電動汽車結(jié)構(gòu)原理及關(guān)鍵技術(shù)分析

1、純電動汽車結(jié)構(gòu)原理與關(guān)鍵技術(shù)分析 主編第一章電動汽車介紹第二章純電動汽車結(jié)構(gòu)、原理、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢第二章純電動汽車)對現(xiàn)代社會而言，純電動汽車不僅是一輛車，而且是實現(xiàn)清潔、高效道路運輸?shù)囊粋€全新的系統(tǒng)。)純電動汽車系統(tǒng)是一個便于和現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的智能系統(tǒng)，電動汽車的設(shè)計是工程和藝術(shù)的結(jié)合。)必須重新定義純電動汽車的工作條件和工況循環(huán)。4)必須對用戶對于純電動汽車的期望進行調(diào)研，這樣就能對用戶進行適當(dāng)?shù)挠嘘P(guān)純電動汽車知識的教育。第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成第二節(jié)純電動汽車的工作原理第三節(jié)典型的純電動汽車結(jié)構(gòu))對現(xiàn)代社會而言，純電動汽車不僅是一輛車，而且是實現(xiàn)清潔、高效道路運輸?shù)囊粋€全新的系統(tǒng)

2、。)純電動汽車系統(tǒng)是一個便于和現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的智能系統(tǒng)，電動汽車的設(shè)計是工程和藝術(shù)的結(jié)合。)必須重新定義純電動汽車的工作條件和工況循環(huán)。4)必須對用戶對于純電動汽車的期望進行調(diào)研，這樣就能對用戶進行適當(dāng)?shù)挠嘘P(guān)純電動汽車知識的教育。圖2-1純電動汽車基本結(jié)構(gòu)示意圖第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成1.機械子系統(tǒng)2.電力電子子系統(tǒng)3.信息子系統(tǒng)第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成圖2-2純電動汽車系統(tǒng)組成框圖第一節(jié)純電動汽車的系統(tǒng)組成表2-1純電動汽車系統(tǒng)組成分析1.機械子系統(tǒng)圖2-3底盤與車身分離式設(shè)計2.電力電子子系統(tǒng)圖2-4純電動汽車電力電子子系統(tǒng)示意圖1充電口2維修電路切換開關(guān)3動力電池4接觸器盒5高壓線

3、束6控制單元7電力電子單元8驅(qū)動電機9電動真空泵10變速器3.信息子系統(tǒng)第二節(jié)純電動汽車的工作原理一、電氣控制系統(tǒng)的工作原理二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理三、電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理一、電氣控制系統(tǒng)的工作原理圖2-5純電動汽車電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、電氣控制系統(tǒng)的工作原理圖2-6直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖一、電氣控制系統(tǒng)的工作原理圖2-7直流電機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理示意圖一、電氣控制系統(tǒng)的工作原理圖2-8交流電機驅(qū)動系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理1)車輪可以實現(xiàn)180的旋轉(zhuǎn)、橫向行駛、任意旋轉(zhuǎn)行駛。2)由于可以進行各車輪任意轉(zhuǎn)矩控制，所以使得防滑控制、制動控制等多種性能得以發(fā)揮。

4、3)輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺電機的容量變得小一些。4)低速大轉(zhuǎn)矩電機體積大又昂貴，所以近年來出現(xiàn)了減速器內(nèi)置的輪轂式電機。二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-9交流電機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理示意圖二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-10純電動汽車傳動系統(tǒng)布置的常規(guī)形式二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-11常規(guī)純電動汽車傳動裝置結(jié)構(gòu)圖1電機2螺栓3套筒4飛輪殼5飛輪6軸承7壓盤8離合器殼9螺栓10軸承11輸入軸12分離叉13分離套筒14離合器蓋15分離杠桿16從動盤二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-12固定速比減速器傳動系統(tǒng)(無離合器)二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-1

5、3固定速比減速器傳動系統(tǒng)(無離合器)應(yīng)用實例二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-14第三種傳動形式二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-15第三種傳動形式應(yīng)用實例二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-16雙電機-固定速比變速器一體化傳動系統(tǒng)二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-17雙電機驅(qū)動模式下的底盤結(jié)構(gòu)二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-18雙電機-固定速比變速器一體化輪邊驅(qū)動傳動系統(tǒng)二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-19雙輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)二、傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-20輪轂電機實物圖1)車輪可以實現(xiàn)180的旋轉(zhuǎn)、橫向行駛、任意旋轉(zhuǎn)行駛。2)由于可以進行各車輪任意轉(zhuǎn)矩控制，所以使得防滑控制、制動控制

