電動汽車技術(shù)講座課件

1、電動汽車技術(shù)講座宋建鋒2010-07技術(shù)概述純電動汽車的技術(shù)內(nèi)容包括：驅(qū)動電機(jī)技術(shù)；動力電池技術(shù)；電池監(jiān)視與管理系統(tǒng)技術(shù)；驅(qū)動系統(tǒng)控制與集成技術(shù)。技術(shù)概述混合動力電動汽車的技術(shù)內(nèi)容包括：除了包括上述純電動的技術(shù)內(nèi)容外，還包括：發(fā)動機(jī)控制技術(shù)；動力系統(tǒng)集成控制技術(shù)；系統(tǒng)匹配優(yōu)化技術(shù)等。技術(shù)概述燃料電池電動汽車的技術(shù)內(nèi)容包括：氫氣生成技術(shù)；氫氣攜帶與儲存技術(shù)；質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池技術(shù)等。 純電動汽車純電動汽車的基本結(jié)構(gòu) 純電動汽車采用了現(xiàn)代汽車的許多總成，但在總體結(jié)構(gòu)、動力傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面具有以下特點(diǎn)：電動汽車各部件的布置有很大的靈活性； 驅(qū)動系統(tǒng)的布置不同使電動汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很

2、大，采用不同的電動機(jī)會影響電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀； 不同類型的儲能裝置也會影響電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀。不同的能源補(bǔ)充裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)。純電動汽車的基本結(jié)構(gòu) 電動汽車系統(tǒng)可分為三個(gè)子系統(tǒng)，電力驅(qū)動子系統(tǒng)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)由主能源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)組成；輔助控制子系統(tǒng)由動力轉(zhuǎn)向單元、溫度控制單元和輔助動力源組成。純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)電驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式各種電動汽車用驅(qū)動電機(jī)目前電動汽車用各種驅(qū)動電動機(jī)的比較說明：表中直流電動機(jī)是指有換向器的直流電動機(jī)，永磁無刷電動機(jī)包括直流和交流，每個(gè)性能滿分為5分。技術(shù)指標(biāo)混合動力驅(qū)動系

3、統(tǒng)純電動和燃料電池主驅(qū)動系統(tǒng)中混轎車強(qiáng)混轎車客車轎車客車電機(jī)峰值功率(kW)系列化，5%浮動10、15、2030、40、5060、9050、90120、180、240系統(tǒng)目標(biāo)價(jià)格(萬元)20081.2-1.82.5-3.54-53-47-10系統(tǒng)目標(biāo)價(jià)格(萬元)20101-1.22-2.52.5-32-2.55-7最高系統(tǒng)效率90%90%90%93%90%高效區(qū) (%，效率80%)50速度控制精度基速以下：50rpm；基速以上：1%扭矩控制精度1/2額定扭矩以下：5Nm；1/2額定扭矩以上：5%扭矩響應(yīng)時(shí)間額定轉(zhuǎn)速下，目標(biāo)值為額定扭矩時(shí)，階躍響應(yīng)時(shí)間10ms控制器工作環(huán)境溫度范圍（）*-308

4、5工作環(huán)境溫度范圍（）-30105-30105-30105-3085-3085噪聲（dB(A)）滿足整車要求設(shè)計(jì)壽命（萬公里）*3030503050平均故障間隔里程(km)*2008年 0.75萬平均故障間隔里程(km)*2010年 1萬純電動汽車的車載能源裝置 純電動汽車的車載能源裝置 鎳氫電池鋰離子電池超級電容器容量規(guī)格（Ah）6、830、40801008、20501003500F功率密度（W/kg）100070050020030013006504002000能量密度（Wh/kg）40454550506580651201206最大放電倍率20C(20s)8C(30s)5C(30s)3C(3

5、0s)20C(20s)6C(30s)4C(30s)20-200C最大充電倍率6C(10s)4C(60s)3C(60s)2C(60s)6C(10s)4C(10s)4C(60s)20-200C單體電池內(nèi)阻（m）2.51.51.03.02.53.03.00.5單體電壓偏差（V）0.05單體容量偏差（）510使用溫度范圍（）-2560擱置溫度范圍（）-4080荷電保持能力（常溫下擱置28天）80SOC估算誤差（）6安全性通過行標(biāo)或規(guī)范要求循環(huán)壽命（萬公里）(2008)10 10 101088815萬次循環(huán)壽命（萬公里）(2010)15 15 151510101020萬次成本（元/Wh）（2008）55

