純電動汽車驅(qū)動結(jié)構(gòu)和電池性能培訓(xùn)課件(ppt 53頁).ppt

1、第二章 純電動汽車（蓄電池電動汽車）Battery Electric Vehicles(BEV,概述 純電動汽車驅(qū)動方案、驅(qū)動方程 動力電池：分類、電性能,2.0.1 定義,蓄電池電動汽車（純電動汽車） EV (Electric Vehicle)是僅由動力蓄電池向電機提供電能驅(qū)動車輛行駛的道路車輛,2.0.1 定義,結(jié)構(gòu)示意圖,2.0.2 特點,節(jié)能，不消耗石油；環(huán)保，無污染；噪聲和振動小。 能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞，各部件的布置具有很大的靈活性。 驅(qū)動系統(tǒng)布置不同會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很大；采用不同類型的電機(如直流電機和交流電機)會影響到純電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀

2、；不同類型的儲能裝置也會影響電動汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。 不同的補充能源裝置具有不同的硬件和機構(gòu)，例如蓄電池可通過感應(yīng)式和接觸式的充電器充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電,2.0.3 基本組成,1.車載電源 2.電池管理系統(tǒng) 3. 驅(qū)動電動機 4. 控制系統(tǒng) 5. 車身及底盤 6. 安全保護系統(tǒng),2.0.3 基本組成,1. 車載電源 組成 以動力電池組作為車載電源，用周期性的充電來補充電能。 重要性 動力電池組是EV的關(guān)鍵裝備，儲存的電能、質(zhì)量和體積，對EV性能起決定性影響，也是發(fā)展EV的主要研究和開發(fā)對象。 EV發(fā)展的癥結(jié)在于電池，電池技術(shù)對EV的制約仍然是EV

3、發(fā)展的瓶頸。 建立充電站系統(tǒng)、報廢電池回收和處理工廠，是推廣EV的關(guān)鍵問題,2.0.3 基本組成,1. 車載電源 發(fā)展 (1)第一代EV電池：鉛酸電池 優(yōu)點：技術(shù)成熟，成本低。 缺點：比能量和比功率低不能滿足EV續(xù)駛里程和動力性能的需求，但進一步發(fā)展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，使鉛酸電池的比能量有所提高,2.0.3 基本組成,1. 車載電源 發(fā)展 (2)第二代高能電池：鎳鎘電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鈉氯化鎳電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋅空氣電池和鋁空氣電池等 優(yōu)點：比能量和比功率都比鉛酸電池高，大大提高了EV的動力性能和續(xù)駛里程。 缺點：有些高能電池需要復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，各

4、種電池對充電技術(shù)有不同要求。而且電化學(xué)電池中的活性物質(zhì)在使用一定的期限后，會老化變質(zhì)以至完全喪失充電和放電功能而報廢，從而使EV的使用成本高,2.0.3 基本組成,1. 車載電源 發(fā)展 (3)第三代電池：飛輪電池、超級電容器 飛輪電池是電能機械能電能轉(zhuǎn)換的電池。 超級電容器是電能電位能電能轉(zhuǎn)換的電池。 這兩種儲能器在理論上都具有很大的轉(zhuǎn)換能力，而且充電和放電方便迅速，但尚處于研制階段,2.0.3 基本組成,1. 車載電源 高壓電源 動力電池組提供約155380V高壓直流電。 動力電池組是供電機工作的唯一動力電源。 空調(diào)系統(tǒng)的空壓機，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵和制動系統(tǒng)的真空泵等，也需要動力電池組提供動

5、力電能。 低壓電源 動力電池組通過DC/DC轉(zhuǎn)換器，供應(yīng)12V或24V低壓電，并儲存到低壓電池組中，作為儀表、照明和信號裝置等工作的電源,2.0.3 基本組成,2.電池管理系統(tǒng) 管理 對動力電池組充電與放電時的電流、電壓、放電深度、再生制動反饋電流、電池溫度等進行控制。 個別電池性能變化后，會影響到整個動力電池組性能，故需用電池管理系統(tǒng)來對整個動力電池組及其每一單體電池進行監(jiān)控，保持各個單體電池間的一致性。 充電 動力電池組必須進行周期性的充電。高效率充電裝置和快速充電裝置，是EV使用時所必須的輔助設(shè)備?？刹捎玫孛娉潆娖鳌④囕d充電器、接觸式充電器或感應(yīng)充電器等進行充電,2.0.3 基本組成,3

