第二章 純電動(dòng)汽車

1、LOGO第二章第二章 純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車LOGO1概述概述第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車的概述純電動(dòng)汽車的概述2分類分類LOGO 電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車 電動(dòng)汽車可分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車三大類，純電動(dòng)汽車是電動(dòng)汽車的技術(shù)基礎(chǔ)。純電動(dòng)汽車就定義來說是單純用蓄電池作為驅(qū)動(dòng)能源的汽車，它是涉及到機(jī)械、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、電機(jī)學(xué)、微電子與計(jì)算機(jī)控制等多種學(xué)科的高科技產(chǎn)品，下圖為法國標(biāo)致101型電動(dòng)汽車。概述LOGO概述LOGO 純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)純電動(dòng)汽車的特點(diǎn) 1、節(jié)能，不消耗石油。 2、環(huán)保，無污染，噪聲和振動(dòng)小。 3、能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞，各部件的布

2、置具有很大的靈活性。 4、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。 5、采用不同類型的電機(jī)(如直流電機(jī)和交流電機(jī))會(huì)影響到純電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀。概述LOGO 純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)純電動(dòng)汽車的特點(diǎn) 6、不同類型的儲(chǔ)能裝置也會(huì)影響電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。 7、能源效率高，多樣化。 8、不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)，如蓄電池可通過充電器充電，或者采用替換蓄電池的方式。 9、結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟，使用維修方便。 10、動(dòng)力電源使用成本高，續(xù)駛里程短。概述LOGO 電動(dòng)汽車可分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車三大類LOGO 純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、汽

3、車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。除了電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其他部分的功能及其結(jié)構(gòu)組成基本與傳統(tǒng)汽車類同，不過有些部件根據(jù)所選的驅(qū)動(dòng)方式不同，已被簡化或省去了。為此首先需對(duì)電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)重點(diǎn)闡述。LOGOLOGO 混合動(dòng)力汽車是指汽車動(dòng)力傳動(dòng)系由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系聯(lián)合組成的汽車，汽車的行駛功率依據(jù)實(shí)際的汽車行駛狀態(tài)由單個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系單獨(dú)或多個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系共同提供。相比常規(guī)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車，下圖所示的混合動(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系增加了整車能量管理和綜合控制系統(tǒng)，其主要作用在于以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率為目標(biāo)，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的動(dòng)力分配，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)力電池組的電量管理。LOGO

4、 LOGO 依據(jù)組成混合動(dòng)力汽車的兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系之間動(dòng)力聯(lián)合位置的不同，混合動(dòng)力汽車還具有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種基本的類型。LOGO 串聯(lián)混合動(dòng)力汽車串聯(lián)混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與原理混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與原理LOGO 并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的概念并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的概念 混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與原理混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與原理LOGO 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的概念混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的概念 混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與原理混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與原理LOGO 燃料電池汽車與普通燃油汽車相比，其外形和內(nèi)部空間幾乎沒有什么區(qū)別，不同之處在于動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與原理燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與原理LOGO1組成組成第

5、二節(jié)第二節(jié) 純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2布置布置LOGO第二節(jié)、純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第二節(jié)、純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)燃油汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)，底盤、車身和電氣四大部分組成，純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與燃油汽車相比，主要增加了電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖所示，它由電力驅(qū)動(dòng)主模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。LOGO電力驅(qū)動(dòng)主模塊主要包括中央控制單元、驅(qū)動(dòng)控制器、電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪等。它的功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能，并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí)，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池。LOGO 電力驅(qū)動(dòng)主模塊電力驅(qū)動(dòng)主模塊 1、中央控

6、制單元。中央控制單元不僅是電力驅(qū)動(dòng)主模塊的控制中心，也要對(duì)整輛電動(dòng)汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。它根據(jù)加速踏板與制動(dòng)踏板的輸入信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、加速、降速、制動(dòng)控制。在電動(dòng)汽車降速和下坡滑行時(shí)，中央控制器配合車載電源模塊的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電回饋，即使蓄電池反向充電。對(duì)于與汽車行駛狀況有關(guān)的速度、功率、電壓信息還需傳輸?shù)捷o助模塊加以顯示。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理LOGO 電力驅(qū)動(dòng)主模塊電力驅(qū)動(dòng)主模塊 2、驅(qū)動(dòng)控制器。驅(qū)動(dòng)控制器功能是按中央控制單元的指令和電動(dòng)機(jī)的速度、電流反饋。信號(hào)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)控制器與電動(dòng)