6、53533150成本（元/Wh）（2010）3332322100純電動汽車產(chǎn)品電動汽車在中國發(fā)展電動汽車在中國發(fā)展混合動力電動汽車混合動力汽車的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 1 發(fā)動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)工況區(qū)，排放低，燃油消耗少。2 發(fā)動機(jī)不在全負(fù)荷和加速工況工作，噪聲小。3 可回收制動時(shí)的能量和利用已有的燃油設(shè)施。續(xù)駛里程長。缺點(diǎn)：動力系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，動力系統(tǒng)的質(zhì)量增加，占用空間大?；旌蟿恿ζ嚨姆N類1、能量流和功率流的配置結(jié)構(gòu)關(guān)系 串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)2、按照兩種不同的能量的搭配比例不同 輕度、中度、重度、插電3、按照運(yùn)行模式的不同 單一、雙模按結(jié)構(gòu)關(guān)系的分類串聯(lián)式混合動力汽車的功率流并聯(lián)式混合動力汽車的功率流混聯(lián)式

7、混合動力汽車的功率流THANK YOUSUCCESS2022/10/1529可編輯按照兩種不同的能量的搭配比例不同輕度混合： 電機(jī)僅作為內(nèi)燃機(jī)的啟動機(jī)/發(fā)電機(jī)使用?，F(xiàn)在通常使用的啟動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是指在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的啟動電機(jī)（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機(jī)（也就是常說的Belt-alternator Starter Generator，簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機(jī)為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機(jī)，用來控制發(fā)動機(jī)的啟動和停止，從而取消發(fā)動機(jī)的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講，微混合動力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因?yàn)樗碾姍C(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。 按照兩

8、種不同的能量的搭配比例不同中度混合： 驅(qū)動車輛的兩種動力源中，依靠電池-電機(jī)功率的比例增大，內(nèi)燃機(jī)功率的比例相對減少。通常，此種混合動力系統(tǒng)采用集成啟動電機(jī)（也就是常說的Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統(tǒng)），車輛還是以發(fā)動機(jī)為主要動力來源，助動電機(jī)被安裝在發(fā)動機(jī)和變速器之間，作為輔助動力來源與主要動力相聯(lián)。當(dāng)行駛中需要更大驅(qū)動力時(shí)，它被用作電動機(jī)。當(dāng)需要重新啟動熄火的發(fā)動機(jī)時(shí)，它被用作為一個(gè)起動機(jī)。其能夠?qū)崿F(xiàn)：在減速和制動工況下，對部分能量進(jìn)行吸收；在行駛過程中，發(fā)動機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。 按照兩種

9、不同的能量的搭配比例不同重度混合： 指既可以使用汽油引擎或電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輛也可以同時(shí)使用兩種動力的汽車。它們普遍采用大容量電池以供給電動機(jī)做純電動模式運(yùn)行，同時(shí)還具有動力切換裝置用以發(fā)動機(jī)、電動機(jī)各自動力的耦合和分離。在起步、倒車、緩加速（如頻繁起步-停車）、低速行駛等情況下，車輛可以純電動模式行駛；急加速時(shí)，電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)一起驅(qū)動車輛，并具有制動能量回收的能力。與輕混合系統(tǒng)相比，驅(qū)動車輛的兩種動力源中，依靠電池-電機(jī)功率的比例更大，內(nèi)燃機(jī)功率的比例更小。按照兩種不同的能量的搭配比例不同插電混合： 混合動力系統(tǒng)通過接入家用電源為系統(tǒng)中配備的充電電池充電，充電后可僅憑充電電池作為電動汽車行駛。另

10、外，在充電電池的剩余電量用完后，并不是切換至發(fā)動機(jī)行駛模式，而是通過發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，利用由此產(chǎn)生的電力為蓄電池充電，繼續(xù)用電動機(jī)行駛，從而形成了串聯(lián)方式的插電式混合動力車。這種混合動力汽車比全混合動力汽車有較長純電動行駛里程。該系統(tǒng)電機(jī)功率比例與純電動情況基本相同（或稍?。?，內(nèi)燃機(jī)功率比例與重度混合系統(tǒng)基本相同，電池容量一般比全混合系統(tǒng)的大，比純電動車輛的小?；旌蟿恿ζ囆枰鉀Q的關(guān)鍵技術(shù)問題混合動力汽車要進(jìn)入實(shí)用化，需要具備高比能量和高比功率的能量存儲裝置，低成本、高效率的功率電子設(shè)備和燃料經(jīng)濟(jì)性高、排放低的高效發(fā)動機(jī)。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題主要有：混合動力單元技術(shù)混合動力汽車的動力可以同

