電動汽車導(dǎo)論-第二講

1、第二講：純電動汽車第二講：純電動汽車Electric Vehicle 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 純電動汽車概述純電動汽車概述純電動汽車特點、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、分類純電動汽車特點、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、分類2. 純電動汽車性能指標(biāo)純電動汽車性能指標(biāo)3. 純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)儲能裝置（動力電池）儲能裝置（動力電池）驅(qū)動裝置（電動機）驅(qū)動裝置（電動機）能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)一、純電動汽車概述一、純電動汽車概述1、純電動汽車特點、純電動汽車特點零污染、噪聲低零污染、噪聲低能源效率高、多樣化能源效率高、多樣化結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便動力電源使用成本高、續(xù)駛里

2、程短動力電源使用成本高、續(xù)駛里程短 當(dāng)前開發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型當(dāng)前開發(fā)和研制取代燃油汽車的首選車型 目前仍不能與傳統(tǒng)燃油汽車相抗衡！目前仍不能與傳統(tǒng)燃油汽車相抗衡！一、純電動汽車概述一、純電動汽車概述2、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)三大子系統(tǒng)：三大子系統(tǒng)：主能源子系統(tǒng)主能源子系統(tǒng)電力驅(qū)動子系統(tǒng)電力驅(qū)動子系統(tǒng)輔助控制子系統(tǒng)輔助控制子系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車主與傳統(tǒng)汽車主要差別：要差別：動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)部分儀表部分儀表維護保養(yǎng)維護保養(yǎng)工作原理：工作原理：一、純電動汽車概述一、純電動汽車概述2、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)主能源子系統(tǒng)主能源子系統(tǒng)u 主電源（動力電池） 是

3、整車的能量來源 鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池 可增加：超級電容、飛輪電池u 能量管理系統(tǒng) 對主電源進行監(jiān)測和管理。監(jiān)測參數(shù)包括電池SOC、電壓、電流、溫度等；存電量顯示、終止放電顯示與報警、能量回饋控制、充放電控制等 與輔助蓄能裝置協(xié)調(diào)能量控制u 車載充電設(shè)備 變壓、調(diào)壓、整流、濾波 接受能量管理系統(tǒng)控制。自動選擇充電方式、充電終了判別與控制、充電異常判別與自動停充保護等一、純電動汽車概述一、純電動汽車概述2、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)電力驅(qū)動子系統(tǒng)電力驅(qū)動子系統(tǒng)u 電子控制器（整車控制器） 根據(jù)油門和制動踏板信號控制管理轉(zhuǎn)換器中功率開關(guān)的通斷，從而實現(xiàn)對電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩的

4、控制 通過對能量管理系統(tǒng)和功率轉(zhuǎn)換器的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)能量回饋和能量匹配控制u 功率轉(zhuǎn)換器 根據(jù)需要控制電動機和電源之間的功率流驅(qū)動工況時，功率開關(guān)通斷改變電動機轉(zhuǎn)速、扭矩、方向制動時，功率流方向反向，電動機處發(fā)電狀態(tài)，利用制動動能給主電源充電u 電動機（后續(xù)專門介紹）u 機械傳動裝置及車輪一、純電動汽車概述一、純電動汽車概述2、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)、純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)輔助控制子系統(tǒng)輔助控制子系統(tǒng)u 輔助動力源 向汽車上電器和電子控制裝置提供電力 配備DC/DC功率轉(zhuǎn)換器，滿足用電設(shè)備電壓要求u 車載用電設(shè)備照明、信號、儀表、雨刮、門鎖、多媒體、空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向、ABS等一、純電動汽車概述一、純電

5、動汽車概述2、純電動汽車的種類、純電動汽車的種類按用途不同分：按用途不同分： 電動轎車 電動客車 電動貨車按車載電源數(shù)不同分：按車載電源數(shù)不同分： 單電源電動汽車 主電源只有蓄電池 特點：結(jié)構(gòu)和控制均簡單，但輸出功率受蓄電池性能影響大，制動能量回饋效率亦受制于蓄電池最大可接受電流及SOC 多電源電動汽車 蓄電池+儲能器（超級電容或飛輪電池）特點：（與單電源電動汽車相反） 按蓄電池種類分：按蓄電池種類分： 鉛酸蓄電池電動汽車 鎳氫電池電動汽車 鋰離子電池電動汽車一、純電動汽車概述一、純電動汽車概述2、純電動汽車的種類、純電動汽車的種類按驅(qū)動系統(tǒng)組成及布置形式分：按驅(qū)動系統(tǒng)組成及布置形式分：a傳統(tǒng)

