū)動(dòng)力與電動(dòng)車(chē)行駛阻力平衡圖,.,2.2.3直流電機(jī),分類(lèi)永磁直流電機(jī)勵(lì)磁繞組直流電機(jī),它勵(lì),并勵(lì),串勵(lì)(多用于電動(dòng)車(chē)),復(fù)勵(lì),.,2.2.3直流電機(jī),優(yōu)點(diǎn)具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，控制裝置簡(jiǎn)單、價(jià)廉。缺點(diǎn)效率較低、質(zhì)量大、體積大、可靠性低(有換向器和電刷).控制系統(tǒng)斬波器是在直流電源與直流電機(jī)之間的一個(gè)周期性的通斷開(kāi)關(guān)裝置。,一象限直流斬波控制,直流斬波器控制下的輸出電壓,.,2.2.4感應(yīng)電機(jī),分類(lèi)繞線式感應(yīng)電機(jī)鼠籠式感應(yīng)電機(jī)：多用于電動(dòng)車(chē)優(yōu)點(diǎn)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)實(shí)可靠、免維護(hù)、體積小、重量輕、易于冷卻(可直接向定子和轉(zhuǎn)子噴油)、壽命長(zhǎng)、能有效的實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)等?？刂品椒}沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)；變頻變壓調(diào)節(jié)(VFVV)；矢量控制調(diào)節(jié)(VC)；直接轉(zhuǎn)矩控制(DSC),.,2.2.5永磁電機(jī),優(yōu)點(diǎn)高質(zhì)量比功率，高效率等。缺點(diǎn)控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，功率范圍較小等。,.,2.2.6開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī),優(yōu)點(diǎn)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低起動(dòng)電流高效率、低損耗電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，成本低電機(jī)功率電路簡(jiǎn)單可靠性好良好的適應(yīng)性缺點(diǎn)控制系統(tǒng)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，振動(dòng)大、噪聲大等。,.,2.2.7各種電機(jī)的比較,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本性能比較,.,“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)成果展示電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)及控制系統(tǒng),.,課外作業(yè)1,比較各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能優(yōu)缺點(diǎn)。,.,2.3蓄電池結(jié)構(gòu)及性能,2.3.1性能參數(shù)2.3.2工作原理2.3.3類(lèi)型2.3.4鉛酸電池2.3.5鎳基電池2.3.6金屬空氣電池2.3.7鈉-電池2.3.8常溫鋰電池2.3.9各種電池的比較2.3.10超級(jí)電容2.3.11飛輪電池,.,2.3.1性能參數(shù),能量(Wh)=u(t)工作電壓(V)；i(t)放電電流(A)；t放電時(shí)間(h)容量(Ah)=截止電壓蓄電池放電曲線拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作電壓。蓄電池工作電壓不應(yīng)低于該值，此時(shí)蓄電池放電深度DOD(DeepnessOfDischarge)達(dá)到100%。,放電電流,開(kāi)路電壓,工作電壓,截止電壓,蓄電池端電壓,0,.,2.3.1性能參數(shù),可利用能量和容量達(dá)到蓄電池截至工作電壓之前的放電總能量和總?cè)萘?。兩者通常是放電電流、放電環(huán)境溫度、電池老化程度的函數(shù)。