《電動汽車傳動系統(tǒng)》課件

電動汽車傳動系統(tǒng)電動汽車傳動系統(tǒng)是電動汽車的核心組件之一。它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動汽車前進(jìn)。課程目標(biāo)理解電動汽車傳動系統(tǒng)的基本原理深入了解電動汽車傳動系統(tǒng)核心部件，包括電動機(jī)、電池組、功率電子系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)。掌握電動汽車傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)學(xué)習(xí)電機(jī)控制技術(shù)、電池管理技術(shù)、功率電子技術(shù)、整車控制策略。分析電動汽車傳動系統(tǒng)的性能和效率評估電機(jī)效率、電池性能、功率電子效率，并學(xué)習(xí)整車能耗測試方法和能耗優(yōu)化設(shè)計。了解電動汽車傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢掌握電動汽車傳動系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，包括高效率、高性能、高安全性。電動汽車發(fā)展歷程1830年代蘇格蘭發(fā)明家羅伯特·安德森發(fā)明了第一輛電動汽車，它使用電池為電動機(jī)供電。19世紀(jì)末電動汽車在美國、法國和英國等國家開始流行，但由于汽油發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)，電動汽車的發(fā)展一度停滯。1970年代由于能源危機(jī)，電動汽車再次受到關(guān)注，一些汽車制造商開始開發(fā)電動汽車。1990年代至今隨著電池技術(shù)和電動機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電動汽車逐漸走向成熟，并開始在全球范圍內(nèi)推廣。電動汽車傳動系統(tǒng)概述電動汽車傳動系統(tǒng)由電機(jī)、電池組、功率電子系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)組成。電動汽車傳動系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動車輛行駛。電動汽車傳動系統(tǒng)具有效率高、污染少、噪音低等優(yōu)點。電動機(jī)的工作原理電磁感應(yīng)原理電動機(jī)利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。電流通過線圈產(chǎn)生磁場，磁場與定子磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。電流方向控制控制線圈中的電流方向，從而控制磁場方向，最終實現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。磁場相互作用電動機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子之間的磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，帶動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。電池組的構(gòu)成電池組由多個電池單元組成，每個單元包含一個或多個電池芯。電池單元通常采用并聯(lián)或串聯(lián)連接方式，以滿足整車的電壓和電流需求。電池組通常集成有電池管理系統(tǒng)（BMS），負(fù)責(zé)監(jiān)控電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并執(zhí)行保護(hù)和管理功能，確保電池組安全穩(wěn)定運行。電池管理系統(tǒng)11.電池組狀態(tài)監(jiān)控電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)控電池組的電壓、電流、溫度等參數(shù)，確保電池組處于安全工作狀態(tài)。22.電池組均衡電池管理系統(tǒng)通過均衡算法，使每個電池單元的電量保持一致，延長電池組壽命。33.電池組保護(hù)電池管理系統(tǒng)設(shè)置過充、過放、過流、過溫等保護(hù)措施，防止電池組損壞。44.電池組管理電池管理系統(tǒng)記錄電池組使用情況，提供電池組的健康狀態(tài)信息。功率電子系統(tǒng)功率電子系統(tǒng)功率電子系統(tǒng)主要包括DC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC逆變器和充電機(jī)等，它負(fù)責(zé)將電池組的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機(jī)所需的交流電。充電機(jī)充電機(jī)負(fù)責(zé)將外部交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電池組充電，充電機(jī)的效率對電動汽車的充電時間和整體能耗影響很大。