6、型（機械傳動型） 變速器可保證起動轉(zhuǎn)矩及低速時所需的后備功率 可選擇功率較小的電動機b、c無變速器型 結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕 對電動機要求高D電動輪型 低速外轉(zhuǎn)子電動機直接驅(qū)動車輪 對電動機要求最高 對控制系統(tǒng)精度及可靠性要求高 二、純電動汽車性能指標(biāo)二、純電動汽車性能指標(biāo)1、純電動汽車的經(jīng)濟性、純電動汽車的經(jīng)濟性試驗循環(huán)行駛工況試驗循環(huán)行駛工況美國城市循環(huán)工況（美國城市循環(huán)工況（UDDS）聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會循環(huán)工況（聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會循環(huán)工況（ECE-R15）日本電動汽車協(xié)會的日本電動汽車協(xié)會的1015循環(huán)工況循環(huán)工況美國工程師協(xié)會試驗循環(huán)工況（美國工程師協(xié)會試驗循環(huán)工況（SAE-J227a）

7、中國試驗循環(huán)工況中國試驗循環(huán)工況 二、純電動汽車性能指標(biāo)二、純電動汽車性能指標(biāo)1、純電動汽車的經(jīng)濟性、純電動汽車的經(jīng)濟性 續(xù)駛里程續(xù)駛里程（km） 純電動汽車在蓄電池充足電的狀態(tài)下，按一定的行駛工況，能連續(xù)行駛的最大距離。 工況法、等速（602、402km/h）法 等速工況續(xù)駛里程計算公式： ）迎風(fēng)面積（輪胎阻力系數(shù)；）；整車重力（要求蓄電池放電深度，一般蓄電池平均放電效率電動機及控制器效率；傳動系統(tǒng)機械效率）；蓄電池組總能量（式中：其中，22-%75-.-15.21,3600mAfNGhkwEACGfFFEsDODDODqmcTBaDqDODmcTB二、純電動汽車性能指標(biāo)二、純電動汽車性能指

8、標(biāo)1、純電動汽車的經(jīng)濟性、純電動汽車的經(jīng)濟性 續(xù)駛里程續(xù)駛里程（km） 15.21,36002aDqDODmcTBACGfFFEs其中， 續(xù)駛里程影響因素： 整車參數(shù) 蓄電池均勻性 環(huán)境溫度 溫度下降，蓄電池內(nèi)阻增大，容量下降，放電能力降低，s減小。二、純電動汽車性能指標(biāo)二、純電動汽車性能指標(biāo)1、純電動汽車的經(jīng)濟性、純電動汽車的經(jīng)濟性 能量消耗率能量消耗率（w.h/km） 電動汽車經(jīng)過規(guī)定的試驗循環(huán)后對動力蓄電池重新充電至試驗前的容量，用從電網(wǎng)上得到的電量除以續(xù)駛里程所得到的值GB/T183386-2005 電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法二、純電動汽車性能指標(biāo)二、純電動汽車性能指標(biāo)2、純

9、電動汽車的動力性、純電動汽車的動力性 最高車速最高車速 汽車在無風(fēng)、滿載條件下，在水平良好的硬路面上所能到達(dá)的最高車速。 有二種：1km最高車速、30min最高車速。 計算公式： 傳動系統(tǒng)最小傳動比）車輪半徑（）電動機最高轉(zhuǎn)速（式中：-min/-377. 0minmaxminmaxmaxttimrrnirn還有一種圖解法二、純電動汽車性能指標(biāo)二、純電動汽車性能指標(biāo)2、純電動汽車的動力性、純電動汽車的動力性最大加速能力最大加速能力 在水平良好的硬路面上汽車加速過程中所經(jīng)過的 加速時間或加速距離。原地起步加速能力、超車加速能力。爬坡能力爬坡能力 汽車在良好的道路上以最低行駛車速上坡行駛的最大坡度。

10、 坡道起步能力：純電動汽車加載到最大設(shè)計總質(zhì)量時在坡道上能夠起步且1min內(nèi)向上行駛至少10m的最大坡度。 爬坡車速：電動汽車滿載時，純電動汽車在給定坡度（4%和12%）的坡道上能夠持續(xù)行駛1km以上的最高平均車速。 dtdmGiACGfriTaaDTtm215.21加速能力和爬坡能力均可通過汽車行駛方程計算三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 電池分類電池分類電 池物理電池生物電池化學(xué)電池電解液種類電解液種類正負(fù)極材料正負(fù)極材料工作性質(zhì)和工作性質(zhì)和儲存方式儲存方式堿性電池有機電解液電池中性電池酸性電池太陽能電池核能電池溫差電池一次電池二次電池燃料電池

