現(xiàn)代汽車安全技術(shù)-5章電動汽車安全技術(shù)-簡

1、 朱明工作室zhubob 主講:朱明高級技師、經(jīng)濟(jì)師 , 工程師 高級技能專業(yè)教師 朱明工作室 zhubob 5. 1 電動汽車概述5. 1. 1 電動汽車的發(fā)展概述1831年法拉第研制成功世界上第一臺旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)。1834年蘇格蘭人 ThomasDavenport 研制成功不可充電蓄電池電動三 輪車。1859年法國人 GastonPlante 發(fā)明可充電鉛酸蓄電池。 ,1881年法國工程師 GustaveTrouve 研制成功世界上第一輛可充電鉛 酸蓄電池電動三輪機(jī)動車 (也有人認(rèn)為 1873年英國人 RobertDavishen 研 制成功第一輛電動機(jī)動車 。1882年英國 W . E .

2、 Ayrton 和 John . Perry 兩位教授組裝成功世界上 第二輛電動機(jī)動車。1886年, FrankSprague 設(shè)計(jì)生產(chǎn)了有軌電車。從此,電動汽車變得 流行起來,并且在當(dāng)時車輛運(yùn)輸中起著很重要的作用。美國 1900年銷售的 4 200輛汽車中有 38 %是電動汽車, 22%是燃油汽車, 40%是蒸汽機(jī)汽車。 1912早期電動 汽車發(fā)展到鼎盛,僅美國電動汽車即達(dá) 3. 4萬輛。 1915年美國電動汽車 的產(chǎn)量達(dá) 5000輛。 朱明工作室zhubob電動汽車歷史 在 20世紀(jì)早期,電動汽車在美國的銷售 量曾大于燃油汽車。通用汽車的第一輛 電動汽車可以追溯到 1912年。但當(dāng)時只 有

3、少數(shù)電動汽車每次充電后可以行駛超 過 50英里,并且人們要花一天時間給它 們充電。 朱明工作室zhubob重視電動汽車的研制和開發(fā)各汽車大國十分重視電動汽車的研制和開發(fā),不僅注入 巨額資金,而且給予特殊的政策優(yōu)惠。如美國, 購買 1輛電動汽車可從聯(lián)邦政府獲得 10%(不 超過 4000美元 的補(bǔ)貼,從地方政府獲得 5000美元的補(bǔ) 貼。 法國 2000年投人 15億法郎發(fā)展電動汽車 10萬輛,政 府成立部級協(xié)調(diào)小組,總理和部長帶頭坐電動汽車上班。 規(guī)定每生產(chǎn) 1輛電動汽車,電力公司要補(bǔ)貼生產(chǎn)廠家 1萬 法郎,行政機(jī)關(guān)和地方團(tuán)體每新購 1輛電動汽車,由環(huán)保 和能源控制署補(bǔ)貼 8千法郎,私人購買電

4、動汽車可獲得政 府補(bǔ)貼 5000法郎。在公司服務(wù)的電動汽車,減免各種地 方稅收。英國 規(guī)定電動汽車免繳牌照費(fèi)和養(yǎng)路費(fèi),夜間充電減 免 2/3電費(fèi)。 朱明工作室zhubob電動汽車與燃油汽車的能源消費(fèi)比較 朱明工作室 zhubob 朱明工作室 zhubob電動汽車 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)(1優(yōu)點(diǎn)利用電池里儲存的電能行駛 , 因此行駛 過程完全不排出氣體。振動和噪音很小 , 是一種很安靜的車輛。 減速時能回收能量 , 因而效率高。由于利用電能 , 不一定必須依靠石油。 朱明工作室 zhubob電動汽車 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)(2缺點(diǎn) 行駛距離短且載重量少等 , 用途受到限制。 當(dāng)今由于產(chǎn)量少、電池價格高等原因 , EV

5、價格也高。 充電需耗費(fèi)時間 (充電時間 48小時 。由此 可見EV雖然與內(nèi)燃機(jī)汽車 (簡稱ICEV 相 比對環(huán)境等方面有優(yōu)越的一面 , 但是在價格與 使用方便等方面仍存在問題。然而考慮到環(huán)境 以及能源問題 , 它應(yīng)被看作能夠?qū)ι鐣鞒鲐?獻(xiàn)的一種車輛。 朱明工作室 zhubob5. 1. 2 電動汽車的結(jié)構(gòu)電動汽車是指純電動汽車、混合動力 (電動 汽 車和燃料電池電動汽車的總稱。 1. 純電動汽車 指由電動機(jī)驅(qū)動的汽車。電動 機(jī)的驅(qū)動電能來源于車載可充電蓄電池或其他 易攜帶能源儲存的裝置。 2. 混合動力 (電動 汽車 ,能夠至少從下述兩 類車載儲存的能量中獲得動力的汽車:可消 耗的燃料;可再