6、等多種性能得以發(fā)揮。3)輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺電機的容量變得小一些。圖2-21輪轂電機結(jié)構(gòu)圖3)輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺電機的容量變得小一些。圖2-22兩種輪轂電機驅(qū)動方式內(nèi)部示意圖a)內(nèi)轉(zhuǎn)子型b)外轉(zhuǎn)子型3)輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺電機的容量變得小一些。圖2-23四輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)3)輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺電機的容量變得小一些。圖2-24橫向行駛和旋轉(zhuǎn)行駛示意圖(YONDEN PIVOT車型)3)輪轂電機的大型化較難，但是總功率依靠四臺電機分擔(dān)，可使每臺

7、電機的容量變得小一些。圖2-25低車地板軸a)傳統(tǒng)有差速器的結(jié)構(gòu)b)輪轂電機驅(qū)動方式4)低速大轉(zhuǎn)矩電機體積大又昂貴，所以近年來出現(xiàn)了減速器內(nèi)置的輪轂式電機。三、電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理1.動力電池組的設(shè)計及整車集成技術(shù)所涵蓋的內(nèi)容2.電子產(chǎn)品和電池管理系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容1.動力電池組的設(shè)計及整車集成技術(shù)所涵蓋的內(nèi)容(1)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，以滿足圖紙化制造的需求。(2)熱管理提高熱管理效率的設(shè)計。(3)電氣構(gòu)成傳感器的選擇，安全系統(tǒng)的設(shè)計，高、低壓電氣元器件的選擇和設(shè)計。(4)控制系統(tǒng)SOC算法的開發(fā)，電池管理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，整車控制策略的開發(fā)和優(yōu)化。(5)制造材料的選擇和成本的降低。(6)集成技

8、術(shù)整車集成，冷卻開發(fā)，車輛性能和燃油經(jīng)濟性的優(yōu)化調(diào)節(jié)。(1)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，以滿足圖紙化制造的需求。(2)熱管理提高熱管理效率的設(shè)計。(3)電氣構(gòu)成傳感器的選擇，安全系統(tǒng)的設(shè)計，高、低壓電氣元器件的選擇和設(shè)計。(4)控制系統(tǒng)SOC算法的開發(fā)，電池管理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，整車控制策略的開發(fā)和優(yōu)化。(5)制造材料的選擇和成本的降低。(6)集成技術(shù)整車集成，冷卻開發(fā)，車輛性能和燃油經(jīng)濟性的優(yōu)化調(diào)節(jié)。2.電子產(chǎn)品和電池管理系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容1)概念的界定和規(guī)范發(fā)展。2)電子電路板的設(shè)計與開發(fā)。3)SOC/SOH算法。4)電池控制功能。5)故障模式影響分析和危險性分析。6)診斷和預(yù)測，包括模擬故障響應(yīng)評估的

9、硬件在環(huán)仿真。(1)外箱體整體結(jié)構(gòu)(圖2-28)采用鋼板沖壓成形，外部作噴塑處理，內(nèi)部噴涂防火絕緣漆，為電池安裝提供一個防水、防火、通風(fēng)的空間。(2)內(nèi)箱體(圖2-29)提供電池單體、電池管理系統(tǒng)、高壓防護系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、快速更換接口等安裝和固定空間。1)概念的界定和規(guī)范發(fā)展。2)電子電路板的設(shè)計與開發(fā)。3)SOC/SOH算法。4)電池控制功能。5)故障模式影響分析和危險性分析。6)診斷和預(yù)測，包括模擬故障響應(yīng)評估的硬件在環(huán)仿真。圖2-26電池箱總體技術(shù)結(jié)構(gòu)a)電池內(nèi)箱體b)電池外箱體c)電池箱安全防護和管理系統(tǒng)d)電池箱面板結(jié)構(gòu)6)診斷和預(yù)測，包括模擬故障響應(yīng)評估的硬件在環(huán)仿真。圖2-27電