11、儲備電池鋅系列電池鎳系列電池鉛系列電池鋰系列電池二氧化錳系列電池金屬空氣系列電池酶電池微生物電池生物太陽電池（蓄電池）（蓄電池）三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 電動汽車用儲能裝置主要有：電動汽車用儲能裝置主要有：蓄電池蓄電池：鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鎳鋅電池、鋰電池（鋰聚合物、磷酸鐵鋰）、鋰離子電池燃料電池燃料電池：（第三講！）（第三講?。┏夒娙莩夒娙蒿w輪電池飛輪電池三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池的性能參數(shù)蓄電池的性能參數(shù) 電壓（

12、V）：蓄電池正負(fù)極之間的電位差開路電壓蓄電池未向外電路輸出電流時的端電壓放電電壓蓄電池向外電路輸出電流時的端電壓充電電壓在充電電源對蓄電池充電時，蓄電池的端電壓 內(nèi)阻（）：與極板材料、結(jié)構(gòu)、工藝、放電程度有關(guān) 容量C（A.h）：在允許放電范圍內(nèi)所輸出的電量。 理論容量假設(shè)活性物質(zhì)全部參加化學(xué)反應(yīng)輸出電流，用法拉第定律計算出的電量。A.h/kg或 A.h/L實際容量 允許放電范圍內(nèi)，放電電流與放電時間的乘積。C=I t i小時放電率容量Ci充足電的蓄電池以恒定電流放電i小時后至終止電壓時，蓄電池所輸出的電量 額定容量充足電的蓄電池在規(guī)定條件下所能輸出的電量三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽

13、車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池的性能參數(shù)蓄電池的性能參數(shù) 能量（w.h或kw.h）：蓄電池在一定放電條件下所能輸出的電能標(biāo)稱能量額定容量與額定電壓的乘積實際能量實際容量與放電過程的平均電壓的乘積比能量單位質(zhì)量所能輸出的電能(w.h/kg、 Kw.h/kg)能量密度單位體積所能輸出的電能(w.h/L、 Kw.h/L) 功率（w或kw）：在規(guī)定的放電條件下，蓄電池單位時間所能輸出的電能 比功率單位質(zhì)量所能輸出的功率(w /kg、 Kw/kg)功率密度單位體積所能輸出的功率(w/L、 Kw/L) 壽命：用使用時間或循環(huán)壽命表示。與充

14、放電電流大小、蓄電池溫度、放電深度等有關(guān) 成本：三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池常用術(shù)語蓄電池常用術(shù)語 終止電壓：充電或放電結(jié)束時的電壓。充電終止電壓充電結(jié)束時的高限電壓。充電電流越大，達(dá)到充 電終止電壓的時間越短。繼續(xù)充電過度充電放電終止電壓放電至低限電壓。放電電流越大，放電終止電壓 越低。繼續(xù)放電過度放電 i小時放電率（Ci）：蓄電池以恒定電流放電i小時，正好放電至終止電壓（即放完其額定容量）。 i小時充電率：蓄電池以恒定電流充電i小時，正好充電 至終止電壓。 過充電與過放電：荷電狀態(tài)

15、SOC（State of Charge）：蓄電池的剩余容量與其額定容量的比值。表示蓄電池充放電過程中的存電狀態(tài)。三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池的性能參數(shù)與常用術(shù)語蓄電池常用術(shù)語蓄電池常用術(shù)語 放電深度DOD（Depth of Discharge）：蓄電池已放出的電量與其額定容量的比值。 恒壓充電： 恒流充電： 極化：電池由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)產(chǎn)生的電池電壓、電極電位的變化現(xiàn)象。包括陽極極化、陰極極化、濃差極化、電化學(xué)極化等 短路：不一致性：指蓄電池組中的各個蓄電池的電壓、容量、內(nèi)阻等存在差異三、純電動汽車關(guān)鍵裝置

16、與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池 純電動汽車對蓄電池的性能要求純電動汽車對蓄電池的性能要求 容量要足夠大。滿足電動汽車?yán)m(xù)駛里程的設(shè)計目標(biāo) 可實現(xiàn)深度放電（DOD達(dá)80%），且不影響其壽命。必要時能在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作和實現(xiàn)全放電 比能量和能量密度要盡可能大。確保電動汽車的動力性和乘用空間 可接受充電電流要大。對有制動能量回饋系統(tǒng)的電動汽車，短時間可接受5C的脈沖電流充電，以提高汽車制動能量回收效率三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池正極柱外殼電極襯套連條加液孔負(fù)極柱護

17、板負(fù)極板隔板肋條正極板p 組成部件 極板及極板組 隔板 電解液 連條 外殼p 蓄電池是由若干個單格電池串聯(lián)組成1859.法法.普蘭特普蘭特三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 極板極板及及極板組極板組o 極板：是蓄電池的核心部件，是帶有柵格結(jié)構(gòu)的鉛柵格板。o 極板分正極板和負(fù)極板兩種。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛，呈棕紅色；負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛，呈青灰色。負(fù)極板隔板正極板極板聯(lián)條三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性