6、充電能/能量儲存裝置,包 括串聯(lián)式混合動力 (電動 汽車、并聯(lián)式混合動 力 (電動 汽車、混聯(lián)式混合動力 (電動 汽車。 3. 燃料電池電動汽車, 以燃料電池為電源的 電動汽車。 朱明工作室zhubob 朱明工作室 zhubob 朱明工作室zhubob 朱明工作室zhubob 朱明工作室 zhubob電動汽車具有的特點(diǎn) 電動汽車與傳統(tǒng)汽車一樣也是由動力裝置、底 盤、車身和電器設(shè)備等四個部分組成。電動汽車具有以下獨(dú)特的特點(diǎn): 1. 電動汽車的能量主要通過柔性的電線而不 是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的;2. 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置不同 (如獨(dú)立的 四輪驅(qū)動系統(tǒng)和輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 會 使系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)區(qū)別

7、很大; 3. 采用不同的電動機(jī)、不同類型的儲能裝置 會影響到電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀。 朱明工作室 zhubob電動汽車系統(tǒng) 電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng),即電力驅(qū)動 子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。 電力驅(qū)動子系統(tǒng)又由電控單元、功率轉(zhuǎn)換器、 電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成;主能 源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng) 構(gòu)成;輔助控制子系統(tǒng)具有動力轉(zhuǎn)向、溫度控 制和輔助動力供給等功能?，F(xiàn)代電動汽車很多 采用三相交流感應(yīng)電動機(jī),相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換器 采用脈寬調(diào)制逆變器,機(jī)械變速傳動系統(tǒng)一般 采用固定速比的減速器與差速器, 典型結(jié)構(gòu)如圖 5 1。朱明工作室zhubob電動汽車系統(tǒng) 典型結(jié)

8、構(gòu)如圖 5 1。 朱明工作室zhubob電動汽車系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)如圖 5 1。 在圖中,雙線表示機(jī)械連接,粗線表示電氣 連接;細(xì)線表示控制信號連接,線上的箭頭表 示電功率和控制信號流動的方向。根據(jù)從制動 踏板和加速踏板輸人的信號,電子控制器發(fā)出 相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器的功率裝置 的通斷,從而調(diào)節(jié)電動機(jī)和電源之間的功率流。 當(dāng)電動汽車制動時,再生制動的能源被電源吸 收,此時功率流的方向要反向。能量管理系統(tǒng) 和電控系統(tǒng)一起控制再生制動及其能量的回 收,能量管理系統(tǒng)和充電器一起控制充電并監(jiān) 測電源使用情況。輔助動力供給系統(tǒng)主要給動 力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其他輔助裝置提供動力。 朱明工作室zhubo

9、bHEV 動力總成的基本構(gòu)成及分類現(xiàn)在國際上通用的混合動力汽車分類是按照驅(qū)動布 置形式的不同來劃分:串聯(lián)式,并聯(lián)式和混聯(lián)式 三大類。機(jī)械功率進(jìn)行合成的方式的不同: 扭矩合成式;功率合成式; 牽引力合成式按照內(nèi)燃機(jī)占整個系統(tǒng)功率的比例大小變化,HEV 分為兩種典型的類型:電量消耗型和電量保持型 朱明工作室zhubob電動汽車六種不同結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不同的電力驅(qū)動系統(tǒng),可將電動汽車分為如圖 5 2六種不同結(jié) 構(gòu)形式。圖 5 2(a由發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的燃油車發(fā)展而來,結(jié)構(gòu)和性 能類似燃油車。圖 5 2(b由于沒有離合器和可選的變速檔位,不能提供理想的 轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性,不適合使用發(fā)動機(jī)的燃油汽車。圖

10、5 2(c與發(fā)動機(jī)橫向前置前輪驅(qū)動的燃油汽車布置方法類似, 在小型電動汽車上應(yīng)用最普遍。圖 5 2(d采用兩個電動機(jī)通過固定速比的減速器分別驅(qū)動兩個 車輪,便于實(shí)現(xiàn)電子差速,因此不必選用機(jī)械差速器。圖 5 2(e將上述電動機(jī)安裝在車輪里面,稱為輪轂電動機(jī),可 進(jìn)一步縮短電動機(jī)到驅(qū)動車輪的傳遞路徑。圖 5-2(f表示使用了另外一種輪轂電動機(jī)的電動汽車結(jié)構(gòu)。采用 低速外轉(zhuǎn)子電動機(jī),徹底去掉機(jī)械減速齒輪箱,電動機(jī)的外轉(zhuǎn)子直 接安裝在車輪的輪緣上,車輪轉(zhuǎn)速和電動汽車的車速完全取決于電 動汽車的轉(zhuǎn)速控制。輪轂電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 5 3。 朱明工作室zhubob電動汽車六種不同結(jié)構(gòu)形式圖 52(a由發(fā)動機(jī)前