7、機(jī)必須配套使用，目前對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速主要采用調(diào)壓、調(diào)頻等方式，這主要取決于所選用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)類型。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理LOGO 電力驅(qū)動(dòng)主模塊電力驅(qū)動(dòng)主模塊 3、電機(jī)。電機(jī)在電動(dòng)汽車中被要求承擔(dān)著電動(dòng)和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械旋轉(zhuǎn)能；而在降速和下坡滑行時(shí)又被要求進(jìn)行發(fā)電，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制器所組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中最為關(guān)鍵的部件，電動(dòng)汽車的運(yùn)行性能主要取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型和性能，它直接影響著車輛的各項(xiàng)性能指標(biāo)。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理LOGO 電力驅(qū)動(dòng)主模塊電力驅(qū)動(dòng)主模塊 4、機(jī)

8、械傳動(dòng)裝置。電動(dòng)汽車傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，從而帶動(dòng)汽車車輪行駛。由于電動(dòng)機(jī)本身就具有較好的調(diào)速特性，其變速機(jī)構(gòu)可被大大簡化，較多的是為放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩僅采用一種固定的減速裝置。又因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)可帶負(fù)載直接起動(dòng)，即省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的離合器。并由于電動(dòng)機(jī)可以容易地實(shí)現(xiàn)正反向旋轉(zhuǎn)，所以也無需通過變速器中的倒檔齒輪組來實(shí)現(xiàn)倒車。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理LOGO驅(qū)動(dòng)控制器是按中央控制單元的指令和電動(dòng)機(jī)的速度、電流反饋信號(hào)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)控制器必須和電動(dòng)機(jī)配套使用。中央控制單元根據(jù)加速踏板和制動(dòng)踏板的輸入信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)

9、控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)控制。電機(jī)在電動(dòng)汽車中被要求承擔(dān)電動(dòng)和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；在減速和下坡滑行時(shí)又被要求進(jìn)行發(fā)電，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。機(jī)械傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，從而帶動(dòng)汽車車輪行駛。LOGO二、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式 電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心部分，其性能決定著電動(dòng)汽車運(yùn)行性能的好壞。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置取決于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方式，可以有多種多樣。常見的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式如圖所示。LOGO(1) 傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式。 圖（a）與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置方式一致，帶有變速器

10、和離合器，只是將發(fā)動(dòng)機(jī)換成電動(dòng)機(jī)，屬于改造型電動(dòng)汽車。這種布置可以提高電動(dòng)汽車的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，增加低速時(shí)電動(dòng)汽車的后備功率。LOGO(2) 電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)模式。 圖（b）和（c）取消了離合器和變速器，但具有減速差速機(jī)構(gòu)，由1臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩車輪旋轉(zhuǎn)。優(yōu)點(diǎn)是可以繼續(xù)沿用當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)汽車中的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，只需要一組電動(dòng)機(jī)和逆變器。LOGO(2) 電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)模式。 這種方式對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求較高，不僅要求電動(dòng)機(jī)具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且要求具有較大的后備功率，以保證電動(dòng)汽車的起動(dòng)、爬坡、加速超車等動(dòng)力性。 LOGO (3) 電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)模式。 圖（d）是將電動(dòng)機(jī)裝到驅(qū)動(dòng)軸上，直

11、接由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換。這種傳動(dòng)方式同樣對(duì)電動(dòng)機(jī)有較高的要求，大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和后備功率，不僅要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度，而且要具備良好的可靠性，從而保證電動(dòng)汽車行駛的安全、平穩(wěn)。LOGO (4) 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。 圖（e）和（f）同圖（d）布置方式比較接近，將電動(dòng)機(jī)直接裝到了驅(qū)動(dòng)輪上，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪行駛。LOGO第三節(jié)、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)1.電池管理系統(tǒng)的功能和構(gòu)成原理2.電池管理系統(tǒng)方案3.電池電壓采集方法4.電池溫度采集方法5.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)舉例LOGO1.電池管理系統(tǒng)的功能和構(gòu)成原理(1)數(shù)據(jù)采集在電池管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是對(duì)電池作出合理有效管理和控制的基礎(chǔ)。(2)狀態(tài)估

