第十三章汽車電力驅(qū)動(dòng)

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁第13章 汽車電力驅(qū)動(dòng)跳轉(zhuǎn)到第一頁電池性能指標(biāo)及類型電池性能指標(biāo)及類型 電力驅(qū)動(dòng)汽車類型電力驅(qū)動(dòng)汽車類型混合動(dòng)力汽車控制策略混合動(dòng)力汽車控制策略 重重點(diǎn)點(diǎn) 跳轉(zhuǎn)到第一頁13.1 概述概述n化石能源資源有限，根據(jù)預(yù)測(cè)，未來石油可用年限僅40年、天然氣67年、煤炭 190年，而且化石能源會(huì)排放大量空氣污染物與溫室氣體，成為環(huán)境污染與溫室效應(yīng)元兇；核能則使用環(huán)境限制苛刻，必須提升能源使用效率并開發(fā)新能源，促進(jìn)能源永續(xù)利用；n大氣污染，被稱為社會(huì)一大公害，越是交通發(fā)達(dá)的國(guó)家，由汽車尾氣排放的污染物越嚴(yán)重，根據(jù)檢測(cè)分析，汽車尾氣排放量已占大氣污染源的85%，治理大氣污染，減少汽車尾氣排放是重

2、中之重。 由于以上原因，電動(dòng)汽車就應(yīng)運(yùn)而生跳轉(zhuǎn)到第一頁電動(dòng)汽車發(fā)展歷史電動(dòng)汽車發(fā)展歷史n 一百多年來，電動(dòng)汽車在汽車發(fā)展史中經(jīng)歷了三次一百多年來，電動(dòng)汽車在汽車發(fā)展史中經(jīng)歷了三次重大機(jī)遇：重大機(jī)遇：n第一次發(fā)生在一百余年前。由于當(dāng)時(shí)電池和電機(jī)的發(fā)展較內(nèi)燃機(jī)成熟，而且石油的運(yùn)用還沒有普及，使電動(dòng)汽車在早期的汽車領(lǐng)域中占有舉足輕重的位置。n但由于石油的大量開采和內(nèi)燃機(jī)的種種優(yōu)越性，直到上世紀(jì)70年代石油危機(jī)的爆發(fā)，又給了電動(dòng)汽車第二次機(jī)遇，又一次被人矚目。n第三次機(jī)遇開始于若干年前，世界上除了已存在的能源問題之外，環(huán)境保護(hù)問題也逐漸成為了各個(gè)方面所關(guān)心重大課題，跳轉(zhuǎn)到第一頁電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀電動(dòng)汽車

3、發(fā)展現(xiàn)狀n 2008北京奧運(yùn)會(huì)期間在北京奧林匹克公園核心區(qū)域共投放了50多輛電動(dòng)公共汽車。n2009年2月，國(guó)家出臺(tái)了關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣的通知，在全國(guó)13個(gè)城市以財(cái)政政策鼓勵(lì)在公交、出租、公務(wù)、環(huán)衛(wèi)和郵政等公共服務(wù)領(lǐng)域率先推廣使用節(jié)能與新能源汽車，對(duì)推廣使用單位購(gòu)買節(jié)能與新能源汽車給予補(bǔ)助，如燃料電池轎車的最高補(bǔ)貼可達(dá)25萬元。n2010年6月，國(guó)家又出臺(tái)了關(guān)于開展私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)的通知，確定合肥、上海、長(zhǎng)春、深圳、杭州五個(gè)城市為私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)工作城市。根據(jù)規(guī)定，試點(diǎn)城市居民私人購(gòu)買新能源汽車，可以獲得最高6萬元的一次性補(bǔ)貼。n現(xiàn)今混合動(dòng)力客車、電動(dòng)客車已在