,.,2.3.1性能參數(shù),放電率蓄電池放電電流(A)I=kCnk放電率；C蓄電池的額定容量(Ah)；n與蓄電池額定容量對(duì)應(yīng)的標(biāo)定放電時(shí)間例額定容量5Ah的蓄電池以C/5放電率放電，則放電電流為kCn=(1/5)x5=1A。額定容量10Ah的蓄電池以2A放電，則放電率為I/Cn=(2/10)C=0.2C，即C/5。隨放電率的提高，蓄電池可利用能量和容量降低。在表示蓄電池的可利用能量或容量時(shí)，一定要指出放電率。,.,2.3.1性能參數(shù),荷電狀態(tài)SOC(StateOfCharge)定義：剩余容量與總?cè)萘康陌俜直?。用于描述蓄電池的剩余容量。是蓄電池放電率、工作環(huán)境溫度和蓄電池老化程度的函數(shù)。理論上：SOC=Cr/Ct100%Cr蓄電池在計(jì)算時(shí)刻的剩余容量Ct蓄電池在計(jì)算時(shí)刻的總?cè)萘坑捎谌萘渴芊烹娐驶蚍烹婋娏鞯挠绊懞艽?，則實(shí)際上：SOCI=CrI/CtI100%SOCI蓄電池以恒流I放電時(shí)在計(jì)算時(shí)刻的SOCCrI蓄電池以恒流I放電時(shí)在計(jì)算時(shí)刻的剩余容量CtI蓄電池以恒流I放電時(shí)在計(jì)算時(shí)刻的總?cè)萘?.,2.3.1性能參數(shù),Peukert方程蓄電池有效容量與放電電流之間的關(guān)系式：CtI=kI(1-n)其中：n=lg(t2/t1)/lg(I1/I2)；k=I1nt1=I2nt2I1最高的放電電流；I2最低的放電電流t1與I1相對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間;t2與I2相對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間,.,2.3.1性能參數(shù),計(jì)算SOC的方法密度法有些蓄電池電解液密度的變化取決于電解液濃度的變化，相應(yīng)的會(huì)引起SOC變化，密度法適合于測(cè)量這些蓄電池。只有在蓄電池穩(wěn)定后才能用該方法來(lái)測(cè)量。開(kāi)路電壓法(OCV)SOC與開(kāi)路電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系。該方法只適用于SOC隨開(kāi)路電壓變化明顯的蓄電池。開(kāi)路電壓需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能穩(wěn)定(一般12h)。,鉛酸電池SOC與OCV關(guān)系曲線圖,.,2.3.1性能參數(shù),計(jì)算SOC的方法恒定電流電壓法假定負(fù)載電流不變，則負(fù)載電壓與OCV成正比，由此可估計(jì)電池SOC。安培小時(shí)法CtI蓄電池以恒流I放電時(shí)在計(jì)算時(shí)刻的總?cè)萘縯放電時(shí)間,.,2.3.1性能參數(shù),比能量(Wh/kg)定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的蓄電池所具有的能量，即蓄電池的質(zhì)量能量密度。影響電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)質(zhì)量和續(xù)駛里程的重要指標(biāo)。能量密度(Wh/L)定義：?jiǎn)挝惑w積的蓄電池所具有的能量，即蓄電池的體積能量密度。只影響蓄電池的布置空間。蓄電池比能量和能量密度與蓄電池的放電率有關(guān)。,.,2.3.1性能參數(shù),比功率(W/kg)定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的蓄電池所具有的輸出能量的速率，即質(zhì)量比功率。影響電動(dòng)汽車(chē)加速和爬坡能力等動(dòng)力性的重要指標(biāo)。與蓄電池放電深度DOD密切相關(guān)，在表示蓄電池比功率時(shí)要指出蓄電池DOD。功率密度(W/L)定義：?jiǎn)挝惑w積的蓄電池所具有的輸出能量的速率，即體積比功率。,.,2.3.1性能參數(shù),能量效率定義：放電過(guò)程的輸出電能與充電過(guò)程的輸入電能的百分比。蓄電池能量效率通常為55%75%。電量效率定義：蓄電池放電Ah數(shù)與充電Ah數(shù)的百分比。