2 純電動汽車

1、第二章 純電動汽車主要內(nèi)容 概念、發(fā)展簡史、優(yōu)點、關(guān)鍵技術(shù) 所謂的純電動汽車是指利用動力電池作為儲能動力源，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車前進的一種新能源汽車。其優(yōu)點是：1.1 純電動汽車的概念純電動汽車的概念 零排放、零污染、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，同時行駛平穩(wěn)、乘坐舒適、安全性好及駕駛簡單輕便、可使用多種能源、機械結(jié)構(gòu)多樣化等。 先進的電驅(qū)動技術(shù)，設(shè)計有中里程(約165km)和長里程(約258km)兩套電池組合，創(chuàng)新的雙速大扭矩變速器實現(xiàn)卓越的效率和性能。如果需要，它能依靠150kW電機實現(xiàn)迅捷的加速性(0100公里/小時小于7秒)和超過 200公里/小時的最高車速

2、；該車可實現(xiàn)30分鐘內(nèi)充電達到80%，實現(xiàn)100%充電也只需要不到4個小時。 吉利吉利EC7純電動汽車純電動汽車 純電動汽車和燃油汽車相比的優(yōu)點 （1）不消耗石油資源，純電動汽車在運行中不排）不消耗石油資源，純電動汽車在運行中不排放廢氣，噪聲也比內(nèi)燃機汽車低。放廢氣，噪聲也比內(nèi)燃機汽車低。（2）純電動汽車具有比內(nèi)燃機汽車高得多的）純電動汽車具有比內(nèi)燃機汽車高得多的能量能量轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率。 （3）純電動汽車運行中消耗的電能可由多種能源）純電動汽車運行中消耗的電能可由多種能源轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化。 （4）純電動汽車可以充分利用夜間電網(wǎng)低谷為電）純電動汽車可以充分利用夜間電網(wǎng)低谷為電池充電，避免了電能的浪費

3、。池充電，避免了電能的浪費。（5）純電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)更好的控制性能，包括）純電動汽車能夠?qū)崿F(xiàn)更好的控制性能，包括運動控制、舒適性、故障診斷等，同時可以更容運動控制、舒適性、故障診斷等，同時可以更容易地實現(xiàn)智能化交通管理。易地實現(xiàn)智能化交通管理。1.2 純電動汽車的特點純電動汽車的特點純電動汽車也具有以下缺點： （1）低的電池能量密度。）低的電池能量密度。（2）過重的電池組。）過重的電池組。（3）有限的續(xù)駛里程與汽車動力性能。）有限的續(xù)駛里程與汽車動力性能。 （4）電池組昂貴的價格及有限的循環(huán)）電池組昂貴的價格及有限的循環(huán)壽命。壽命。（5）汽車附件的使用受到限制。）汽車附件的使用受到限制。 n純

4、電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)：n電動機驅(qū)動子系統(tǒng)n由車輛控制器、電力電子變換器、電機、機械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成 n能源子系統(tǒng)n由能源、能量管理單元和能量的燃料供給單元構(gòu)成 n輔助子系統(tǒng)n由功率控制單元、車內(nèi)氣候控制單元和輔助電源組成 純電動汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) n車輛控制器發(fā)出相應的控制指令來控制電力電子變換器的功率裝置的通斷 n功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電機和電源之間的功率流 n能量管理系統(tǒng)和車輛控制器一起控制再生制動及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電器一同控制充電并監(jiān)測電源的使用情況 n輔助動力供給系統(tǒng)供給電動汽車輔助系統(tǒng)不同等級的電壓并提供必要的動力 雙線表示機械連接，粗實線表示電氣連接，細線表