11、置前輪驅(qū)動 圖 52(b由于沒有離合器和可選的變速檔位 圖 52(c與發(fā)動機(jī) 橫向前置前輪驅(qū)圖 52(d采用兩個電動機(jī) 通過固定速比的減速器分別 驅(qū)動兩個車輪 圖 52(e將上述電動機(jī)安裝 在車輪里面,稱為輪轂電動機(jī) 圖 5-2(f表示使用了另外一種 輪轂電動機(jī)的電動汽車結(jié)構(gòu) 朱明工作室zhubob圖 5-2(f 另外一種輪轂電動機(jī)的電動汽車結(jié)構(gòu) 朱明工作室zhubob電驅(qū)動的儲能方式電池 電容 燃料電池 飛輪電池重整置氫 朱明工作室zhubob.2000年通用EV1車型 2000通用EV 1燃料消耗 (kW/hr每 100英里 鎳金屬氫化物電池組 34 城市/30 公路 扭矩 150 Nm/

12、7000 rpm車身總重 290磅最大速度 電子調(diào)節(jié)最高速度80mph 最大行駛里 程 55-95英里或75-130英里 0-60公里 加速9秒充電時間5.5-6小時或6-8小時 朱明工作室zhubob澳大利亞世界太陽能挑戰(zhàn)賽世界太陽能挑戰(zhàn)賽是太陽能汽車賽事中歷 史最久、聲望 最高的一項(xiàng),也是最牽動人心的科學(xué)冒險活動之一。 42輛造型古怪的汽車從澳大利 亞北岸的達(dá)爾文出發(fā), 沿全長 3000公里的斯圖亞特高速公路 南下, 5至 6天之內(nèi)抵達(dá)南岸 的 阿德萊德,其間不耗費(fèi)一滴汽 油。 朱明工作室zhubob太陽能 太陽能汽車 朱明工作室zhubob太陽能汽車-TOYOTA 朱明工作室zhubob

13、.太陽能電池板的面積自然是越大越好,而車子 的總重量則是越小越好。賽車形狀都大同小異:扁扁的、矮 矮的,結(jié)構(gòu) 盡量簡單,恨不得除了電池板和輪子之外什么 也沒有, 連發(fā)動機(jī)也是內(nèi)置在車輪里的。車手在狹小的駕駛艙里躺著開車, 可以想象, 這烈日下的 3000公里一定是相當(dāng)不舒服的。荷蘭 Delft 技術(shù)大學(xué)的 Nuna 獲得了 2001年冠軍, 總計(jì) 用時 32小時 39分鐘。行駛距離:2998公里 平均時速更高達(dá) 91.81公里,最高時速 130公 里 ,不可謂不驚人。太陽能汽車 朱明工作室 zhubob . 朱明工作室zhubob. .氫能驅(qū)動汽車 朱明工作室zhubob 燃料電池工廠天然氣制

14、氫 朱明工作室 zhubob混合動力車(HEV的 特征、現(xiàn)狀及開發(fā)狀況 混合動力車的基本概念混合動力車(英 文縮寫為HEV是指在同一輛汽車中 同時采用了電動馬達(dá)和燃料發(fā)動機(jī)的新 型汽車。混合動力車以降低油耗和控制 尾氣排放為主要目標(biāo) 朱明工作室 zhubob混合動力車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn) : (1混合動力汽車的開發(fā)生產(chǎn) , 并不要求大規(guī)模改變現(xiàn) 有汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)裝備 ;(2混合動力汽車的普遍使用 , 并不要求改變現(xiàn)有燃油 汽車的能源(石油燃料的生產(chǎn)供應(yīng)體系 ; (3混合動力汽車的普遍使用 , 并不要求司機(jī)改變已有 的駕駛習(xí)慣 ;(4可以大幅度降低尾氣有害排放 (減少50%90% , 減少

15、一半 油耗 , 使用戶得到切 切實(shí)實(shí)的經(jīng)濟(jì)利益 , 價格雖比傳統(tǒng)汽車高一些 , 但有政府 的政策支持 , 用戶完全可以接受。 朱明工作室 zhubob混合動力技術(shù)對節(jié)能的作用 (1 穩(wěn)定發(fā)動機(jī)工作點(diǎn),改善發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍發(fā)動機(jī)只 限于高效率、高扭矩轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)使用。利于采用 “ ATKINSON ” 循環(huán)發(fā)動機(jī)技術(shù) , 同時確保低油耗和低排放。 (2停車時及輕負(fù)荷行駛時發(fā)動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) , 在輕負(fù)荷 工況下只由電機(jī)驅(qū)動車輛行駛 , 從而確保低油耗與低排 放。 (3 制動過程中將運(yùn)動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能 , 并回收到 混合動力車用蓄電池中這種過程稱為再生能量制動。 朱明工作室 zhubob穩(wěn)定發(fā)動機(jī)工作