10、池箱整體(1)外箱體整體結(jié)構(gòu)(圖2-28)采用鋼板沖壓成形，外部作噴塑處理，內(nèi)部噴涂防火絕緣漆，為電池安裝提供一個防水、防火、通風(fēng)的空間。(2)內(nèi)箱體(圖2-29)提供電池單體、電池管理系統(tǒng)、高壓防護系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、快速更換接口等安裝和固定空間。圖2-28電池箱外箱體結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)箱體(圖2-29)提供電池單體、電池管理系統(tǒng)、高壓防護系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、快速更換接口等安裝和固定空間。圖2-29電池箱內(nèi)箱體結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)箱體(圖2-29)提供電池單體、電池管理系統(tǒng)、高壓防護系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、快速更換接口等安裝和固定空間。圖2-30錳酸鋰動力電池箱結(jié)構(gòu)(2)內(nèi)箱體(圖2-29)提供電池單體、電池管理系統(tǒng)、高

11、壓防護系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、快速更換接口等安裝和固定空間。圖2-31通用EV-1純電動汽車動力電池組的布置形式(2)內(nèi)箱體(圖2-29)提供電池單體、電池管理系統(tǒng)、高壓防護系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、快速更換接口等安裝和固定空間。圖2-32豐田和本田公司使用的鎳氫動力電池第三節(jié)典型的純電動汽車結(jié)構(gòu)一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車?？怂?二、完全開發(fā)的純電動汽車三、未來的純電動汽車技術(shù)一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車?？怂?(1)電機控制器及轉(zhuǎn)換裝置電機控制器監(jiān)視電機的位置、速度、功率和溫度等參數(shù)，利用這些信息和由駕駛?cè)税l(fā)出的加速踏板命令，電機控制器和逆變器將電池提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成3個用于精

12、確定時驅(qū)動的電機信號以完成對牽引電機的控制。(2)高壓空調(diào)壓縮機高壓空調(diào)系統(tǒng)是專為電動和混合動力汽車而設(shè)計應(yīng)用的，其能量直接從主電池獲取。(3)電控水冷管路電控水冷管為牽引電機、變換器和空調(diào)器進行冷卻。(4)牽引電機牽引電機承擔(dān)著將電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的作用。一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車?？怂?(5)電動助力轉(zhuǎn)向裝置是由汽油機版本?？怂估^承下來的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。(6)變速器電動汽車的變速器傳動裝置與傳統(tǒng)車輛中的傳動裝置作用相同，但是由于電機不同的高轉(zhuǎn)速特性和較高的效率及噪聲要求，在對電動汽車的變速器傳動裝置進行設(shè)計時，需要考慮不同的重點。(7)模塊化動力總成懸架相當(dāng)于傳統(tǒng)車輛的

13、發(fā)動機艙，將電動汽車各種子系統(tǒng)組建集成起來，并實現(xiàn)與車身的隔離。(8)電控真空泵真空泵向制動系統(tǒng)提供真空環(huán)境以對動力總成實現(xiàn)輔助。一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車?？怂?(9)高壓制冷/加熱裝置及控制器純電動汽車和混合動力汽車對所使用的加熱系統(tǒng)進行了特殊設(shè)計，使用了能量效率PTC技術(shù)對冷卻劑加熱并在加熱系統(tǒng)中進行循環(huán)。(10)整車控制單元(VCU)VCU將駕駛?cè)思败噧?nèi)各個獨立的系統(tǒng)與監(jiān)視器進行連接，同時根據(jù)汽車總成系統(tǒng)提供的各種參數(shù)對整車進行控制。(11)電池箱和電池單體整個電池箱由處于后排座椅后面和下面的兩個電池模塊組成，并包含有BMS(電池管理系統(tǒng))，對每個電池單體的溫度和電荷狀

14、態(tài)進行管理。一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車?？怂?(12)交流充電器交流充電器用于將來于電網(wǎng)的電力能源轉(zhuǎn)換為動力電池所需要的直流電，這樣就能在約6h的時間內(nèi)完成對動力電池的全狀態(tài)充電。(13)DC/DC轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換器可以使電動汽車的動力電池為車身電氣用電池提供12V的電壓。一、改裝式的純電動汽車(福特公司純電動汽車?？怂?圖2-33福特福克斯純電動汽車的結(jié)構(gòu)1電機控制器及轉(zhuǎn)換裝置2高壓空調(diào)壓縮機3電控水冷管路4牽引電機5電動助力轉(zhuǎn)向裝置6變速器7模塊化動力總成懸架8電控真空泵9高壓制冷-加熱裝置及控制器10整車控制單元11電池箱和電池單體12交流充電機13DC/DC轉(zhuǎn)換器(