蓄電池電量效率通常為65%90%。,.,2.3.1性能參數(shù),循環(huán)壽命定義：蓄電池失效前所允許的深放電次數(shù)。受蓄電池放電深度DOD的影響，放電深度越大，循環(huán)壽命越短。表示循環(huán)壽命時(shí)要同時(shí)指出放電深度DOD，如：蓄電池循環(huán)壽命400次100%DOD或1000次50%DOD。成本包括初始的生產(chǎn)成本和使用過(guò)程中的維護(hù)使用成本。初始成本具有決定意義，目前初始成本約為1201200US$/kWh(9609600RMB/kWh)。正是因?yàn)槌杀締?wèn)題使電動(dòng)汽車(chē)不能與燃油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)。,.,2.3.1性能參數(shù),對(duì)蓄電池性能的要求高比能量滿足車(chē)輛續(xù)駛里程的要求。高比功率滿足車(chē)輛動(dòng)力性的要求。與車(chē)輛使用壽命相當(dāng)?shù)难h(huán)壽命。高效率。良好的性能價(jià)格比。免維護(hù)。充放電性能適合車(chē)輛使用要求。蓄電池是純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的制約因素。,.,2.3.2工作原理,多個(gè)單體電池串聯(lián)組成蓄電池。電化學(xué)電池單體的基本工作原理電池正極和負(fù)極都浸在電解液中。放電：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，向外電路釋放電子；正極發(fā)生還原反應(yīng)，從外電路得到電子。充電：與放電過(guò)程正好相反，負(fù)極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；正極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。,.,2.3.3類(lèi)型,類(lèi)型鉛酸電池閥控鉛酸電池(VRLA)(2V)鎳基電池鎳鎘電池(Ni-Cd)(1.2V)鎳鋅電池(Ni-Zn)(1.6V)鎳氫電池(Ni-MH)(1.2V)金屬空氣電池鋅空氣電池(Zn/Air)(1.2V)鋁空氣電池(Al/Air)(1.4V)鈉-電池鈉硫電池(Na/S)(2V)鈉鎳氯化物電池(Na/NiCl2)(2.5V)常溫鋰電池鋰聚合物電池(Li-Polymer)(3V)鋰離子電池(Li-Ion),.,2.3.4鉛酸電池,性能單體額定電壓2V，比能量35Wh/kg，比功率200W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O采用金屬鉛Pb作負(fù)電極，二氧化鉛PbO2作正電極，用硫酸H2SO4作電解液，為酸性蓄電池。閥控鉛酸電池VRLA密封、免維護(hù)、不漏液。典型代表為Electrosource公司的Horizon電池。,.,2.3.4鉛酸電池,優(yōu)點(diǎn)技術(shù)可靠，生產(chǎn)工藝成熟，成本低，單體電池電壓高，適合電動(dòng)汽車(chē)使用的良好的大電流輸出性能，良好的高溫和低溫性能，高的能量效率(75%80%)以及多種多樣的型號(hào)和尺寸。缺點(diǎn)比能量和能量密度都比較低(通常為35Wh/kg和70Wh/L)，自放電率較高(每天降低1%環(huán)境溫度25)，循環(huán)壽命相對(duì)較低(約為500次)，由于硫酸腐蝕電極不便于長(zhǎng)期儲(chǔ)存等。,.,2.3.5鎳基電池,Ni-Cd電池性能單體額定電壓1.2V，比能量56Wh/kg,比功率225W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2采用金屬Cd作負(fù)極，NiOOH作正極，用堿性KOH溶液作電解液，為堿性蓄電池。,.,2.3.5鎳基電池,Ni-Cd電池優(yōu)點(diǎn)比功率高于220W/kg，循環(huán)使用壽命高達(dá)2000次，抗電流沖擊能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，在相當(dāng)大的放電電流范圍內(nèi)都具有比較平滑的電壓曲線，良好的快速充電能力(18min內(nèi)達(dá)電池容量的40%80%)，較寬的工作溫度范圍(-4085)，自放電率小(0.5%每天)，優(yōu)越的長(zhǎng)期使用能力(電解液對(duì)電極的腐蝕作用可以忽略)以及較寬的尺寸和容量選擇范圍等。