18、蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 極板極板及及極板組極板組p極板組的作用：接受充入的電能和向外釋放電能。p極板組的結(jié)構(gòu)特點為了增大蓄電池容量將多片正極板（4-13片）和多片負(fù)極板（5-14片）分別并聯(lián)，用橫板焊接組成正、負(fù)極板組。橫板上連有電樁。安裝時，正負(fù)極板相互嵌合，之間插入隔板，用極板連接條將所有的正極和所有的負(fù)極分別連接，如此組裝起來，便形成單格蓄電池。負(fù)極板隔板正極板極板聯(lián)條三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 極板極板及及極板組極板組負(fù)極板隔板正極板極板聯(lián)條以一個單格電

19、池的正極邊連接另一單格電池的負(fù)極邊的方式依次連接（用連條），最后留出一組正負(fù)極作為蓄電池的正負(fù)極。不管單格蓄電池含有幾塊正極板和負(fù)極板，每個單格蓄電池均只能提供2.1V的電壓。極板的數(shù)量越多，蓄電池能提供2.1V電壓的時間越長。汽車蓄電池一般由6個單格蓄電池串聯(lián)而成（12V）三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 隔板隔板負(fù)極板隔板正極板極板連條p 隔板的作用：隔離蓄電池正負(fù)極板，避免其相互接觸而短路p 隔板的結(jié)構(gòu)特點： 孔性材料，化學(xué)性能穩(wěn)定，有良好的耐酸性和抗氧化性。 為厚度小于1mm的

20、長方形板，長、寬略大于極板，一面有特制的溝槽。 安裝時將溝槽面豎直朝向正極板。三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 電解液電解液（液體電解質(zhì)）（液體電解質(zhì)）p 由密度為1.84g/cm3的純硫酸+水制成p 密度一般在1.24g/cm31.31g/cm3p 密度是影響蓄電池性能和使用壽命的重要因素p 硫酸液面應(yīng)高出極板組15mm左右 外殼外殼p 為一整體式結(jié)構(gòu)的容器，極板、隔板和電解液均裝入外殼內(nèi)p 外殼內(nèi)由間壁分成若干個互不相通的單格，底部有突起的肋條以擱置極板組p 外殼應(yīng)耐酸、耐熱、耐寒

21、、抗振動三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 連條連條p 鉛連接條：各單格電池為串聯(lián)連接，一個單格電池的正極樁與另一個單格電池的負(fù)極樁用連條焊接,由鉛銻合金制成p 連接方式：外露式、跨橋式、穿壁式三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 工作原理工作原理 PbO2 +2H2SO4+ Pb PbSO4+2H2O+PbSO4放電放電充電充電正極板正極板負(fù)極板負(fù)極板總電化學(xué)總電化學(xué)反應(yīng)式：反應(yīng)式

22、：p 電動勢的建立電動勢的建立正極板：正極板：PbO2溶解電離，Pb4+沉附于正極板，正極板電位升高（約+2V）負(fù)極板：負(fù)極板：Pb溶解電離，帶負(fù)電的電子2e留在負(fù)極板，負(fù)極板電位下降（約-0.1V） 平衡時，正負(fù)極板電位平衡時，正負(fù)極板電位差（電動勢）約為：差（電動勢）約為：2.1V2.1V三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 工作原理工作原理p 鉛酸電池的鉛酸電池的放電過程放電過程 正負(fù)極板之間接上負(fù)載后，在電動勢作用下，外電路形成放電電流If,放電！正負(fù)極板化學(xué)反應(yīng) 正、負(fù)極板的活性

23、物質(zhì)PbO2 和Pb 通過不斷溶解和電離以維持正負(fù)極板之間的電位差，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4 。電解液中，H2SO4逐漸減少，其密度下降，H2O逐漸增多 放電會沒完沒了嗎？放完電后，狀態(tài)？放電會沒完沒了嗎？放完電后，狀態(tài)？三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 工作原理工作原理p 鉛酸電池的鉛酸電池的充電過程充電過程 電池放電后，其正、負(fù)極板上有少量PbSO4呈離子狀態(tài)，當(dāng)接通充電電源后，在電場力的作用下形成充電電流，充電！正負(fù)極板化學(xué)反應(yīng) 正、負(fù)極板的PbSO4逐漸溶解電離，轉(zhuǎn)化為正極板上P