6、. 驅(qū)動電動機 驅(qū)動電動機是驅(qū)動EV行駛的唯一動力裝置。 類型 直流電動機、交流電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機等。 再生制動 再生制動是EV節(jié)能的重要措施之一。制動時電動機可實現(xiàn)再生制動，一般可回收10%15%的能量，有利于延長EV行駛里程。 在EV制動系統(tǒng)中，還保留常規(guī)制動系統(tǒng)和ABS制動系統(tǒng)，以保證車輛在緊急制動時有可靠的制動性能,2.0.3 基本組成,4. 控制系統(tǒng) EV的控制系統(tǒng)主要是對動力電池組的管理和對電動機的控制。 將加速踏板、制動踏板機械位移的行程量轉(zhuǎn)換為電信號，輸入中央控制器，通過動力控制模塊控制驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。 計算動力電池組剩余電量和剩余續(xù)駛里程。 對整車低壓系統(tǒng)的電

7、子、電器裝置進行控制。 采用各種各樣的傳感器、報警裝置和自診斷裝置等，對整個動力電池組功率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動電動機系統(tǒng)進行監(jiān)控并及時反饋信息和報警,2.0.3 基本組成,5. 車身及底盤 車身 EV車身造型特別重視流線型,以降低空氣阻力系數(shù)。 底盤 由于動力電池組的質(zhì)量大，為減輕整車質(zhì)量，采用輕質(zhì)材料制造車身和底盤部分總成。 動力電池組占據(jù)的空間大，在底盤布置上還要有足夠的空間存放動力電池組，并且要求線路連接、充電、檢查和裝卸方便，能夠?qū)崿F(xiàn)動力電池組的整體機械化裝卸,2.0.3 基本組成,6. 安全保護系統(tǒng) 高壓安全 動力電池組具有高壓直流電，必須設(shè)置安全保護系統(tǒng)，確保駕駛員、乘員和維修人員在駕駛、乘

8、坐和維修時的安全。 故障處理 必須配備電氣裝置的故障自檢系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時自動控制EV不能起動等，及時防止事故的發(fā)生,2.0.3 基本組成,小結(jié) 操縱：在操縱裝置和操縱方法上繼承或沿用內(nèi)燃機汽車主要的操縱裝置和操縱方法，適應(yīng)駕駛員的操作習(xí)慣，使操作簡單化和規(guī)范化。 控制：在EV控制系統(tǒng)中，采用全自動或半自動的機電一體化控制系統(tǒng)，達到安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈活的目的。 電池：提高電池的比能量和比功率，實現(xiàn)電池的高能化。 電機：采用高效率的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和高效率的驅(qū)動電動機，提高電動機和驅(qū)動系統(tǒng)的效率。 車身和底盤：采用流線型車身，降低迎風(fēng)面積和空氣阻力系數(shù)。采用輕金屬材料、

9、高強度復(fù)合材料和新型EV專用車身和底盤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)車身和底盤的輕量化，減輕整備質(zhì)量。采用低滾動阻力輪胎，降低行駛阻力。 再生制動：回收再生制動能量，延長行駛里程,2.0.4 關(guān)鍵技術(shù),1. 驅(qū)動電動機的選擇及功率匹配 電動機應(yīng)具有良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，一般具有600015000r/min的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)車輛行駛工況，驅(qū)動電動機可以在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)運轉(zhuǎn)。 驅(qū)動電動機應(yīng)經(jīng)常保持在高效率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。在低速大轉(zhuǎn)矩（恒轉(zhuǎn)矩區(qū)）運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)效率在0.750.85之間，在恒功率運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)效率在0.80.9之間,2.0.4 關(guān)鍵技術(shù),2. 動力電池組的選擇與特性 3. 減速器傳動比的確定 由于電動機的轉(zhuǎn)速高，不能

10、直接驅(qū)動車輛的車輪，通常在驅(qū)動系統(tǒng)中采用大速比的減速器或2檔變速器。 作用：減速、增扭 減速器或變速器中不設(shè)置倒檔齒輪，倒車是靠電動機的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn),2.0.4 關(guān)鍵技術(shù),4. 控制系統(tǒng)的設(shè)計 目標：延長續(xù)駛里程 續(xù)駛里程 續(xù)駛里程指電動汽車從動力蓄電池全充滿狀態(tài)開始到標準規(guī)定的試驗結(jié)束時所走過的里程。采用工況法按照一定的工況反復(fù)地循環(huán)行駛，是EV測定續(xù)駛里程的基本方法。 我國頒布的GB/T 183862001電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法適用于EV最大總質(zhì)量3500kg ，最高車速 70km/h的EV,2.0.4 關(guān)鍵技術(shù),4. 控制系統(tǒng)的設(shè)計 延長續(xù)駛里程的方法 選用高比能量的電池。

