《電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)》課件

電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的核心組件之一。它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。課程目標(biāo)理解電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本原理深入了解電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)核心部件，包括電動(dòng)機(jī)、電池組、功率電子系統(tǒng)、整車(chē)控制系統(tǒng)。掌握電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)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(chē)控制策略。分析電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能和效率評(píng)估電機(jī)效率、電池性能、功率電子效率，并學(xué)習(xí)整車(chē)能耗測(cè)試方法和能耗優(yōu)化設(shè)計(jì)。了解電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)掌握電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，包括高效率、高性能、高安全性。電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)，它使用電池為電動(dòng)機(jī)供電。19世紀(jì)末電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)、法國(guó)和英國(guó)等國(guó)家開(kāi)始流行，但由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展一度停滯。1970年代由于能源危機(jī)，電動(dòng)汽車(chē)再次受到關(guān)注，一些汽車(chē)制造商開(kāi)始開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)。1990年代至今隨著電池技術(shù)和電動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)汽車(chē)逐漸走向成熟，并開(kāi)始在全球范圍內(nèi)推廣。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、電池組、功率電子系統(tǒng)和整車(chē)控制系統(tǒng)組成。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)具有效率高、污染少、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的工作原理電磁感應(yīng)原理電動(dòng)機(jī)利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)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(chǎng)方向，最終實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。磁場(chǎng)相互作用電動(dòng)機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。電池組的構(gòu)成電池組由多個(gè)電池單元組成，每個(gè)單元包含一個(gè)或多個(gè)電池芯。電池單元通常采用并聯(lián)或串聯(lián)連接方式，以滿(mǎn)足整車(chē)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(yùn)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(shí)時(shí)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(guò)均衡算法，使每個(gè)電池單元的電量保持一致，延長(zhǎng)電池組壽命。33.電池組保護(hù)電池管理系統(tǒng)設(shè)置過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、過(guò)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(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)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(dòng)電機(jī)所需的交流電，逆變器的效率影響著電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程和動(dòng)力性能。整車(chē)控制系統(tǒng)大腦整車(chē)控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的“大腦”，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理各個(gè)子系統(tǒng)，確保車(chē)輛安全平穩(wěn)運(yùn)行。例如，控制電機(jī)扭矩輸出、電池充電和放電、制動(dòng)系統(tǒng)、駕駛輔助系統(tǒng)等。核心整車(chē)控制系統(tǒng)由多個(gè)ECU組成，通過(guò)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(guò)對(duì)傳感器信息的實(shí)時(shí)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(dòng)汽車(chē)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(duì)電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)?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(chǔ)容量。1C充電倍率充電倍率是指電池在單位時(shí)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(guò)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(shí)長(zhǎng)。功率電子系統(tǒng)性能指標(biāo)指標(biāo)單位說(shuō)明效率%功率電子器件的能量轉(zhuǎn)換效率開(kāi)關(guān)頻率kHz功率電子器件開(kāi)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(wú)故障運(yùn)行時(shí)間成本元功率電子器件的生產(chǎn)成本整車(chē)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)整車(chē)控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)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(chē)輛的正常運(yùn)行和駕駛性能。100ms響應(yīng)時(shí)間對(duì)駕駛員指令的快速響應(yīng)，提高駕駛體驗(yàn)。95%控制精度精確控制電機(jī)扭矩、電池能量，優(yōu)化車(chē)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(zhǎng)續(xù)航里程。10%能量效率優(yōu)化能量管理策略，提升整車(chē)能效。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指電動(dòng)機(jī)、電池組、功率電子系統(tǒng)和整車(chē)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(dòng)汽車(chē)的性能和效率會(huì)有所不同。