24、bO2的和負(fù)極板上的Pb。電解液中H2O逐漸減少，H2SO4逐漸增多，其密度增大。 充電近終了時，若繼續(xù)充，會怎樣？充電近終了時，若繼續(xù)充，會怎樣？三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 鉛酸電池的特性鉛酸電池的特性p 放電特性放電開始期（A-B段）： 極板孔隙內(nèi)H2SO4迅速被消耗，其密度迅速下降。端電壓迅速下降！放電相對穩(wěn)定期（B-C段）： 極板孔隙外H2SO4迅速向孔隙內(nèi)滲透，孔隙內(nèi)電解液密度下降緩慢。端電壓下降緩慢！放電終了期（C-D段）： 化學(xué)反應(yīng)深入到極板的內(nèi)層 沉附在極板表面的

25、PbSO4逐使孔隙變小，電解液滲透困難，密度迅速下降。端電壓迅速下降！繼續(xù)放電 過度放電！危害鉛酸電池恒流放電特性鉛酸電池恒流放電特性放電終止電壓。與放電電流有關(guān)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 鉛酸電池的特性鉛酸電池的特性p 充電特性充電開始期（A-B段）： 極板孔隙內(nèi)因化學(xué)反應(yīng)而生成H2SO4，電解液密度上升，產(chǎn)生濃差極化。端電壓迅速上升！充電相對穩(wěn)定期（B-C段）： 極板孔隙內(nèi)H2SO4生成速率與向孔隙外擴散速率相當(dāng)，動態(tài)電動勢相對穩(wěn)定，端電壓緩慢上升！充電終了期（C-D段）：

26、充電達(dá)90%時，電解液開始冒氣泡，繼續(xù)充電，極板表面產(chǎn)生電化學(xué)極化，端電壓又迅速上升！再繼續(xù)充電過充電！危害鉛酸電池恒流充電特性鉛酸電池恒流充電特性三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 鉛酸電池的性能特點鉛酸電池的性能特點p價格低廉p單格電池的電壓較高（2V）p適用性寬，可逆性好p電能效率高，可達(dá)60%p易于浮充使用，沒有記憶效應(yīng)p對溫度適應(yīng)性較強，（-40 60 ）p工作中其SOC較易識別p可實現(xiàn)免維護p 比能量、能量密度較低p 壽命短，使用成本高p 充電時間較長p 非密封式鉛酸蓄電池，

27、會析出酸霧，污染環(huán)境p 鉛毒三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鉛酸電池鉛酸電池 鉛酸電池的其它知識鉛酸電池的其它知識p 鉛酸蓄電池的使用與維護p 鉛酸蓄電池容量的影響因素p 電動汽車鉛酸蓄電池性能的改進方法自學(xué)！三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鎳鎳-氫（金屬氫氫（金屬氫化物化物MHMH）電池）電池 NNi i-MH-MH電池的結(jié)構(gòu)電池的結(jié)構(gòu)正極：氫氧化鎳Ni(OH)2負(fù)極：儲氫合金（稀土系、鈦系）電解液：氫氧化

28、鉀KOH（30%、堿性）20C70S.美美.Klein三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性Ni-MHNi-MH電池電池 NNi i-MH-MH電池工作原理電池工作原理放電時：222222)(HMeMHOHOOHNeOHOHNii負(fù)極：正極：eMHHMOHOHNeOHOOHNii222)(222負(fù)極：正極：充電時：主要特點：無論是放電還是充電，電解液沒有變化！密封、免維護！三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性Ni-MH

29、Ni-MH電池電池 NNi i-MH-MH電池的特性電池的特性 充電電流充電電流 ，則充電電壓，則充電電壓 ，充電效率，充電效率 溫度過高，充電效率溫度過高，充電效率 ，易造成充電不足，易造成充電不足放放電電流電電流 ，則放電電壓，則放電電壓 ，放電時間，放電時間 溫度降低，放電端電壓溫度降低，放電端電壓 ，放電時間，放電時間 三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性Ni-MHNi-MH電池電池 NNi i-MH-MH電池的性能特點電池的性能特點p比能量大。70w.h/kgp循環(huán)壽命長。80%DOD時循環(huán)壽命

30、可超過1000次，是鉛酸電池的3倍p無污染。21世紀(jì)“綠色環(huán)保電源”p耐過充放電能力強p稍有記憶效應(yīng)p使用溫度范圍寬。 正常使用溫度（-40 55 ），儲存溫度（-40 70 ）p使用安全可靠p 成本較高。是鉛酸電池的58倍p 單格電池電壓較低。1.3Vp 自放電的損耗較大p 環(huán)境溫度對放電電壓和容量影響較大三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鎳鎳- 鎘電池鎘電池 NNi i- -CdCd電池的結(jié)構(gòu)電池的結(jié)構(gòu)正極：氫氧化鎳Ni(OH)2負(fù)極：鎘（Cd）或氫氧化鎘電解液：氫氧化鉀KOH水溶液1898.瑞典瑞