15、1)電機控制器及轉(zhuǎn)換裝置電機控制器監(jiān)視電機的位置、速度、功率和溫度等參數(shù)，利用這些信息和由駕駛?cè)税l(fā)出的加速踏板命令，電機控制器和逆變器將電池提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成3個用于精確定時驅(qū)動的電機信號以完成對牽引電機的控制。(2)高壓空調(diào)壓縮機高壓空調(diào)系統(tǒng)是專為電動和混合動力汽車而設(shè)計應(yīng)用的，其能量直接從主電池獲取。(3)電控水冷管路電控水冷管為牽引電機、變換器和空調(diào)器進行冷卻。(4)牽引電機牽引電機承擔(dān)著將電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的作用。(5)電動助力轉(zhuǎn)向裝置是由汽油機版本?？怂估^承下來的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。(6)變速器電動汽車的變速器傳動裝置與傳統(tǒng)車輛中的傳動裝置作用相同，但是由于電機不同的高轉(zhuǎn)速特性和較

16、高的效率及噪聲要求，在對電動汽車的變速器傳動裝置進行設(shè)計時，需要考慮不同的重點。(7)模塊化動力總成懸架相當(dāng)于傳統(tǒng)車輛的發(fā)動機艙，將電動汽車各種子系統(tǒng)組建集成起來，并實現(xiàn)與車身的隔離。(8)電控真空泵真空泵向制動系統(tǒng)提供真空環(huán)境以對動力總成實現(xiàn)輔助。(9)高壓制冷/加熱裝置及控制器純電動汽車和混合動力汽車對所使用的加熱系統(tǒng)進行了特殊設(shè)計，使用了能量效率PTC技術(shù)對冷卻劑加熱并在加熱系統(tǒng)中進行循環(huán)。(10)整車控制單元(VCU)VCU將駕駛?cè)思败噧?nèi)各個獨立的系統(tǒng)與監(jiān)視器進行連接，同時根據(jù)汽車總成系統(tǒng)提供的各種參數(shù)對整車進行控制。(11)電池箱和電池單體整個電池箱由處于后排座椅后面和下面的兩個電池

17、模塊組成，并包含有BMS(電池管理系統(tǒng))，對每個電池單體的溫度和電荷狀態(tài)進行管理。(12)交流充電器交流充電器用于將來于電網(wǎng)的電力能源轉(zhuǎn)換為動力電池所需要的直流電，這樣就能在約6h的時間內(nèi)完成對動力電池的全狀態(tài)充電。(13)DC/DC轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換器可以使電動汽車的動力電池為車身電氣用電池提供12V的電壓。圖2-34純電動汽車?？怂箤嵨飯Da)整車實物圖b)電池艙布置圖c)底盤結(jié)構(gòu)二、完全開發(fā)的純電動汽車1.通用EV1/EV2系列純電動汽車2.本田EV-plus純電動汽車3.奧運純電動大客車1.通用EV1/EV2系列純電動汽車(1)整車技術(shù)和設(shè)計EV1純電動汽車不僅是用來展示的電動動力系統(tǒng)

18、，而且還擔(dān)任了技術(shù)首演的任務(wù)，后來開發(fā)的純電動汽車大多采用了同樣的模型和概念。(2)傳動系統(tǒng)這款車使用的三相交流異步電機可以在7000r/min時產(chǎn)生137hp(102kW)的功率。(3)動力電池通用汽車公司1996年發(fā)布的EV1純電動汽車使用鉛蓄電池，質(zhì)量為3086lbf(1400kg)。(1)整車技術(shù)和設(shè)計EV1純電動汽車不僅是用來展示的電動動力系統(tǒng)，而且還擔(dān)任了技術(shù)首演的任務(wù)，后來開發(fā)的純電動汽車大多采用了同樣的模型和概念。圖2-35通用EV1電動汽車的結(jié)構(gòu)(2)傳動系統(tǒng)這款車使用的三相交流異步電機可以在7000r/min時產(chǎn)生137hp(102kW)的功率。(3)動力電池通用汽車公司1