逆變器逆變器將電池組的直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電機(jī)所需的交流電，逆變器的效率影響著電動汽車的續(xù)航里程和動力性能。整車控制系統(tǒng)大腦整車控制系統(tǒng)是電動汽車的“大腦”，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理各個子系統(tǒng)，確保車輛安全平穩(wěn)運行。例如，控制電機(jī)扭矩輸出、電池充電和放電、制動系統(tǒng)、駕駛輔助系統(tǒng)等。核心整車控制系統(tǒng)由多個ECU組成，通過CAN總線等通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和信息傳遞。通過對傳感器信息的實時采集和分析，做出決策，并發(fā)送控制指令到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動汽車主要部件性能指標(biāo)部件性能指標(biāo)單位電機(jī)功率kW電機(jī)扭矩Nm電機(jī)效率%電池容量kWh電池電壓V電池循環(huán)壽命次功率電子轉(zhuǎn)換效率%功率電子功率密度kW/L電機(jī)性能指標(biāo)電機(jī)性能指標(biāo)對電動汽車的加速性能、續(xù)航里程和效率有著重要的影響。電池性能指標(biāo)電池性能指標(biāo)是衡量電動汽車?yán)m(xù)航里程和充電效率的關(guān)鍵參數(shù)。300Wh/kg能量密度電池的能量密度決定了電池的存儲容量。1C充電倍率充電倍率是指電池在單位時間內(nèi)充入的電量。1000次循環(huán)壽命電池的循環(huán)壽命是指電池在充放電過程中可以承受的循環(huán)次數(shù)。10年使用壽命電池的使用壽命是指電池在正常使用條件下可以保持性能的時長。功率電子系統(tǒng)性能指標(biāo)指標(biāo)單位說明效率%功率電子器件的能量轉(zhuǎn)換效率開關(guān)頻率kHz功率電子器件開關(guān)速度功率密度W/cm3功率電子器件的功率輸出能力可靠性MTBF功率電子器件的無故障運行時間成本元功率電子器件的生產(chǎn)成本整車控制系統(tǒng)性能指標(biāo)整車控制系統(tǒng)是電動汽車的核心控制單元，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理所有子系統(tǒng)，以確保車輛的正常運行和駕駛性能。100ms響應(yīng)時間對駕駛員指令的快速響應(yīng)，提高駕駛體驗。95%控制精度精確控制電機(jī)扭矩、電池能量，優(yōu)化車輛性能。5km續(xù)航里程電池管理系統(tǒng)優(yōu)化，最大限度延長續(xù)航里程。10%能量效率優(yōu)化能量管理策略，提升整車能效。電動汽車傳動系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電動汽車傳動系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指電動機(jī)、電池組、功率電子系統(tǒng)和整車控制系統(tǒng)之間的連接方式。根據(jù)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電動汽車的性能和效率會有所不同。常見的電動汽車傳動系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種：單驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)、雙驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)和輪轂電機(jī)系統(tǒng)。單驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)通常位于車輛后軸。電機(jī)通過傳動軸連接到差速器，最終驅(qū)動后輪。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于制造和維護(hù)。在大多數(shù)情況下，單驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)能提供足夠的動力和操控性。雙驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)獨立控制前后軸分別配備獨立電機(jī)，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確的扭矩分配，提升車輛操控性。轉(zhuǎn)向靈活性獨立控制的電機(jī)可實現(xiàn)更敏捷的轉(zhuǎn)向響應(yīng)，提高車輛在復(fù)雜路況下的操控能力。加速性能提升兩個電機(jī)同時驅(qū)動，車輛加速性能得到顯著提升，滿足駕駛者對動力性能的需求。輪轂電機(jī)系統(tǒng)集成式設(shè)計電機(jī)直接安裝在車輪上，簡化傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高空間利用率。高扭矩輸出電機(jī)緊貼車輪，直接驅(qū)動，有效提升扭矩輸出，增強(qiáng)車輛的加速性能。