電動(dòng)汽車原理PPT課件

1、 xinsiludianqi電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車的概述電動(dòng)汽車的概述電動(dòng)汽車的特點(diǎn)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)電動(dòng)汽車的分類電動(dòng)汽車的分類蓄電池電動(dòng)汽車（蓄電池電動(dòng)汽車（EVEV）燃料電池電動(dòng)汽車（燃料電池電動(dòng)汽車（FCEVFCEV）混合電動(dòng)汽車（混合電動(dòng)汽車（HEVHEV）電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)及工作原理電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)及工作原理 1 電動(dòng)汽車的概述 電動(dòng)汽車是與燃油汽車相對應(yīng)的，1881年就出現(xiàn)了電動(dòng)汽車。在20世紀(jì)20年代達(dá)到了鼎盛時(shí)期，然而在燃油汽車出現(xiàn)后電動(dòng)汽車無論在整車質(zhì)量、動(dòng)力性能、行駛里程、機(jī)動(dòng)性和靈活性方面愈來愈落后于燃油汽車。 在全球溫室效應(yīng)與能源問題逐漸受

2、到各國政府的重視下，主要國家之污染法規(guī)漸趨嚴(yán)格，因此對低污染車輛之需求勢必增加。隨著各種高性能蓄電池和高效率電機(jī)不斷地出項(xiàng)，使人們把目光又轉(zhuǎn)向了零污染或超低污染排放的電動(dòng)汽車。從20世紀(jì)70年代起，新一代電動(dòng)汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種高性能的電動(dòng)汽車。 電動(dòng)汽車是至少以一種動(dòng)力源為車載電源，全部或部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，符合道路交通安全法規(guī)的汽車。它因車載動(dòng)力系統(tǒng)不同可分為三類：以車載燃料電池為動(dòng)力的燃料電池電動(dòng)汽車（Fuel Cell Electric Vehicle-FCEV） ；以車載蓄電池為動(dòng)力的蓄電池電動(dòng)汽車（ Electric Vehicle-EV ），亦稱之為純電動(dòng)汽車；以車載多能源為動(dòng)力

3、的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（ Hybrid Electric Vehicle-HEV），其動(dòng)力來自2 個(gè)或2 個(gè)以上能源，如蓄電池，超級電容，飛輪電池，太陽能，內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。 2 電動(dòng)汽車的特點(diǎn) 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的全球兩大突出問題日益嚴(yán)重，特別是隨電動(dòng)汽車自身難點(diǎn)不斷解決，使電動(dòng)汽車具有更多突出特點(diǎn)。 (1)對環(huán)境無污染 (2)節(jié)能及能源多樣化和綜合利用 (3)結(jié)構(gòu)簡單和維護(hù)使用方便 3.1 蓄電池電動(dòng)汽車（EV） EV是一種最好的零污染或超低污染的車輛，它沒有噪聲和振動(dòng)，操作性能好等，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)先于燃油汽車，是當(dāng)前開發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型。EV動(dòng)力源采用蓄電池-電動(dòng)機(jī)

4、系統(tǒng)。 3.1.1 EV的基本組成部分： (1) 車載電源 (2) 電池的管理系統(tǒng) (3) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (4) 控制技術(shù) (5) 車身及底盤 (6) 安全保護(hù)系統(tǒng)3.1.2 EV的控制策略和控制系統(tǒng)3.1.3蓄電池電動(dòng)汽車的發(fā)展 EV發(fā)展的瓶頸在于電池。近年來由于電池技術(shù)的制約使得EV發(fā)展速度有所緩慢。在車載電源得到解決后，電動(dòng)汽車必會迅速地發(fā)展。 目前EV趨于小型化、個(gè)性化和家庭化發(fā)展，主要為家庭輔助用車或休閑用車。3.1.4 幾種典型EV世界各國有各種微型和小型EV在使用。 韓國現(xiàn)代公司推出的蓄電池電動(dòng)跑車n 美國洛杉磯車展法國文圖瑞（Venturi）公司推出，集各種高端性能于一

5、身，當(dāng)今世界上最昂貴的一款電動(dòng)車。 n 3.2 燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV） 采用燃料電池作電源的電動(dòng)汽車稱為燃料電池電動(dòng)汽車即Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)。其動(dòng)力源是用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是FCEV的核心部分，不同燃料作為動(dòng)力源，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成是有差別的。目前，多以壓縮氫氣或液化氫氣及作為基本燃料。3.2.1介紹幾種典型的燃料電池電動(dòng)車 下面分別介紹以氫為燃料和以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。并介紹通用的一款用氫氣作為燃料的燃料電池電動(dòng)汽車。以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)氫氣儲存罐 氫氣壓力調(diào)節(jié)器熱交換器氫氣循環(huán)泵 5冷凝器、汽