11、時(shí)來自熱力發(fā)動機(jī)和電動機(jī)。在混合動力汽車上，發(fā)動機(jī)又被稱為混合動力單元。混合動力汽車的主要目標(biāo)就是降低排放，所以，控制混合動力單元的排放將是今后研究的重點(diǎn)?；旌蟿恿囅到y(tǒng)示意圖能量存儲技術(shù)目前用于混合動力汽車的能量存儲裝置主要還是高能蓄電池，鎳氫電池和鋰離子電池的技術(shù)也較成熟。未來能量存儲裝置的研究應(yīng)該包括：電池內(nèi)部的連接、檢測、監(jiān)控和電池設(shè)計(jì)制造方面的改進(jìn)，降低制造成本，改善電池性能，提高電池使用壽命。能量存儲裝置也稱之為載荷調(diào)節(jié)裝置，其目的是通過它的調(diào)節(jié)作用來提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放。汽車集成電力電子模塊技術(shù) 混合動力汽車的控制系統(tǒng)的開發(fā)是混合動力系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新，其目的是要實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)

12、與電動機(jī)的最優(yōu)耦合功率分配比。該系統(tǒng)要具備高功率密度、低耗損的開關(guān)、電容和電感等器件；要求控制裝置采用功率密度高、散熱性能好的可高速運(yùn)行的半導(dǎo)體芯片?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)展前景 混合動力汽車在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上達(dá)到了提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放的目的，因而極具發(fā)展前景。在美、日、歐下一代汽車開發(fā)計(jì)劃中，混合動力汽車處于戰(zhàn)略發(fā)展的位置?；旌蟿恿ζ囀谷藗兛吹搅嗽诙唐趦?nèi)大幅提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放的可能性。混合動力汽車舉例混合動力汽車舉例混合動力汽車舉例混合動力汽車舉例國內(nèi)出現(xiàn)的混合動力整車系統(tǒng)匹配技術(shù)方案方案一方案一【方案特點(diǎn)】 微混合（啟-?；旌希?BSG系統(tǒng)具有簡單、重量輕，對整車原有結(jié)構(gòu)改動很小，成本

13、低的優(yōu)勢 可實(shí)現(xiàn)5%10%的節(jié)油效果 方案二方案二【方案特點(diǎn)】 并聯(lián) ISG技術(shù) 永磁直流電機(jī)【該方案下的車輛性能指標(biāo)】 內(nèi) 容 單 位 參 數(shù) 尺寸（長寬高） Mm 444517681640 整車整備質(zhì)量 Kg 1501 最大總質(zhì)量 Kg 1950 發(fā)動機(jī)（或燃料電池發(fā)動機(jī)） JL475Q3 電機(jī)系統(tǒng) 額定轉(zhuǎn)速 Rpm 1800 最大發(fā)電功率 kW 15 電池組 動力電池類型 金屬氫化物鎳蓄電池 電池組規(guī)格 Ah 6.0 驅(qū)動 系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速（額定/峰值） RPM/RPM 1800/7000 功率（額定/峰值） kW 10/15 扭矩（額定/峰值） N.m 56 /110 控制器最高效率 98%

14、 最高車速 km/h 160 0100km/h加速時(shí)間（客車0-50km/h）S 16.9 最大爬坡度 30% 行駛里程（NEDC工況下） Km 800 百公里經(jīng)濟(jì)性（NEDC工況下） L 6.8 方案三方案三【方案特點(diǎn)】 并聯(lián)、單軸式輕度混合 結(jié)構(gòu)精減 對電池的依賴性較小 對于整車的改動比較少，比較容易實(shí)現(xiàn) 技術(shù)較成熟 性價(jià)比較高 【該方案下的車輛性能指標(biāo)】 內(nèi) 容 單 位 參 數(shù) 尺寸（長寬高） mm 4552*1750*1483整車整備質(zhì)量 kg 1350 最大總質(zhì)量 kg 1725 發(fā)動機(jī)（或燃料電池發(fā)動機(jī)） ml 1297 電機(jī)系統(tǒng) 額定轉(zhuǎn)速 Rpm 1600 最大發(fā)電功率 Kw 15 電池組 動力電池類型 鎳氫蓄電池 電池組規(guī)格 節(jié) 120 驅(qū)動 系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速（額定/峰值） Rpm 1600/8000 功率（額定/峰值） Kw 10/15 扭矩（額定/峰值） N.m 88/110 控制器最高效率 97