5、示控制信號連接 典型純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)電子控制器三相PWM轉(zhuǎn)換器三相感應電機固定速比變速器和差速器能量管理系統(tǒng)鎳氫電池輔助動力源動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)蓄電池充電器冷風和暖氣車輪制動踏板加速踏板方向盤車輪電驅(qū)動子系統(tǒng)能源子系統(tǒng)輔助子系統(tǒng)交流電源奧運純電動客車構(gòu)型MGBDCMFGDMFGFGMFGFGMMMMC:離合器； D: 差速器；FG: 固定速比變速箱；GB: 變速箱；M: 電機MGBDC3.1 配置多檔傳動裝置和離合器的傳統(tǒng)驅(qū)動系A(chǔ)MTATCVTDSG借助于電動機在大范圍轉(zhuǎn)速變化中所具有的恒功率特性，可用固定檔的齒輪傳動裝置替代多檔變速箱，并縮減了對離合器的需要。減小機械傳動裝置的尺寸和重量，且不

6、需要換擋，簡化驅(qū)動系的控制。3.2 無離合器需求的單檔傳動裝置3.2.1 純電動汽車的傳動裝置純電動汽車的傳動裝置n電動機的力矩變化范圍不能滿足電動汽車行駛性能的要求，因此，在電動機和驅(qū)動輪之間需要安裝一個機械減速箱或變速箱。n另一方面，可以使電動機經(jīng)常保持在高效率的工作范圍內(nèi)工作，減輕電動機和動力電池組的負荷。采用一個兩檔變速箱，即可滿足電動汽車行駛阻力變化范圍的要求，同時可以減輕電動機和動力電池組的負荷，提高工作效率，而傳動裝置的結(jié)構(gòu)也不復雜 。兩檔變速器和差速器一體化奧運客車一體化電機驅(qū)動系統(tǒng)采用交流異步電機n額定功率100kwn峰值功率150kwn最高轉(zhuǎn)速4500rpmn冷卻方式：風冷

7、三擋變速器n最大輸入轉(zhuǎn)矩1100 Nm，靜扭安全系數(shù)2.5n最高輸入轉(zhuǎn)速4500 rpmn最大輸入功率150 KWn可靠性達到30萬次 1100 Nm1860rpmn變速器噪聲79dB1860rpmn輸出端符合無軌電車附加絕緣連接標準傳統(tǒng)車AMT系統(tǒng)組成自動離合器齒輪式機械變速器電子控制系統(tǒng)3.2.2 電機與電機與AMT傳動傳動控制單元輸入：駕駛員意圖加速踏板，制動踏板，檔位的選擇；汽車的工作狀態(tài)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速等?？刂茊卧鶕?jù)換擋規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動機節(jié)氣門自適應調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生的輸出，對節(jié)氣門開度、離合器、換擋操作三者進行綜合控制，有效配合。電機AMT控制系統(tǒng)組成換擋過程電機

8、工作模式 控制策略換擋前轉(zhuǎn)矩模式根據(jù)踏板信號輸出目標力矩摘空擋自由模式目標力矩為0，電機自由旋轉(zhuǎn)等待同步調(diào)速模式給定目標轉(zhuǎn)速換擋操作自由模式目標力矩為0，電機自由旋轉(zhuǎn)換擋完成轉(zhuǎn)矩模式根據(jù)踏板信號輸出目標力矩電機與AMT控制系統(tǒng)換擋過程中電機工作模式及控制策略u優(yōu)點：AMT的系統(tǒng)集成性好，容易布置，開發(fā)時間短，成本低，省油。一般用于重型汽車及城市公交車上，如環(huán)衛(wèi)車、奧運大客車等。u缺點：AMT會因擋位變動引起換擋過程中動力中斷，車輛失速快，沖擊大，同時，由于AMT控制策略與電機配合的問題，可能出現(xiàn)掉擋、換擋失敗及其它機械故障等問題！電機與AMT控制系統(tǒng)的特點傳統(tǒng)手動箱動力傳動系統(tǒng)效率匹配曲線AM

9、T動力傳動系統(tǒng)效率匹配曲線MFGD3.3 固定檔的傳動裝置和差速器的集成MFGFGM差速器被兩個牽引電動機所替代。雙側(cè)獨立驅(qū)動，轉(zhuǎn)向則通過控制兩個電機以不同的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。3.4 兩個獨立的電動機和帶有驅(qū)動軸的固定檔傳動裝置FGFGMM3.5 配置兩個獨立電動機和固定檔傳動裝置的直接驅(qū)動電機安裝在車輪內(nèi)輪式驅(qū)動。一個薄型的行星齒輪組可用以降低電機轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩。該薄型行星齒輪組具有高減速比，以及輸入輸出軸縱向配置的優(yōu)點。MM3.6 兩個分離的輪式驅(qū)動形式輪轂電機驅(qū)動 n如果將驅(qū)動電機直接安裝在車輪上，可以縮短甚至可以去掉電機與車輪之間的機械傳遞裝置 高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機低速外轉(zhuǎn)子電機輪轂電機驅(qū)動