提高效率省略傳動軸、變速箱等部件，降低能量損耗，提升整車?yán)m(xù)航里程。電動汽車傳動系統(tǒng)效率分析1電機(jī)效率電機(jī)效率是指電機(jī)輸出功率與輸入功率的比值，影響因素包括電機(jī)類型、轉(zhuǎn)速、負(fù)載等。2電池效率電池效率指電池輸出能量與儲存能量的比值，受電池類型、溫度、充放電速率等因素影響。3功率電子系統(tǒng)效率功率電子系統(tǒng)效率是指系統(tǒng)輸出功率與輸入功率的比值，主要受功率器件、控制策略和散熱等因素影響。電機(jī)效率電動汽車電機(jī)效率是指電機(jī)輸出功率與輸入功率之比。效率受負(fù)載、轉(zhuǎn)速、溫度等因素影響，通?？蛰d效率較高，負(fù)載越高效率越低。電動汽車電機(jī)效率越高，能量利用率越高，續(xù)航里程越長。電池效率充電效率放電效率能量轉(zhuǎn)換效率充電效率是指將電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換為電池能量的效率。放電效率是指將電池能量轉(zhuǎn)換為電機(jī)能量的效率。能量轉(zhuǎn)換效率是指電池能量最終轉(zhuǎn)化為車輪動能的效率。功率電子系統(tǒng)效率功率電子系統(tǒng)效率指標(biāo)影響因素DC-DC轉(zhuǎn)換器90%以上開關(guān)頻率、元件損耗DC-AC逆變器95%以上開關(guān)頻率、諧波抑制AC-DC整流器98%以上功率因數(shù)校正、元件損耗整車能耗測試方法電動汽車能耗測試方法是評估電動汽車能效的關(guān)鍵。通過測試，可以確定電動汽車在不同工況下的能耗水平，為優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。1標(biāo)準(zhǔn)工況測試模擬實際駕駛條件2實路測試實際道路行駛3數(shù)據(jù)分析評估能耗水平能耗優(yōu)化設(shè)計電機(jī)效率優(yōu)化電機(jī)效率優(yōu)化是通過改進(jìn)電機(jī)設(shè)計、降低電機(jī)損耗等方式提高電機(jī)效率。電池管理系統(tǒng)優(yōu)化電池管理系統(tǒng)優(yōu)化包括提高電池充電效率、降低電池自放電率等措施?？刂撇呗詢?yōu)化控制策略優(yōu)化主要通過優(yōu)化電機(jī)控制算法、提高整車控制系統(tǒng)的效率來降低能耗。車身輕量化設(shè)計車身輕量化設(shè)計能夠有效降低整車重量，從而降低能耗。電動汽車傳動系統(tǒng)安全性要求11.電池安全電池安全是電動汽車安全性的關(guān)鍵，需要防止電池過充、過放、短路、高溫等問題。22.電機(jī)安全電機(jī)安全需要防止過熱、過載、短路等問題，同時確保電機(jī)正常運行。33.功率電子安全功率電子系統(tǒng)安全需要防止過壓、過流、短路、高溫等問題，并確保穩(wěn)定可靠的能量轉(zhuǎn)換。44.整車安全整車安全需要綜合考慮電池、電機(jī)、功率電子等部件的安全性，并確保整車的穩(wěn)定性和可靠性。電機(jī)安全性過熱保護(hù)電機(jī)過熱可能導(dǎo)致性能下降，甚至損壞。因此，電動汽車傳動系統(tǒng)必須配備過熱保護(hù)機(jī)制，例如溫度傳感器和冷卻系統(tǒng)。絕緣保護(hù)電動汽車傳動系統(tǒng)的高壓電機(jī)需要可靠的絕緣保護(hù)，防止電流泄漏，確保用戶安全。短路保護(hù)電機(jī)短路會造成巨大的電流，產(chǎn)生大量熱量，甚至引發(fā)火災(zāi)，需要設(shè)置短路保護(hù)裝置。電池安全性11.熱失控防止電池內(nèi)部短路，熱量積累，引發(fā)火災(zāi)。采用安全隔離材料，電池管理系統(tǒng)監(jiān)控溫度和電流22.機(jī)械損傷電池組安裝牢固，防止碰撞或振動導(dǎo)致電池?fù)p壞。采用堅固外殼和緩沖材料33.電解液泄漏采用密封良好的電池結(jié)構(gòu)，防止電解液泄漏。泄漏會造成腐蝕和環(huán)境污染44.過充和過放電池管理系統(tǒng)監(jiān)控電池狀態(tài)，避免過度充電或放電。延長電池使用壽命，降低安全風(fēng)險功率電子安全性短路保護(hù)功率電子器件發(fā)生短路時，會產(chǎn)生大量的電流和熱量。短路保護(hù)電路能夠及時切斷電路，防止器件損壞。過流保護(hù)功率電子器件在過電流狀態(tài)下會產(chǎn)生過熱，過流保護(hù)電路能夠限制電流，防止器件過熱。過壓保護(hù)功率電子器件在過壓狀態(tài)下會損壞，過壓保護(hù)電路能夠?qū)㈦妷合拗圃诎踩秶鷥?nèi)。溫度保護(hù)功率電子器件在高溫下會失效，溫度保護(hù)電路能夠檢測器件溫度，并在溫度過高時采取措施。整車安全性碰撞安全車身結(jié)構(gòu)設(shè)計，減輕碰撞傷害。主動安全車道偏離預(yù)警、自動緊急制動，避免事故發(fā)生。電池安全電池管理系統(tǒng)，防止電池過熱或短路。防火墻隔離電池和乘客艙，降低火災(zāi)風(fēng)險。電動汽車傳動系統(tǒng)發(fā)展趨勢1電機(jī)技術(shù)更高效率、更緊湊2電池技術(shù)能量密度更高、循環(huán)壽命更長3功率電子技術(shù)更高功率密度、更高效率4智能化更先進(jìn)的控制算