31、典.Jungner NNi i- -CdCd電池工作原理電池工作原理222)()(222OHCdOHNOHCdOOHNii正極板正極板負(fù)極板負(fù)極板放電充電 NNi i- -CdCd電池的特點電池的特點與鎳氫電池基本相似。p 比能量大（可達(dá)55w.h/L）p 比功率大（可超過225w/kg）p 壽命長p 自放電較小，快充能力強p 開路電壓低（1.2V）p 對環(huán)境污染大p 有記憶效應(yīng) 有可能被淘汰！三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鋰離子電池鋰離子電池(Li-(Li-ion)ion) 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)鋰離子

32、電池的結(jié)構(gòu)正極：嵌鋰金屬氧化物。鈷酸鋰（ LiCoO2 ）、鎳酸鋰（ LiNiO2 ）、錳酸鋰（ LiMn 2 O 4 ）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）等負(fù)極：碳素材料。石墨、焦炭、硬炭等（正在探索的負(fù)極材料有氮化物、錫基氧化物、錫合金，以及納米負(fù)極材料等）電解液：非水性的有機溶液或聚合物。碳酸丙稀酯（ PC ）、碳酸乙烯酯（ EC ）、二甲基碳酸酯（ DMC ）、二乙基碳酸酯（ DEC ）、甲基乙基碳酸酯（ MEC ）等組成的一元、二元或者三元的混合物 20C90S.在金屬鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展而來在金屬鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展而來隔膜：一種特殊的復(fù)合膜。聚乙烯（ PE ）、聚丙稀（ PP ）等組成的單層或

33、者多層的微多孔薄膜三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鋰離子電池鋰離子電池(Li-ion)(Li-ion) 鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理放電充電放電充電充電時：充電時：正極被氧化，所含的Li離子脫出，電解液中的Li離子向負(fù)極移動，并在負(fù)極表面得到電子，形成鋰碳（嵌鋰）化合物放電時：放電時：鑲嵌在負(fù)極碳素材料中的Li失去電子，被氧化成Li+，進入電解液，電解液內(nèi)的Li+向正極移動，正極材料被還原，電解液中的鋰離子進入正極其充放電過程實際上是Li離子在正負(fù)電極之間來回地嵌入和脫出的過程?！皳u椅式電池”

34、三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、動力電池、動力電池蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理與特性鋰離子電池鋰離子電池(Li-ion)(Li-ion) 鋰離子電池的特點鋰離子電池的特點p比能量大。達(dá)100125w.h/kg，是Ni-Cd、 Ni-MH電池的21.5倍p電壓高。其端電壓達(dá)3.63.9Vp循環(huán)壽命長。循環(huán)壽命可超過1000次p無污染、安全性能好、無記憶性p自放電小。儲存1個月的自放電率僅為10%p可實現(xiàn)安全、快速充電p允許溫度范圍寬。（-40 70 ） p 成本高p 內(nèi)阻較大，最大放電電流限制在23C三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技

35、術(shù)性能等指標(biāo)性能等指標(biāo)鉛酸電池鉛酸電池鎳鎘電池鎳鎘電池鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池端電壓（V）2.01.21.23.6電池容量（A.h）330000.170.0130.0550比能量（w.h/kg）355070120能量密度（w.h/L）90100140360工作溫度（）-4060-4050-4050-4070大電流放電性能高較高較低較低充放電壽命（次）20030050010001000有無污染有有無無自放電率（%/月）320303035610記憶效應(yīng)無有略有無安全性高較高較高較低回收循環(huán)利用高低低低成本低較低較高高技術(shù)成熟度高較高較高一般常用四類蓄電池性能比較常用四類蓄電池性能比較三

36、、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、儲能裝置、儲能裝置超級電容（雙電層電容器）超級電容（雙電層電容器） 超級電容的結(jié)構(gòu)超級電容的結(jié)構(gòu)集電極：多孔活性炭電解質(zhì)：水有機溶液或固態(tài) 聚合物絕緣層（隔膜）：三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、儲能裝置、儲能裝置超級電容（雙電層電容器）超級電容（雙電層電容器） 超級電容工作原理超級電容工作原理儲存的電量電容量；電極表面積電解質(zhì)常數(shù)；-ECAr充電前：集電極無正負(fù)之分充電后：電荷沿集電極和電解液成對排列，形成雙層電容器（相當(dāng)于兩個電容器串聯(lián)） 正負(fù)電極距離d極?。ㄖ挥袔准{米！），且活性炭多孔化電極可獲得極大的電