11、減少EV在行駛中各種環(huán)節(jié)中的能量損耗。 減少EV輔助系統(tǒng)的電能消耗，對空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向等進行自動控制。 設(shè)計新EV時，在造型、結(jié)構(gòu)、材料和配件方面，應(yīng)使G, f 和 CD等盡量降低,2.0.5 發(fā)展趨勢,當前EV主要向小型化、個性化、家庭化和休閑化方向開辟市場，可適當?shù)亟档蛯恿π阅堋⒆罡哕囁俸屠m(xù)駛里程方面的要求。 世界各國都有各式各樣的微型和小型EV在使用。如日本豐田汽車公司E-com微型電動轎車和日產(chǎn)汽車公司的Hypermini微型電動轎車,Nissan Hypermini(2000,2.1 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng),2.1.1 組成和結(jié)構(gòu)形式 2.1.2 傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng) 2.1.3 簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動

12、系統(tǒng) 2.1.4 電動機驅(qū)動橋整體式 驅(qū)動系統(tǒng) 2.1.5 雙電動機驅(qū)動系統(tǒng) 2.1.6 內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng) 2.1.7 外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng),2.1.1 組成和結(jié)構(gòu)形式,組成,結(jié)構(gòu)形式 傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng) 簡化的傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng) 電動機驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) 雙電動機驅(qū)動系統(tǒng) 內(nèi)轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng) 外轉(zhuǎn)子電動輪驅(qū)動系統(tǒng),2.1.2 傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng),電動機替代發(fā)動機。 仍然采用內(nèi)燃機汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成。 有電動機前置、驅(qū)動橋前置(F-F)，電動機前置、驅(qū)動橋后置(F-R)等各種驅(qū)動模式。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，不能充分發(fā)揮電動機的性能,M電動機 C離合器 GB變速器

13、D差速器,純電動汽車驅(qū)動方案,1、機械驅(qū)動差速半軸方案 2、機電集成化驅(qū)動布置方案 3、電動輪方案,1、機械驅(qū)動差速半軸方案布置示意圖,1、機械驅(qū)動差速半軸方案驅(qū)動布置的特點,用蓄電池、電機及其控制系統(tǒng)取代了原來的內(nèi)燃機及其控制系統(tǒng)作為電動汽車的動力源。在這種布置形式中，一般選用或保留了內(nèi)燃機汽車的變速器、傳動軸、和半軸等傳動部件， 優(yōu)點:有利于集中精力匹配電動汽車的動力系統(tǒng); 缺點:傳動效率較低，并且不能充分滿足電動汽車的動力性能的要求,2、機電集成化驅(qū)動布置方案,機電集成化驅(qū)動布置方案類似于差速半軸驅(qū)動方案。這種布置方案充分利用電動機的調(diào)速范圍寬的特點，取消了傳動效率低、操縱煩瑣的齒輪變速

14、箱，只采用部分傳動齒輪，保留差速器和半軸，從而使得動力傳動系統(tǒng)得到了簡化，并提高了傳動效率,3、電動輪方案布置示意圖,3、電動輪方案,此方案取消了差速器和半軸，而將行星減速器與電動機制造為一體，稱為電動輪，輪胎直接安裝在電動輪上: 不但提高了傳動效率， 而且不占用車身和底盤的空間，擴大乘坐的空間，利用底部空間來安裝電池， 并使整車的總體布置得到簡化,化學(xué)電源的分類,按其工作性質(zhì)及存貯方式不同： a、一次電池。又稱“原電池”，即放電后不能用充電的方法使其復(fù)原的電池。 b、二次電池。又稱“蓄電池”，電池放電后又可用充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而再次放電，且可反復(fù)多次循環(huán)使用的一類電池。 C 、貯備電池

15、。又稱“激活電池”，是指正負極活性物質(zhì)和電解質(zhì)在貯存期不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電池。 d、燃料電池。又稱“連續(xù)電池”，即只要活性物質(zhì)連續(xù)地注入電池，就能長期不斷地進行放電的一類電池,電池的性能參數(shù),化學(xué)電池品種繁多，性能各異。常以表征其性能的指標有:電性能、機械性能、儲存性能等，有時還包括使用性能和經(jīng)濟成本。 電性能包括電動勢、開路電壓、工作電壓、內(nèi)阻、充電電壓、電容量、比能量(比功率)和使用壽命等。 儲存性能主要取決于電池的自放電大小。 總工技術(shù)開發(fā)電池開發(fā)材料研發(fā),電性能,1、電動勢 電池的電動勢，又稱電池的標準電壓或理論電壓，為電池斷路時正負兩極間的電