4、北京、上海、武漢、長(zhǎng)春、合肥等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行；國(guó)產(chǎn)的純電動(dòng)轎車、混合動(dòng)力轎車車型輩出，如長(zhǎng)安杰勛混合動(dòng)力轎車、奇瑞A5 BSG、比亞迪F3DM等。跳轉(zhuǎn)到第一頁國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展情況國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展情況公司公司車型車型投放時(shí)間投放時(shí)間現(xiàn)運(yùn)行情況現(xiàn)運(yùn)行情況豐田公司混合動(dòng)力轎車（普銳斯）1997年批量投放20007出口北美20009出口歐洲二十多個(gè)國(guó)家至目前其全球銷量達(dá)到了50萬輛2012年該公司要將其所有的車型全部裝上混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)繼混合動(dòng)力轎車之后，豐田還推出了（大霸王）混合動(dòng)力汽車和搭載軟混合動(dòng)力系統(tǒng)的（皇冠）轎車，其在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面走在了世界前列。本田

5、公司混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（ 因賽特）混合動(dòng)力汽車 （思域）2002年混合動(dòng)力汽車（阿蒂瑪）2006年向美國(guó)市場(chǎng)銷售2010年日本國(guó)內(nèi)普及萬輛跳轉(zhuǎn)到第一頁電動(dòng)汽車發(fā)展存在問題電動(dòng)汽車發(fā)展存在問題n 技術(shù)方面n市場(chǎng)方面n使用環(huán)境方面跳轉(zhuǎn)到第一頁電力驅(qū)動(dòng)汽車特點(diǎn)電力驅(qū)動(dòng)汽車特點(diǎn)n 效率高n環(huán)境污染小n可使用多種能源n 噪音低n使用郵費(fèi)低跳轉(zhuǎn)到第一頁混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車 分分 類類純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車鉛酸電池型鉛酸電

6、池型鎳鎘電池型鎳鎘電池型 鎳氫電池型鎳氫電池型鋰離子電池型鋰離子電池型 維護(hù)型維護(hù)型 （現(xiàn)小巴車輛使用）（現(xiàn)小巴車輛使用）免維護(hù)型免維護(hù)型 堿性燃料電池（堿性燃料電池（AFC）質(zhì)子交換膜燃料電（質(zhì)子交換膜燃料電（PEMFC）磷酸燃料電池（磷酸燃料電池（PAFC）熔融碳酸燃料電池（熔融碳酸燃料電池（MCFC）固志氧燃料電池（固志氧燃料電池（SOFC） 電動(dòng)汽車分類電動(dòng)汽車分類跳轉(zhuǎn)到第一頁n 純電動(dòng)汽車又稱蓄電池電動(dòng)汽車，也稱二次電池電動(dòng)汽車。純電動(dòng)汽車有多種類型。n 1)常規(guī)型的純電動(dòng)汽車，它用電動(dòng)機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)，仍保留內(nèi)燃機(jī)汽車中的變速器和差速器等動(dòng)力傳輸裝置，仍具有較大的變速和變矩范圍。n 純

7、電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁n 2)無變速器和差速器的純電動(dòng)汽車，它用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)輪子，解決轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)不要差速器而實(shí)現(xiàn)雙輪差速驅(qū)動(dòng)的矛盾。純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁n 根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式，混合電動(dòng)汽車主要分為串聯(lián)式混合電動(dòng)汽車、并聯(lián)式混合電動(dòng)汽車和混聯(lián)式混合電動(dòng)汽車三類。 混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁n 燃料電池汽車是一種使燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茯?qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，這種汽車要攜帶專用燃料，燃料在燃料電池中產(chǎn)生電能，然后帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁n 利用物質(zhì)的化學(xué)變化或物理變

8、化將其它能量轉(zhuǎn)化電能的裝置，叫做化學(xué)電池或物理電池。常用的鉛酸電池是化學(xué)電池，太陽能電池是物理電池。目前車用動(dòng)力電池主要是化學(xué)電池。n 電動(dòng)汽車與燃油汽車相比的缺點(diǎn)是:成本高、續(xù)駛里程短和充電時(shí)間長(zhǎng)。這些都與能量或電能存儲(chǔ)技術(shù)沒有突破性進(jìn)展直接相關(guān)。電動(dòng)汽車所用動(dòng)力電池的理想條件或研發(fā)方向應(yīng)該具有以下幾點(diǎn)：n （1）能一次提供足夠的能量，保證電動(dòng)汽車有一定的行駛里程。n （2）能快速充電或補(bǔ)充能量，使補(bǔ)充能量的時(shí)間很短。n （3）重量輕，減少車載負(fù)荷。n （4）能持續(xù)穩(wěn)定的大電流放電，保證電動(dòng)汽車的一定行駛速度。n （5）能短時(shí)大電流放電，保證電動(dòng)汽車在加速、上坡時(shí)有足夠的動(dòng)力。13.2 車用