常見(jiàn)的電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種：?jiǎn)悟?qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)和輪轂電機(jī)系統(tǒng)。單驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)通常位于車(chē)輛后軸。電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸連接到差速器，最終驅(qū)動(dòng)后輪。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)電機(jī)系統(tǒng)能提供足夠的動(dòng)力和操控性。雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立控制前后軸分別配備獨(dú)立電機(jī)，通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確的扭矩分配，提升車(chē)輛操控性。轉(zhuǎn)向靈活性獨(dú)立控制的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)更敏捷的轉(zhuǎn)向響應(yīng)，提高車(chē)輛在復(fù)雜路況下的操控能力。加速性能提升兩個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，車(chē)輛加速性能得到顯著提升，滿(mǎn)足駕駛者對(duì)動(dòng)力性能的需求。輪轂電機(jī)系統(tǒng)集成式設(shè)計(jì)電機(jī)直接安裝在車(chē)輪上，簡(jiǎn)化傳動(dòng)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(chē)輪，直接驅(qū)動(dòng)，有效提升扭矩輸出，增強(qiáng)車(chē)輛的加速性能。提高效率省略傳動(dòng)軸、變速箱等部件，降低能量損耗，提升整車(chē)?yán)m(xù)航里程。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)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(lèi)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(chǔ)存能量的比值，受電池類(lèi)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(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)電機(jī)效率越高，能量利用率越高，續(xù)航里程越長(zhǎng)。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(chē)輪動(dòng)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(kāi)關(guān)頻率、元件損耗DC-AC逆變器95%以上開(kāi)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(chē)能耗測(cè)試方法電動(dòng)汽車(chē)能耗測(cè)試方法是評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)能效的關(guān)鍵。通過(guò)測(cè)試，可以確定電動(dòng)汽車(chē)在不同工況下的能耗水平，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試模擬實(shí)際駕駛條件2實(shí)路測(cè)試實(shí)際道路行駛3數(shù)據(jù)分析評(píng)估能耗水平能耗優(yōu)化設(shè)計(jì)電機(jī)效率優(yōu)化電機(jī)效率優(yōu)化是通過(guò)改進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)、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?xún)?yōu)化控制策略?xún)?yōu)化主要通過(guò)優(yōu)化電機(jī)控制算法、提高整車(chē)控制系統(tǒng)的效率來(lái)降低能耗。車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)能夠有效降低整車(chē)重量，從而降低能耗。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)安全性要求11.電池安全電池安全是電動(dòng)汽車(chē)安全性的關(guān)鍵，需要防止電池過(guò)充、過(guò)放、短路、高溫等問(wèn)題。22.電機(jī)安全電機(jī)安全需要防止過(guò)熱、過(guò)載、短路等問(wèn)題，同時(shí)確保電機(jī)正常運(yùn)行。33.功率電子安全功率電子系統(tǒng)安全需要防止過(guò)壓、過(guò)流、短路、高溫等問(wèn)題，并確保穩(wěn)定可靠的能量轉(zhuǎn)換。44.整車(chē)安全整車(chē)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(chē)的穩(wěn)定性和可靠性。電機(jī)安全性過(guò)熱保護(hù)電機(jī)過(guò)熱可能導(dǎo)致性能下降，甚至損壞。因此，電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)必須配備過(guò)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(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)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(hù)安全。短路保護(hù)電機(jī)短路會(huì)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(dòng)導(dǎo)致電池?fù)p壞。采用堅(jiān)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(huì)造成腐蝕和環(huán)境污染44.過(guò)充和過(guò)放電池管理系統(tǒng)監(jiān)控電池狀態(tài)，避免過(guò)度充電或放電。延長(zhǎng)電池使用壽命，降低安全風(fēng)險(xiǎn)功率電子安全性短路保護(hù)功率電子器件發(fā)生短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電流和熱量。短路保護(hù)電路能夠及時(shí)切斷電路，防止器件損壞。過(guò)流保護(hù)功率電子器件在過(guò)電流狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱，過(guò)流保護(hù)電路能夠限制電流，防止器件過(guò)熱。過(guò)壓保護(hù)功率電子器件在過(guò)壓狀態(tài)下會(huì)損壞，過(guò)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(huì)失效，溫度保護(hù)電路能夠檢測(cè)器件溫度，并在溫度過(guò)高時(shí)采取措施。整車(chē)安全性碰撞安全車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減輕碰撞傷害。主動(dòng)安全車(chē)道偏離預(yù)警、自動(dòng)緊急制動(dòng)，避免事故發(fā)生。電池安全電池管理系統(tǒng)，防止電池過(guò)熱或短路。防火墻隔離電池和乘客艙，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)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(zhǎng)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