6、水分離器 水箱水泵空氣壓縮機(jī)空氣加濕、去離子過濾器燃料電池組11電源開關(guān) 12 DC/DC轉(zhuǎn)換器 13逆變器 驅(qū)動(dòng)電機(jī)以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)甲醇儲存罐 重整器帶燃燒氣H凈化器氫氣凈化泵 通用Hy-wire氫動(dòng)三號由200塊相互串聯(lián)在一起的燃料電池塊組成的電池組產(chǎn)生電力，通過68升的氫氣儲存罐向燃料電池組提供氫氣。電池組所產(chǎn)生的電能輸入電動(dòng)機(jī)后，通過功率為60千瓦/82馬力三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，并幾乎不產(chǎn)生任何噪音。氫儲存罐分為兩種，一種罐內(nèi)儲存的是溫度為-253C的液態(tài)氫，另一種罐內(nèi)儲存的是承受最高壓力可達(dá)700Pa的高壓氫氣。一次充氣行駛里程分別可達(dá)400公里和270公里。 通

7、用Hy-wire氫動(dòng)三號的電池組3.2.2 FCEV的發(fā)展現(xiàn)狀 燃料電池技術(shù)被認(rèn)為是21 世紀(jì)首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)，其具有能量轉(zhuǎn)化效率高、不污染環(huán)境、使用壽命長等不可比擬的優(yōu)勢。但是由于目前燃料電池研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展也受到了限制。3.3 混合電動(dòng)汽車（HEV） 從世界范圍內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展過程看，電動(dòng)汽車的研究是從單獨(dú)依靠蓄電池供電的純電動(dòng)汽車開始的。但由于純電動(dòng)汽車是從單獨(dú)依靠蓄電池供電的，而目前動(dòng)力電池的性能和價(jià)格還沒有取得重大突破，因此，純電動(dòng)汽車的發(fā)展沒有達(dá)到預(yù)期的目的。目前燃料電池研究還沒有取得重大突破，燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展也受到了限制。 在此情況下

8、，混合動(dòng)力汽車成為電動(dòng)汽車開發(fā)過程中最有可能市場化的一種新車型，它將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)與一定容量的儲能器件通過先進(jìn)控制系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗，減少污染物排放。國外普遍認(rèn)為它是投資少、選擇余地大、易于滿足未來排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能目標(biāo)、市場接受度高的主流清潔車型，從而引起各大汽車公司的關(guān)注。3.3.1 HEV的工作過程 HEV采用發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力保證HEV正常行駛時(shí)所需要的基本動(dòng)力。然后采用控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、保持發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定均衡地運(yùn)轉(zhuǎn)和“開關(guān)”的控制方式，使發(fā)動(dòng)機(jī)避開啟動(dòng)、怠速和轉(zhuǎn)速突然變化時(shí)，燃料燃燒不完全而引起的燃料經(jīng)濟(jì)性降低和增加有害氣體的排放。H

9、EV以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作為輔助動(dòng)力。一般在HEV發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、車輛啟動(dòng)、加速和爬坡時(shí)起作用。還起發(fā)電機(jī)的作用，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，儲存到電池組中去。3.3.1 HEV的主要技術(shù)組成 (1)發(fā)動(dòng)機(jī) 采用四沖程內(nèi)燃機(jī)（包括汽油機(jī)和柴油機(jī)）、二沖程內(nèi)燃機(jī)（包括汽油機(jī)和柴油機(jī)）、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。 (2)電動(dòng)機(jī) 采用直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。 (3)電池 采用不同的蓄電池、燃料電池、儲能器和超級電容器等。3.3.2按發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的不同形式的組合可分為：(1)串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（SHEV）(2)并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV） (a) 發(fā)動(dòng)機(jī)軸動(dòng)

10、力組合式 (b) 動(dòng)力組合器組合式 (c) 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式(3)混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV） (a) 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式 (b) 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式 日本、美國開展了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)轎車多采用并聯(lián)和混聯(lián)的結(jié)構(gòu)型式不同，混合動(dòng)力電動(dòng)公共汽車的結(jié)構(gòu)型式以串聯(lián)為主。在1998 年，通用公司研制出的Gen2 斯特靈混和動(dòng)力車，使用斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)通用公司Gen2 混合動(dòng)力樣車 標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)推出基于“柴油-電力”混合動(dòng)力的兩款展示車標(biāo)致307和雪鐵龍C4。這種混合動(dòng)力車平均百公里能耗為3.4升柴油，二氧化碳的排放量為每公里90克。在高速行駛模式下為80g/km，與307及C4