37、極表面積A。故單體超級電容的電容量C可達(dá)5000F“超級”的含義充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、儲能裝置、儲能裝置超級電容（雙電層電容器）超級電容（雙電層電容器） 超級電容性能特點超級電容性能特點p充放電循環(huán)壽命超長。循環(huán)壽命可達(dá)50000次或使用時間達(dá)90000hp可提供很大的放電電流。達(dá)（數(shù)百千）Ap端電壓約3.0Vp無污染、安全性能好、無記憶性p可實現(xiàn)快速充電。數(shù)十秒數(shù)分鐘即可充滿p允許溫度范圍寬。（-40 70 ） p 比能量?。?5-20W.h/kg ）p 使用不當(dāng)，電解液易泄漏應(yīng)用：特別適合作為電動汽車輔助電源p汽車

38、起步、加速、爬坡時提供大電流p汽車正常行駛、減速、制動時回收、儲存能量三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、儲能裝置、儲能裝置飛輪電池飛輪電池 飛輪電池結(jié)構(gòu)飛輪電池結(jié)構(gòu)20C90S.新概念電池新概念電池用物理方法實現(xiàn)儲能用物理方法實現(xiàn)儲能飛輪：4000050000r/min、碳纖維、動平衡精度非常高軸承：磁懸浮電動機（發(fā)電機）：永磁無刷電機真空容器電力電子變換器：實現(xiàn)外界和電機之間雙向功率流動軸三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、儲能裝置、儲能裝置飛輪電池飛輪電池 飛輪電池工作原理飛輪電池工作原理20C90S.新概念電池新概念電池用物理方法實現(xiàn)儲能

39、用物理方法實現(xiàn)儲能 機械能機械能 電能電能“充電”時：在外電源的驅(qū)動下，電機以電動機形式運轉(zhuǎn)，電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，飛輪電池儲存動能“放電”時：電機以發(fā)電機狀態(tài)運轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動下對外輸出電能三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)1、儲能裝置、儲能裝置飛輪電池飛輪電池 飛輪電池的特點飛輪電池的特點20C90S.新概念電池新概念電池用物理方法實現(xiàn)儲能用物理方法實現(xiàn)儲能p比能量高。 100200w.h/kg，功率密度可達(dá)500010000w/kgp能量轉(zhuǎn)換效率高（可達(dá)90%）、充電快p體積小、質(zhì)量輕p工作溫度范圍寬p使用壽命長。無重復(fù)深度放電影響，循環(huán)充放電次數(shù)可達(dá)數(shù)百萬次（20

40、年以上）p維護周期長問題與對策：問題與對策：p 轉(zhuǎn)向或顛簸時，易產(chǎn)生陀螺力矩，嚴(yán)重影響車輛的操縱性多個小型飛輪連接成組，一半順時針旋轉(zhuǎn)，另一半逆時針旋轉(zhuǎn)，理論上作用在車輛上的總陀螺力矩為零p飛輪出故障時，能量會在短時間內(nèi)釋放出來，產(chǎn)生極大的破壞力增大飛輪轉(zhuǎn)子邊緣厚度。當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子出故障時，轉(zhuǎn)子邊緣較厚的部分就會首先脫落，起到保險絲的作用三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)2、電動機、電動機電動汽車用電動機的使用環(huán)境與要求電動汽車用電動機的使用環(huán)境與要求使用環(huán)境： 電動機工況變化頻繁 電動機工作在振動、沖擊環(huán)境中 車載電源能量有限電動機本身也是負(fù)載對電動機的要求： 電動機的短時

41、過載能力強。滿足電動汽車起步、加速和爬坡時的動力需求 電動機的調(diào)節(jié)性能好。有較寬的調(diào)速范圍和理想的調(diào)速特性（低速-恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；高速-恒功率調(diào)速） 電動機的效率高、逆向工作性能好電動機工作可靠性好、結(jié)構(gòu)尺寸小 價格低，運轉(zhuǎn)噪音低三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)2、電動機、電動機電動汽車用電動機的分類電動汽車用電動機的分類驅(qū)動電動機直流驅(qū)動電動機交流驅(qū)動電動機方波驅(qū)動電動機勵磁式永磁式異步式同步式并勵直流電動機串勵直流電動機復(fù)勵直流電動機籠型異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機繞線轉(zhuǎn)子同步電動機永磁同步電動機永磁無刷直流電動機開關(guān)磁阻電動機三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車