9、動(dòng)力電池車用動(dòng)力電池跳轉(zhuǎn)到第一頁n1.容量n 電池的容量是指在一定的放電條件下，可以輸出的電量。常用安時(shí)容量（Ah）和瓦時(shí)容量（Wh）來表示。n 安時(shí)容量（Ah）：用電池輸出平均電流I與時(shí)間t的乘積來表示電池的容量，單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)，用符號(hào)Ah表示，故稱安時(shí)容量。如一個(gè)80Ah的蓄電池，用2A電流對(duì)外供電，可以持續(xù)40小時(shí)，如用4A的電流對(duì)外供電，只能持續(xù)20小時(shí)。n 瓦時(shí)容量（Wh）：在分析電動(dòng)汽車的能量利用效率時(shí)，也用輸出平均功率P與時(shí)間t的乘積來表示電池的容量，單位為瓦時(shí)，用符號(hào)Wh表示，故稱瓦時(shí)容量（Wh）。Wh容量可用Ah容量乘以放電平均電壓獲得。n車用動(dòng)力電池的主要性能指標(biāo)

10、車用動(dòng)力電池的主要性能指標(biāo)跳轉(zhuǎn)到第一頁n2.電動(dòng)勢(shì)n 電池不對(duì)外放電時(shí)正極與負(fù)極之間的電位差稱為其電動(dòng)勢(shì)，在汽車行業(yè)內(nèi)常稱為開路電壓，或簡(jiǎn)稱電壓。n 不同的電池，電壓是不同的。如鉛酸蓄電池的電壓是2.1V，而鎳鎘蓄電池的電動(dòng)勢(shì)是1.2V。n 3.能量密度（比能量）n 能量密度又稱比能量，常用比質(zhì)量能量和比體積能量來表示。n 比質(zhì)量能量：是指單位質(zhì)量的電池所能輸出的能量，單位為瓦時(shí)每千克或千瓦時(shí)每千克，用符號(hào)Wh/Kg或kWh/Kg表示。n 比體積能量：是指單位體積的電池所能輸出的能量，單位為瓦時(shí)每升或千瓦時(shí)每升，用符號(hào)Wh/L或kWh/L表示。n 汽車動(dòng)力電池的比能量越大，相對(duì)重量就越輕，或體

11、積就越小，汽車充電后續(xù)駛里程就越長(zhǎng)。跳轉(zhuǎn)到第一頁n4.功率密度（比功率）n 功率密度又稱比功率。是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的功率，分別稱為比質(zhì)量功率和比體積功率，單位分別常用W/kg、kW/kg或W/L、kW/L表示。n 汽車動(dòng)力電池的比功率越大，汽車的加速性能和爬坡性能就越好，最高車速也越高。n5使用循環(huán)壽命n 二次電池經(jīng)歷一次充放電稱為一個(gè)周期或一次循環(huán)。n 二次電池在反復(fù)充放電的使用條件下，電池容量會(huì)逐漸下降，一般以電池的額定容量為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量降至其60%或80%時(shí)的充放電次數(shù)稱為循環(huán)壽命。n 電池的使用循環(huán)壽命除了與電池的類型有密切關(guān)系外，還與使用條件、使用方法和維護(hù)有密