11、的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車型相比，分別減少了28和45。柴油混合動(dòng)力車的燃效為29.4km/L，比汽油混合動(dòng)力車提高25，每100km可節(jié)省1L左右的燃料。 混合動(dòng)力系統(tǒng)由最大輸出功率為66kW的1.6L柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油顆粒過濾器（DPF）、起動(dòng)器兼交流發(fā)電機(jī)、“Stop Start”系統(tǒng)、DC無刷馬達(dá)、逆變器及鎳氫充電電池構(gòu)成。該系統(tǒng)配套使用6速手自一體變速箱。 3.3.3 柴油混合動(dòng)力車 混合動(dòng)力系統(tǒng)采用以發(fā)動(dòng)機(jī)為主動(dòng)力、利用馬達(dá)進(jìn)行輔助的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)車速降到60km/h以下時(shí)，Stop Start系統(tǒng)就會停止發(fā)動(dòng)機(jī)工作。馬達(dá)可通過減速時(shí)回收能量來向電池蓄電，當(dāng)車速在50km/h以下時(shí)僅憑馬達(dá)行駛

12、。在加速及電池沒電時(shí)，便會自動(dòng)切換至發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了停止發(fā)動(dòng)機(jī)工作后仍可憑借馬達(dá)行駛，在發(fā)動(dòng)機(jī)與馬達(dá)之間采用了干式離合器。 馬達(dá)在連續(xù)使用時(shí)的額定功率為16kW，可產(chǎn)生80Nm的扭矩。在超車等情況下進(jìn)行暫時(shí)輔助時(shí)，最大輸出功率為23kW，最大扭矩為130Nm。馬達(dá)與逆變器連接，以210380V的電壓驅(qū)動(dòng)。在車輛后部通常用于配備備用輪的位置上配備了由240個(gè)電池單元構(gòu)成的鎳氫充電電池。充電電池的容量為6.5Ah，普通電壓為288V。僅憑馬達(dá)可持續(xù)行駛5km。 配備柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)的展示車,左為“標(biāo)致307混合動(dòng)力HDi，右為“雪鐵龍C4混合動(dòng)力HDi。雪鐵龍C4柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖 柴油

13、混合動(dòng)力系統(tǒng) 1-1.6升Hdi柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(最大輸出功率為66kW) 2-柴油機(jī)微粒過濾器(DPF) 3-”停車-啟動(dòng)”系統(tǒng) 4-電動(dòng)機(jī)(額定功率為16kW) 5- 6速手自一體變速箱 6-逆變器 7-低壓電池 8-動(dòng)力傳輸管理單元 9-高壓電纜 10-高壓鎳氫充電電池(288V)柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖“雪鐵龍C4混合動(dòng)力HDi”發(fā)動(dòng)機(jī)室4 電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)(1)多能源總成控制系統(tǒng)(2)超級電容器(3)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(4)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)(5) 動(dòng)力蓄電池4.1 多能源總成控制系統(tǒng) 一般都采用嵌入式計(jì)算機(jī)或高性能單片機(jī)作為主控計(jì)算機(jī)。就控制器的結(jié)構(gòu)而言，國外主要經(jīng)歷了兩代。第一

14、代為集中式控制系統(tǒng)。說，用一臺計(jì)算機(jī)采集電動(dòng)汽車所有的輸入信號，通過處理、計(jì)算然后輸出控制信號。第二代為分布式控制系統(tǒng)。這種方式是根據(jù)汽車的布局，在相對輸入輸出比較集中的某一部位，用一個(gè)高性能單片機(jī)，組成一個(gè)相對獨(dú)立的模塊，完成這一部位的信號采集和控制。4.2 超級電容器 超級電容器具在混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)車停車時(shí)，由外接電源箱超級電容器充電時(shí)電容器積聚大量的電荷。然后在車輛行駛時(shí)，其釋放電能放電來向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能。在這個(gè)過程中沒有熱和化學(xué)反應(yīng)，不需要高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，不存在對周邊環(huán)境的污染，也沒有任何噪聲，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，體積小，是一種更加理想的儲能器。4.3 電機(jī)及其控制系統(tǒng) 電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)目前主要有3 種類型： （1）異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)子十分堅(jiān)固，適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于運(yùn)行效率高，控制相對容易而被廣泛應(yīng)用。 （3）開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有一些很有特色的優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、維護(hù)方便甚至免維護(hù)，起動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大電流小，高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好，使系統(tǒng)總調(diào)速范圍寬，在寬廣的轉(zhuǎn)速及功率范圍內(nèi)均有高效率（在汽車運(yùn)行工況下的總體效率高）4.3