42、關(guān)鍵裝置與技術(shù)2、電動機、電動機電動汽車用電動機的性能比較電動汽車用電動機的性能比較直流電動機直流電動機交流異步電動機交流異步電動機永磁同步電動機永磁同步電動機開關(guān)磁阻電動機開關(guān)磁阻電動機功率密度低一般高一般力矩轉(zhuǎn)速性能一般好好好轉(zhuǎn)速范圍（r/min）4000600090001500040001000015000最大功率（%）8589949595978590效率（%，10%負(fù)荷時）8087798590927886過載能力（%）200300500300300500恒功率區(qū)比例1：51：2.251：3尺寸/質(zhì)量大/重中/中小/輕小/輕可靠性差好一般好結(jié)構(gòu)堅固性差好一般好控制操作性能最好好好好控制器

43、成本13.52.54.5三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)2、電動機、電動機電動汽車用電動機的發(fā)展概況電動汽車用電動機的發(fā)展概況勵磁式有刷直流勵磁式有刷直流電動機電動機 起動轉(zhuǎn)矩大；電動汽車起步、加速性能好；控制電路簡單 可靠性差（換向器火花）、轉(zhuǎn)速低交流異步電動機交流異步電動機永磁無刷直流電永磁無刷直流電動機動機 體積小、質(zhì)量輕、效率高、調(diào)速范圍廣、免維護開關(guān)磁阻電動機開關(guān)磁阻電動機 雙（定子與轉(zhuǎn)子）凸極結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子上無繞組 調(diào)速范圍廣、控制靈活、起動電流小電動機的控制技術(shù)對其性能影響很大！電動機智能化控制技術(shù)是當(dāng)前的研究方向和重點之一！三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純

44、電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)3、純電動汽車的能源、純電動汽車的能源（蓄電池）（蓄電池）管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的功用能源管理系統(tǒng)的功用 在滿足汽車動力性需求的前提下，使蓄電池儲存的能量得到最有效的利用 使汽車的減速和制動能量能得到最大限度的回收能源管理系統(tǒng)的組成能源管理系統(tǒng)的組成電池輸入控制器車輛運行狀態(tài)參數(shù)電池組狀態(tài)參數(shù)車輛操縱狀態(tài)能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)ECU電池輸出控制器能源管理系統(tǒng)狀態(tài)顯示電機（發(fā)電機）系統(tǒng)控制三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)3、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)任任 務(wù)務(wù)測試儀測試儀執(zhí)行

45、裝置執(zhí)行裝置防止過充電電壓、電流、溫度測試儀充電器防止過放電電壓、電流、溫度測試儀電動機控制溫度控制及平衡溫度測試儀加熱及制冷裝置、溫度平衡單元能源系統(tǒng)信息顯示電壓、電流、溫度、充電狀態(tài)、剩余容量測試儀顯示器電池狀態(tài)測試及顯示電壓、電流、溫度測試儀顯示器、PC總線、分析軟件制動能量回饋控制制動能量回饋控制三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)3、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù) 防止蓄電池過充電p 充電期間，連續(xù)測量各個蓄電池的電壓、溫度等參數(shù)p ECU據(jù)此調(diào)整充電參數(shù)，控制充電器，盡量保持各蓄電池狀態(tài)一致p 充電

46、結(jié)束時，停止充電 防止蓄電池過放電p 放電期間，管理系統(tǒng)監(jiān)控蓄電池放電狀態(tài)p 在每個蓄電池深度放電之前，停止放電過程p 放電結(jié)束時，顯示電動機控制單元最大放電電流，保持蓄電池電壓處正常范圍三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)3、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)溫度控制及平衡p 蓄電池的傳動容量對溫度十分敏感p 管理系統(tǒng)可測量各蓄電池工作溫度，并通過加熱和制冷控制蓄電池溫度能源系統(tǒng)信息顯示p 檢測蓄電池剩余容量等p 顯示相關(guān)信息：可行駛的極限里程數(shù)、充電所需時間p 管理車上用電系統(tǒng)，合理分配使用，盡可能增加續(xù)駛里程

47、三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)3、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)蓄電池狀態(tài)測試及顯示p 根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)性能、蓄電池溫度、使用累計時間等預(yù)測和顯示剩余容量p 提供蓄電池性能參數(shù)，存儲整個過程中的數(shù)據(jù)并傳給計算機p 對獲得的蓄電池信息進行分析，提供電池的診斷、故障分析信息三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)三、純電動汽車關(guān)鍵裝置與技術(shù)3、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)、純電動汽車的能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)能源管理系統(tǒng)的主要任務(wù)制動能量回饋控制p 概念：車輛在減速或制動時，將其中一部分動能或勢能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在能量儲存裝置中的過程p電動汽車的制動方式： 機械制動（常規(guī)的液壓或氣壓制動）+ 電力制動電力制動；兩者并聯(lián)p電動汽車制動工況： 緊急制動：機械制動為主，電力制動電力制動參與 中輕度