19、996年發(fā)布的EV1純電動汽車使用鉛蓄電池，質(zhì)量為3086lbf(1400kg)。2.本田EV-plus純電動汽車1)前/后輪距：59.1 in/58.7in(1.50m/1.49m)。2)傳動系：前輪驅(qū)動。3)乘客數(shù)：4。4)電壓：288V。5)電機：直流無刷。6)功率：49kW(66hp)。7)電池：12V鎳氫電池模塊。8)充電時間：68h。9)加速性能：4.9s(030mile/h)。10)最大速度：80mile/h(130km/h)。11)續(xù)駛里程：100mile，即160km(80放電)。2.本田EV-plus純電動汽車圖2-36本田EV-plus純電動汽車結(jié)構(gòu)視圖2.本田EV-pl

20、us純電動汽車圖2-37本田EV-plus純電動汽車局部結(jié)構(gòu)圖2.本田EV-plus純電動汽車圖2-38EV-plus純電動汽車動力艙內(nèi)實物圖1)前/后輪距：59.1 in/58.7in(1.50m/1.49m)。2)傳動系：前輪驅(qū)動。3)乘客數(shù)：4。4)電壓：288V。5)電機：直流無刷。6)功率：49kW(66hp)。7)電池：12V鎳氫電池模塊。8)充電時間：68h。9)加速性能：4.9s(030mile/h)。10)最大速度：80mile/h(130km/h)。11)續(xù)駛里程：100mile，即160km(80放電)。3.奧運純電動大客車(1)整車概述BK6122EV型純電動客車(圖2

21、-39)整車動力性、可靠性、安全性、能耗經(jīng)濟性均較好，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)；BK6122EV型純電動客車整車造型設(shè)計獨特，內(nèi)飾美觀高雅，舒適性高，采用專用電動化低地板底盤，整車達到發(fā)動機客車超二級相關(guān)要求，并解決了與無軌電車電網(wǎng)兼容的電-電混合的關(guān)鍵技術(shù)；該車在國際上首次使用先進的鋰離子動力電池組、分散式充電快速更換方案、無離合器3檔機械自動變速電驅(qū)動系統(tǒng)、電動渦旋式一體化冷暖空調(diào)器等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵部件，綜合技術(shù)水平和產(chǎn)品化程度高，整車能耗低。(2)整車布置BK6122EV型純電動客車采用動力裝置后置、后輪驅(qū)動形式。3.奧運純電動大客車(3)整車技術(shù)方案(圖2-41)3.奧運純電動大

22、客車圖2-39BK6122EV型純電動大客車外形(1)整車概述BK6122EV型純電動客車(圖2-39)整車動力性、可靠性、安全性、能耗經(jīng)濟性均較好，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)；BK6122EV型純電動客車整車造型設(shè)計獨特，內(nèi)飾美觀高雅，舒適性高，采用專用電動化低地板底盤，整車達到發(fā)動機客車超二級相關(guān)要求，并解決了與無軌電車電網(wǎng)兼容的電-電混合的關(guān)鍵技術(shù)；該車在國際上首次使用先進的鋰離子動力電池組、分散式充電快速更換方案、無離合器3檔機械自動變速電驅(qū)動系統(tǒng)、電動渦旋式一體化冷暖空調(diào)器等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵部件，綜合技術(shù)水平和產(chǎn)品化程度高，整車能耗低。(2)整車布置BK6122EV型純電動客車采用動力裝置后置、后輪驅(qū)動形式。圖2-40BK6122EV型純電動大客車整車布置形式a)正視圖b)側(cè)視圖c)座椅布置圖(2)整車布置BK6122EV型純電動客車采用動力裝置后置、后輪驅(qū)動形式。圖2-41BK6122EV型純電動客車整車技術(shù)方案(3)整車技術(shù)方案(圖2-41)1)先進的超低地板結(jié)構(gòu)。2)先進的能量源和動力驅(qū)動系統(tǒng)。3)兼容無軌電車的電-電混合方案。 在車頂上預(yù)留無軌電車座圈結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，車頂預(yù)埋高壓線路、低壓控制線路、通信線路。 按照無軌電車的技術(shù)要求，整車高壓部件和車身保證連接的二級絕緣。 整車尺寸參數(shù) 整車質(zhì)量參數(shù) 整車主要性能參數(shù)如下所述。1