10、高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機：必須裝固定速比的減速器來降低車速。 輪轂電機驅(qū)動 低速外轉(zhuǎn)子電機：可以完全去掉變速裝置，外轉(zhuǎn)子就安裝在車輪輪緣上，而且電機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速相等，因而就不需要減速裝置。但它是以低速電機的體積、重量和成本為代價的。清華研制的四輪獨立驅(qū)動微型電動轎車BPB:蓄電池；P: 功率轉(zhuǎn)換器BPBRFCBP生。生。B:蓄電池；FC: 燃料電池P: 功率轉(zhuǎn)換器R: 重整器FCBPB:蓄電池；FC: 燃料電池P: 功率轉(zhuǎn)換器R: 重整器CBPP電池具有更高的比電池具有更高的比功率和更高效回收功率和更高效回收制動能量的能力制動能量的能力B:蓄電池；C: 電容器FW: 超高速飛輪P: 功率轉(zhuǎn)換器FWBP

11、P轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。n電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的性能既有相同之處又有區(qū)別n這兩種汽車的轉(zhuǎn)向裝置、懸架裝置及制動系統(tǒng)基本上也是相同的。n它們之間的主要差別是采用了不同的動力源。內(nèi)燃機汽車是燃油混合氣體在內(nèi)燃機中燃燒作功，從而推動汽車前進。電動汽車是由蓄電池提供電能，經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)和電動機，驅(qū)動電動汽車行駛。因此，電動汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性及通過性與內(nèi)燃機汽車完全相同。n電動汽車本身除具有再生制動性能外，與內(nèi)燃機的制動性能也是相同的。對于電動汽車不存在燃油經(jīng)濟性。電動汽車的能量供給和消耗，與蓄電池的性能密切相關(guān)，直接影響電動汽車的動力性和續(xù)駛里程，同時影響電動汽車行駛的成本效益，這是研究電動汽車經(jīng)濟

12、性的課題。 5.1 牽引電動機的特性npnnpp95499549NnnPTNnNPT01000200030004000500060000100200300400500600700800轉(zhuǎn)矩/Nm轉(zhuǎn)速/r/min 轉(zhuǎn)矩 功率 效率0306090120150 功率/kW60708090100 效率5.2 電動汽車的驅(qū)動力n電動汽車的的驅(qū)動力： 式中：Ft驅(qū)動力（N）；Tm電動機輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）；ig減速器或者變速箱傳動比；io主減速器傳動比； t電動汽車機械傳動效率；rd驅(qū)動輪半徑（m）。m0ttgMT i im0tddgttT i iMFrr行駛阻力計算n電動汽車在坡道上上坡加速行駛時，作用于電

13、動汽車上的阻力與驅(qū)動力保持平衡，建立如下的汽車行駛方程式： 式中Ft 電動汽車驅(qū)動力；Ff 電動汽車行駛時的滾動阻力(N)；Fw 電動汽車行駛時的空氣阻力(N) ；Fj 電動汽車行駛時的加速阻力(N) ；Fi 電動汽車行駛時的坡道阻力(N) ；tfwijFFFFF驅(qū)動力與行駛阻力平衡 n通常對汽車的動力性的評價指標有三種，即汽車的最高車速，最大加速能力和最大爬坡度。n汽車的最高車速是指汽車在無風的條件下，在水平良好硬路面上所能到達的的最高車速。n汽車的加速能力用汽車原地起步的加速能力和超車加速能力來表示。通常采用汽車加速過程中所經(jīng)過的加速時間和加速距離作為評價汽車加速性的指標。n汽車的爬坡能力