缺點(diǎn)生產(chǎn)成本高(為鉛酸電池的24倍)，具有記憶效應(yīng)，相對(duì)較低的電池電壓以及金屬鎘具有致癌性等。,.,2.3.5鎳基電池,Ni-Zn電池性能單體額定電壓1.6V,比能量60Wh/kg,比功率300W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式Zn+2NiOOH+2H2OZn(OH)2+2Ni(OH)2采用鋅作負(fù)極，NiOOH作正極，用堿性KOH溶液作電解液，為堿性蓄電池。,.,2.3.5鎳基電池,Ni-Zn電池優(yōu)點(diǎn)比能量高，比功率高，電池單體電壓高，設(shè)計(jì)成本低，無(wú)毒性，允許過(guò)充電和深度放電，可以大的放電率充/放電，工作溫度范圍寬(-2060)等。缺點(diǎn)致命弱點(diǎn)是循環(huán)壽命短(大約僅為300次)。,.,2.3.5鎳基電池,Ni-MH電池性能單體額定電壓1.2V，比能量65Wh/kg,比功率200W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式MH+NiOOHM+2Ni(OH)2采用金屬氫化物MH作負(fù)極，NiOOH作正極，用堿性KOH溶液作電解液，為堿性蓄電池。,.,2.3.5鎳基電池,Ni-MH電池優(yōu)點(diǎn)高于其它任何鎳基電池的比能量和能量密度，環(huán)保(無(wú)鎘)，平坦的放電曲線和快速充電性能(與Ni-Cd電池類(lèi)似)。缺點(diǎn)初始成本高，有記憶效應(yīng)，充電發(fā)熱等。前景滿足電動(dòng)汽車(chē)使用的近期目標(biāo)。眾多電池生產(chǎn)廠家，如GMOvonic、GP、GS、Panasonic、SAFT、VARTA和YUASA等都致力于開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)用Ni-MH電池。,.,2.3.6金屬空氣電池,特點(diǎn)采用金屬負(fù)電極和空氣正電極；具有很大的潛力提高比能量和能量密度。充電方式電力充電方式：需要一個(gè)附加電極維持氧化作用或采用一個(gè)雙功能電極以允許氧氣的減少。機(jī)械充電方式：采用更換金屬電極的方法。充電過(guò)程包括四步：(1)打開(kāi)已放完電的電極盒，取出放電反應(yīng)廢物氧化鋅或氧化鋁；(2)把氧化鋅或氧化鋁溶于氫氧化鉀溶液中形成鋅酸鹽或鋁酸鹽；(3)電解鋅酸鹽或鋁酸鹽溶液；(4)將電解產(chǎn)生的鋅粒或鋁粒重新裝入電極盒中。,.,2.3.6金屬空氣電池,優(yōu)點(diǎn)高比能量和能量密度、低價(jià)格(采用了常用金屬材料和空氣)、環(huán)保、平坦的放電曲線以及與負(fù)載和工作溫度無(wú)關(guān)的容量特性。機(jī)械充電方式采用加料方式實(shí)現(xiàn)了快速充電(與燃油車(chē)的加油方式相似)，集中充電/回收方式實(shí)現(xiàn)了高效環(huán)保的利用電能。缺點(diǎn)比功率低、工作溫度范圍有限、空氣中的二氧化碳溶于水生成碳酸中和堿性電解液并釋放氫氣等。利用金屬空氣電池比能量和能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，與其它類(lèi)型電池(如高比功率的鉛酸電池)組合作為動(dòng)力電源，可延長(zhǎng)車(chē)輛續(xù)駛里程。,.,2.3.6金屬空氣電池,Zn空氣電池性能單體額定電壓1.2V，比能量180Wh/kg,比功率95W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式2Zn+O22ZnO采用金屬Zn作負(fù)極，O2作正極，用堿性KOH溶液作電解液，為堿性蓄電池。,.,2.3.6金屬空氣電池,Al空氣電池性能單體額定電壓1.4V,比能量250Wh/kg,比功率7W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3采用金屬Al作負(fù)極，O2作正極，用堿性KOH溶液或鹽溶液作電解液，為堿性蓄電池。,.,2.3.7鈉-電池,Na/S電池性能單體額定電壓2V,比能量170Wh/kg,比功率390W/kg,工作溫度范圍300350?