12、切關(guān)系。跳轉(zhuǎn)到第一頁n6自放電n 在儲(chǔ)存過程中，電池蓄電容量會(huì)逐漸下降，其減少的容量與額定容量的比例，稱為自放電率。n 通常，環(huán)境溫度對(duì)其影響較大，過高溫度會(huì)加速電池的自放電。電池容量衰減（自放電率）的表達(dá)方法為：%/月。鎳鎘、鎳氫電池的自放電率為20-25%/月，鋰電池的自放電率為2-5%/月。跳轉(zhuǎn)到第一頁車用動(dòng)力電池類型車用動(dòng)力電池類型n鉛酸蓄電池n鎳鎘電池n鎳氫蓄電池n鈉硫蓄電池n鋰電池n鋅空氣電池n飛輪電池n燃料電池跳轉(zhuǎn)到第一頁n 汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成，它們是汽車電力驅(qū)動(dòng)的核心。n 汽車電力驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)發(fā)展方向：n由有刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)向無刷化、交流化方向發(fā)

13、展，如開發(fā)并應(yīng)用了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和永磁無刷電動(dòng)機(jī)。n朝電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、控制器集成的機(jī)電一體化方向發(fā)展，構(gòu)成智能化的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。n由單個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)向兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，后輪驅(qū)動(dòng)向前輪驅(qū)動(dòng)發(fā)展，進(jìn)而以四個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)四輪的方向發(fā)展。n由帶齒輪減速器驅(qū)動(dòng)向直接驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展，將外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)與車輪一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)四輪直接驅(qū)動(dòng)。n電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、控制器、電池以及電動(dòng)汽車工況均由單片機(jī)集成控制，實(shí)現(xiàn)汽車驅(qū)動(dòng)和控制向電子化方向發(fā)展。13.3 汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到第一頁n需要有4-5倍的過載以滿足短時(shí)加速行駛與最大爬坡時(shí)的要求。n最高轉(zhuǎn)速要達(dá)到在公路上巡航車速的4-5倍。n要求有高的功率密度和好的

14、效率圖，從而能夠降低車重，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。n為使多電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，要求電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動(dòng)態(tài)性能好。n安裝于機(jī)動(dòng)車上，處于空間小、溫差變化大、振動(dòng)劇烈的惡劣環(huán)境中。汽車用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)汽車用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁n 由于各種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)上的差異，采用的動(dòng)力控制策略也不盡相同，但其目的都是為了達(dá)到以下四個(gè)主要目標(biāo)： n最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性 n最低的排放 n最低的系統(tǒng)成本 n最好的驅(qū)動(dòng)性能 混合動(dòng)力汽車控制策略混合動(dòng)力汽車控制策略跳轉(zhuǎn)到第一頁n啟動(dòng)或低速行駛時(shí) 當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，僅使用由HV蓄電池提供能量的電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力啟動(dòng)，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)并不運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)不能在低旋轉(zhuǎn)帶輸

15、出大扭矩，而電動(dòng)機(jī)可以靈敏、順暢、高效地進(jìn)行啟動(dòng)。n一般行駛時(shí) 混合動(dòng)力系統(tǒng)采用發(fā)動(dòng)機(jī)，使它在能產(chǎn)生最高效功率的速度區(qū)域驅(qū)動(dòng)。由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力直接驅(qū)動(dòng)車輪，依照駕駛狀況，部分動(dòng)力被分配給發(fā)電機(jī)。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力用來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)這一雙重傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力以最小消耗被傳向地面。puris混合動(dòng)力汽車控制策略混合動(dòng)力汽車控制策略跳轉(zhuǎn)到第一頁n全速行駛時(shí) 在需要強(qiáng)勁加速力（如爬陡坡及超車）時(shí)，HV蓄電池也提供電力，來加大電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)雙動(dòng)力的結(jié)合使用，TOYOTA油電混合動(dòng)力系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)與高一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)同等水平的強(qiáng)勁而流暢的加速性能。n減速行

16、駛時(shí) 在踩制動(dòng)器和松油門時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機(jī)使用。減速時(shí)通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進(jìn)行再利用。n停車時(shí) 在停車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)全部自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)因怠速而浪費(fèi)能量。當(dāng)HV蓄電池的充電量較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以給HV蓄電池充電。另外有時(shí)因與空調(diào)開關(guān)連動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)仍保持運(yùn)轉(zhuǎn)。puris混合動(dòng)力汽車控制策略混合動(dòng)力汽車控制策略跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說