16、位差。 2、開路電壓 電池的開路電壓是無負荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動勢，且總小于電動勢,電性能,3、電池的內(nèi)阻 電池的內(nèi)阻包括:正負極板電阻、電解液電阻、隔離物電阻和連接體電阻等。單個電池所呈現(xiàn)的內(nèi)阻，就是上述電阻的總和; 電池組的內(nèi)阻，就是單個電池的電阻再乘上所串聯(lián)的電池只數(shù)。電池的內(nèi)阻，在放電的過程中會逐漸增加，而在充電過程中則會逐漸減小。所以，在電池充放電過程中，端電壓會因其內(nèi)阻的變化而變化。端電壓在放電時低于電池的電動勢，充電時又高于電池的電動勢,電性能,4、充電電壓 電池的充電電壓，僅對二次電池充電而言，為充電時該二次電池的端電壓。 在恒流充電時，充電電壓隨時間的延

17、長而逐漸增高; 在恒壓充電時，充電電流隨充電時間的延長而很快減小。 對于某些電池，為了保證電池能充足電，并保護電池不過充或抑制氣體析出，規(guī)定了充電的終止電池充電電壓,電性能,表征電池放電時電壓特性的專業(yè)術(shù)語有以下幾個: a、額定電壓(或稱公稱電壓)，系指該電化學(xué)體系的電池工作時公認的標準電壓: b、工作電壓，系指電池在某負載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍; c、中點電壓，系指電池放電期間的平均電壓或中心電壓: d、終止電壓，系指放電終止時的電壓值，視負載和使用要求不同而異,電性能,5、電池容量及其影響因素 電池的電容量，簡稱為容量，單位為庫侖(C)或安時(Ah)。表征電池容量特性的專用

18、術(shù)語有以下三個: a、理論容量 理論容量系指根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當量數(shù)計算得到的電量。通常，理論上1電化當量物質(zhì)(1電化當量物質(zhì)的量，等于活性物質(zhì)的原子量或分子量除以反應(yīng)物的電子數(shù))將放出1法拉第電量，即96500C或26.8Ah,電性能,b、實際容量 實際容量系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。 c.額定容量 額定容量系指在設(shè)計和生產(chǎn)電池時，規(guī)定或保證在指定的放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的電量,電性能,電池的容量與電池的放電倍率、放電形式、放電終止電壓和放電溫度等放電條件有關(guān)。 電池的放電電流強度用放電倍率(簡稱放電率)來表示

19、。定義: 電倍率=額定容量(Ah)/放電電流(A) 也就是說，電池的放電倍率用放電時間來表示，或者說以一定的放電電流放完額定容量的電量所需的小時數(shù)來衡量,電性能,例如: 某電池的額定容量為100Ah，若用50A的恒流放電，則放完100Ah的電量需要2小時，我們說用2小時率放電，用符號“C/2”或“0.5C”表示。 若用1小時率的恒流放電，放完100Ah的電量，放電電流為100A，用符號“1C”表示。 所以放電倍率所表示的放電時間越短，即放電倍率就越高，放電電流越大,電性能,6、比能量和比功率 電池的輸出能量:是指在一定的放電條件下電池所能做出的電功，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積

20、，其單位常用瓦時(Wh )表示。 電池的比能量有兩種表示方法： 一種是質(zhì)量比能量，用瓦時/千克(Wh/kg )表示; 另一種是體積比能量，用瓦時/升(Wh/L)表示。 它是比較電池性能優(yōu)劣的重要指標。必須指出，單體電池和電池組的比能量是不一樣的，由于電池組合時總要有連接片、外部容器等，故電池組的比能量總是小于單體電池的比能量,電性能,6、比能量和比功率 電池的功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時間內(nèi)所放出的能量。其單位常用瓦(W)或千瓦(kW)表示。 電池的單位質(zhì)量或單位體積的功率稱為電池的比功率，它的單位是瓦/千克( W/kg)或瓦/升(W/L)。 如果一個電池的比功率較大，則表示在單位時間內(nèi)，單位質(zhì)量或單位體積中放出的能量較多，即表示該電池能用較大的電流放電。因此，電池的比功率也是評價電池性能優(yōu)劣的重要指標之一,貯存性能和自放