12、計(jì)(SOC估算)電池荷電狀態(tài)(SOC)確定是電池管理系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。(3)能量管理能量管理是指對(duì)電池充放電控制，即根據(jù)SOC、電池健康狀態(tài)(SOH)和溫度來限定電池的充放電電流，設(shè)定一個(gè)控制充電和放電的算法邏輯，以此作為充放電控制的標(biāo)準(zhǔn)，其中還包括電池組單體或模塊進(jìn)行電量均衡。(4)安全管理和控制BMS在安全方面功能：過電壓和過電流控制、過放電控制、防止溫度過高、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池。LOGO1.電池管理系統(tǒng)的功能和構(gòu)成原理(5)熱管理電池在不同的溫度下會(huì)有不同的工作性能，溫度的變化會(huì)使電池的SOC、開路電壓、內(nèi)阻和可用能量發(fā)生變化，甚至?xí)绊懙诫姵氐氖褂脡勖?6)數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是

13、BMS的重要組成部分之一。LOGO1.電池管理系統(tǒng)的功能和構(gòu)成原理圖6-54電池管理系統(tǒng)的功能框圖LOGO(1)數(shù)據(jù)采集在電池管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是對(duì)電池作出合理有效管理和控制的基礎(chǔ)。(2)狀態(tài)估計(jì)(SOC估算)電池荷電狀態(tài)(SOC)確定是電池管理系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。(3)能量管理能量管理是指對(duì)電池充放電控制，即根據(jù)SOC、電池健康狀態(tài)(SOH)和溫度來限定電池的充放電電流，設(shè)定一個(gè)控制充電和放電的算法邏輯，以此作為充放電控制的標(biāo)準(zhǔn)，其中還包括電池組單體或模塊進(jìn)行電量均衡。LOGO(4)安全管理和控制BMS在安全方面功能：過電壓和過電流控制、過放電控制、防止溫度過高、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池。

14、(5)熱管理電池在不同的溫度下會(huì)有不同的工作性能，溫度的變化會(huì)使電池的SOC、開路電壓、內(nèi)阻和可用能量發(fā)生變化，甚至?xí)绊懙诫姵氐氖褂脡勖?。LOGO(6)數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是BMS的重要組成部分之一。圖6-55電池管理系統(tǒng)的構(gòu)成原理LOGO(6)數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是BMS的重要組成部分之一。表6-6電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)LOGO2.電池管理系統(tǒng)方案圖6-56電池組集中式管理結(jié)構(gòu)LOGO2.電池管理系統(tǒng)方案圖6-57電池組分布式管理結(jié)構(gòu)LOGO3.電池電壓采集方法(1)繼電器陣列法圖6-58所示為基于繼電器陣列法的電池電壓采集電路原理圖，它由端電壓傳感器、繼電器陣列、A/D轉(zhuǎn)換器、光耦合器、多路模擬

15、開關(guān)等組成。(2)恒流源法采用恒流源電路進(jìn)行電池電壓采集的基本原理是：在不使用轉(zhuǎn)換電阻的前提下，將電池端電壓轉(zhuǎn)化為與之成線性變化關(guān)系的電流信號(hào)，以此提高系統(tǒng)的抗干擾能力。(3)隔離運(yùn)放采集法隔離運(yùn)算放大器是一種能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行電氣隔離的電子元件，廣泛用于工業(yè)過程控制中的隔離器和各種電源設(shè)備中的隔離介質(zhì)。(4)壓/頻轉(zhuǎn)換電路采集法當(dāng)利用壓/頻(V/F)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電池單體電壓采集功能時(shí)，壓/頻變換器的應(yīng)用是關(guān)鍵。LOGO3.電池電壓采集方法(5)線性光耦合器放大電路采集法圖6-62 所示為基于線性光耦合器TIL300的電池單體電壓采集電路原理圖，它實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集端和處理端之間的隔離，從而提高了電路的穩(wěn)定性與抗干擾能力。LOGO(1)繼電器陣列法圖6-58所示為基于繼電器陣列法的電池電壓采集電路原理圖，它由端電壓傳感器、繼電器陣列、A/D轉(zhuǎn)換器、光耦合器、