16、點(diǎn). 油耗增加方向 朱明工作室 zhubobHEV 動力總成的基本構(gòu)成及分類 機(jī)械功率進(jìn)行合成的方式的不同:扭矩合成式;功率合成式; 牽引力合成式 現(xiàn)在國際上通用的混合動力汽車分類是按照驅(qū)動布 置形式的不同來劃分:串聯(lián)式,并聯(lián)式和混聯(lián)式 三大類。 按照內(nèi)燃機(jī)占整個系統(tǒng)功率的比例大小變化,HEV 分為兩種典型的類型:電量消耗型和電量保持型 朱明工作室zhubob電動汽車六種不同電力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不同的電力驅(qū)動系統(tǒng),可將電動汽車分為如圖 5 2六種不同結(jié) 構(gòu)形式。圖 5 2(a由發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的燃油車發(fā)展而來,結(jié)構(gòu)和性 能類似燃油車。圖 5 2(b由于沒有離合器和可選的變速檔位,不能提

17、供理想的 轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性,不適合使用發(fā)動機(jī)的燃油汽車。圖 5 2(c與發(fā)動機(jī)橫向前置前輪驅(qū)動的燃油汽車布置方法類似, 在小型電動汽車上應(yīng)用最普遍。圖 5 2(d采用兩個電動機(jī)通過固定速比的減速器分別驅(qū)動兩個 車輪,便于實(shí)現(xiàn)電子差速,因此不必選用機(jī)械差速器。圖 5 2(e將上述電動機(jī)安裝在車輪里面,稱為輪轂電動機(jī),可 進(jìn)一步縮短電動機(jī)到驅(qū)動車輪的傳遞路徑。圖 5-2(f表示使用了另外一種輪轂電動機(jī)的電動汽車結(jié)構(gòu)。采用 低速外轉(zhuǎn)子電動機(jī),徹底去掉機(jī)械減速齒輪箱,電動機(jī)的外轉(zhuǎn)子直 接安裝在車輪的輪緣上,車輪轉(zhuǎn)速和電動汽車的車速完全取決于電 動汽車的轉(zhuǎn)速控制。輪轂電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 5 3。 朱明工作室

18、zhubob電動汽車六種不同結(jié)構(gòu)形式圖 52(a由發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動 圖 52(b由于沒有離合器和可選的變速檔位 圖 52(c與發(fā)動機(jī) 橫向前置前輪驅(qū)圖 52(d采用兩個電動機(jī) 通過固定速比的減速器分別 驅(qū)動兩個車輪 圖 52(e將上述電動機(jī)安裝 在車輪里面,稱為輪轂電動機(jī) 圖 5-2(f表示使用了另外一種 輪轂電動機(jī)的電動汽車結(jié)構(gòu) 朱明工作室zhubob圖 5-2(f 另外一種輪轂電動機(jī)的電動汽車結(jié)構(gòu) 朱明工作室zhubob六種典型的電動汽車結(jié)構(gòu)采用不同類型的儲能裝置,如不同的蓄電池、燃料電 池、超大電容和高速飛輪等,將構(gòu)成六種典型的電動 汽車結(jié)構(gòu),如圖 5-4。混合動力電動汽車分類主要有三

19、種:串聯(lián)式、并聯(lián) 式和混聯(lián)式, 2000年延伸出復(fù)合式,如 串聯(lián)式是 混合動力電動汽車中最簡單的一種,發(fā)動 機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,轉(zhuǎn)化后 的電能一部分用來給蓄電池充電,另一部分經(jīng)由電動 機(jī)和傳動裝置驅(qū)動車輪。和燃油車相比,它是發(fā)動機(jī)輔助型的電動汽車。如果串聯(lián)混合型電動汽車設(shè)計(jì)時考慮爬長坡,為提 供最大功率的發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)三個驅(qū)動裝置 的尺寸就會很大,如果用作短途運(yùn)行如當(dāng)通勤車或用于購物,相應(yīng)的 內(nèi)燃機(jī) 發(fā)電機(jī)裝置應(yīng)采用低功率的。 朱明工作室zhubob圖 5 4 儲能裝置的結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)式并聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式混聯(lián)式混聯(lián)式 朱明工作室zhubob串聯(lián)式混合動力方案 發(fā)動機(jī) -發(fā)電機(jī) -直流母線 -電動機(jī) -驅(qū)動橋 朱明工作室zhubob并聯(lián)式混合動力電動汽車并聯(lián)式混合動力電動汽車 采用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套獨(dú) 立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。發(fā)動機(jī)和電動機(jī)通常通過不同的離合器來驅(qū)動車 輪,可以采用發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動、電力