；瘜W(xué)反應(yīng)式2Na+xSNa2Sx(x=52.7)采用熔鑄鈉作負(fù)極，熔鑄鈉多硫化合物作正極，用陶瓷-Al2O3作電解液。,.,2.3.7鈉-電池,Na/S電池優(yōu)點(diǎn)高的比能量、比功率，80%的能量效率，靈活的工作特性和對(duì)環(huán)境條件改變不敏感。缺點(diǎn)安全問(wèn)題(熔鑄活性物質(zhì)具有腐蝕性并且反應(yīng)活躍)，凍結(jié)解凍耐久力技術(shù)未得到解決陶瓷電解液機(jī)械強(qiáng)度不夠)，需要對(duì)熱進(jìn)行管理(多余能量和發(fā)熱的隔離)等。,.,2.3.7鈉-電池,Na/NiCl2電池性能單體額定電壓2.5V,比能量86Wh/kg,比功率150W/kg,工作溫度范圍250350。化學(xué)反應(yīng)式2Na+NiCl2Ni+2NaCl采用熔鑄鈉作負(fù)極，固體鎳氯化物作正極，用陶瓷-Al2O3和鈉鋁氯化物作電解液。,.,2.3.7鈉-電池,Na/NiCl2電池優(yōu)點(diǎn)更高的開(kāi)路電壓、更寬的工作溫度范圍、化學(xué)反應(yīng)物的安全性更好、更加可靠的失效模式、更好的耐凍結(jié)解凍能力(更小的溫度差)。缺點(diǎn)成本高的難題(鎳成本較高)，比功率低。,.,2.3.7鈉-電池,Na/NiCl2電池性能單體額定電壓2.5V,比能量86Wh/kg,比功率150W/kg,工作溫度范圍250350。化學(xué)反應(yīng)式2Na+NiCl2Ni+2NaCl采用熔鑄鈉作負(fù)極，固體鎳氯化物作正極，用陶瓷-Al2O3和鈉鋁氯化物作電解液。,.,2.3.8常溫鋰電池,Li聚合物電池性能單體額定電壓3V,比能量155Wh/kg,比功率315W/kg?；瘜W(xué)反應(yīng)式xLi+MyOzLixMyOz采用金屬鋰作負(fù)極，過(guò)渡金屬氧化物MyOz作正極，固態(tài)薄層電解液(SPE)。,.,2.3.8常溫鋰電池,Li聚合物電池優(yōu)點(diǎn)電池單體電壓高(3V)、比能量和能量密度高、自放電率低(0.5%/月)、形狀和尺寸多變，并且達(dá)到了安全設(shè)計(jì)(降低了鋰和固態(tài)電解液的活性)。缺點(diǎn)低溫性能較差。,.,2.3.8常溫鋰電池,Li-Ion電池類(lèi)型鎳基、鈷基、錳基(主要發(fā)展類(lèi)型)Li-Ion電池性能鎳基單體額定電壓4V,比能量120Wh/kg,比功率260W/kg.化學(xué)反應(yīng)式LixC+Li1-xMyOzC+LiMyOz采用鋰碳化合物L(fēng)ixC作負(fù)極，鋰化過(guò)渡金屬氧化物L(fēng)i1-xMyOz作正極，液體有機(jī)溶液或固體聚合物作電解液.,.,2.3.8常溫鋰電池,Li-Ion電池優(yōu)點(diǎn)高電池單體電壓，高比能量和能量密度、非常可靠的設(shè)計(jì)(沒(méi)有使用金屬鋰)，長(zhǎng)循環(huán)壽命(約1000次)。缺點(diǎn)自放電率高(10%/月)。,.,2.3.9各種電池的比較,比較:性能參數(shù)a:C/3放電率;b:80%DOD;c:機(jī)械充電方式;d:僅供參考;NA:沒(méi)有數(shù)據(jù),.,2.3.9各種電池的比較,比較：特點(diǎn),.,2.3.9各種電池的比較,比較：特點(diǎn),.,“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)成果展示鎳氫電池項(xiàng)目,.,“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)成果展示電動(dòng)汽車(chē)電池測(cè)試基地軟、硬件建設(shè)初具規(guī)模,.,課外作業(yè)2,比較各種動(dòng)力蓄電池的性能優(yōu)缺點(diǎn)。,.,2.3.10超級(jí)電容,雙層電容雙層電容技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容的主要措施。當(dāng)在電容器電極上加上電壓時(shí)，由于電解質(zhì)分子的趨耦和排列作用，在兩電極的表面形成一個(gè)雙層電容。電容器的這種極化作用可以?xún)?chǔ)存電能。電極：使用碳金屬纖維復(fù)合物或在碳纖維布料上涂導(dǎo)電聚合物以及采用在金屬箔上包裹金屬氧化物作為電極。電解液：水有機(jī)溶液或固態(tài)聚合物等。