14、是指汽車在良好道路上以最低行駛車速上坡行駛的最大坡度。tfwFFiG()tfwdvgFFdtGmaxdmax00.377gnrVi i5.3 電動汽車的續(xù)駛里程 n電動汽車上動力蓄電池組兩次充足電之間的總行駛里程稱為電動汽車的續(xù)駛里程，以公里（km）表示 n影響因素n行駛的環(huán)境狀況行駛的環(huán)境狀況n行駛規(guī)范行駛規(guī)范 n蓄電池的性能蓄電池的性能n電動汽車的總質(zhì)量電動汽車的總質(zhì)量n輔助裝置的能量消耗輔助裝置的能量消耗續(xù)駛里程s的理論計算 3600tairFPEu1000bDQU DsEFt 電動汽車驅(qū)動力（N）Pair 空調(diào)功率(kW)u 行駛車速（km/h)Q 電池組容量（A.h）Ub電池組電壓（

15、V）DD放電深度（%）5.4 純電動汽車燃料經(jīng)濟性0emEeESBB國內(nèi)外電動汽車比能耗與續(xù)駛里程的統(tǒng)計數(shù)據(jù) 車型總質(zhì)量/kg總能量/kWh續(xù)駛里程/km能耗/(kWh/km)比能耗/(kWh/kmt)Impact134516.2950.1450.107G型廂式電動汽車353033.5597.60.3440.097U.S電動轎車16420130120.71.0770.066大發(fā)HJIET139514.41000.1440.103IZA157328.85480.052600.035華利微型電動汽車142014.4900.160.113清華號電動汽車129014.41000.1440.11華聯(lián)“H

16、L42”137817.21560.110.08華聯(lián)“HL61”456042.21561280.270.190.040.06北京市大通道電車1600018000901000.90.050.06電池國家標準16000180001151001.150.0640.072美國加州試驗結(jié)果0.150.220.1320.294奧地利150輛電動汽車試驗結(jié)果0.1340.25YW61200DD電動大客車 (40km/h等速)16980110165.20.6650.039BJD6100EV電動公交車 (40km/h等速)15610113.031680.6720.0435.5 電動汽車的典型工況與性能指標 n在城

17、市高等級快速公路上行駛時，道路設(shè)施完善，路面為柏油路和水泥路，由于廣泛采用立體交通，立交橋的路面坡度一般為45%。電動汽車在這種路面上行駛時，車速一般為60100Km/h。目前電動汽車的比功率均低于燃油汽車，相應地，電動汽車的最高車速略低一些。電動轎車的最高車速一般選為80100Km/h，電動大客車的最高車速一般為7590Km/h。n考慮電動汽車在立交橋坡道上原地起步工況。在這種路面上電動汽車能克服的坡度不應低于15%。對于在市區(qū)運行的電動公共汽車，車站與車站之間的距離通常為1Km左右，車輛需要經(jīng)常起步和停車，乘客時多時少，高峰時電動公共汽車的超載能力為設(shè)計載荷能力的1.41.8倍。尤其在夏天

18、，電動公共汽車長時間在高溫、高負荷狀態(tài)下工作，因此應考慮合理的過熱和過載保護。n最大坡度行駛工況，我國某些沿海港口、旅游觀光勝地以及內(nèi)地山城的城區(qū)郊區(qū)的坡度較大。坡度在15%左右，考慮到在坡道上起步的能力，根據(jù)電動汽車的不同用途，電動汽車能克服的最大坡度一般選1827%比較合適（有特殊要求的除外）。n汽油機轎車的加速性能很高，高級轎車的超車加速性能要求更高，因此轎車的后備功率很大，最大功率在100kW以上。純電動轎車由于受到電動機功率和動力電池的重量與尺寸的限制，要達到同類汽油機轎車的加速性，目前還比較困難。電動汽車的加速能力與其最大爬坡能力相當即可。6.1 改裝式的純電動汽車改裝式的純電動汽車對傳統(tǒng)福克斯車型進行純電動改造對傳統(tǒng)?？怂管囆瓦M行純電動改造23kW.h磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池90kW、245N.m永磁同步電機永磁同步電機單速變速器單速變速器續(xù)航里程續(xù)航里程160k