第十三章汽車電力驅(qū)動

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁第13章 汽車電力驅(qū)動跳轉(zhuǎn)到第一頁電池性能指標及類型電池性能指標及類型 電力驅(qū)動汽車類型電力驅(qū)動汽車類型混合動力汽車控制策略混合動力汽車控制策略 重重點點 跳轉(zhuǎn)到第一頁13.1 概述概述n化石能源資源有限，根據(jù)預(yù)測，未來石油可用年限僅40年、天然氣67年、煤炭 190年，而且化石能源會排放大量空氣污染物與溫室氣體，成為環(huán)境污染與溫室效應(yīng)元兇；核能則使用環(huán)境限制苛刻，必須提升能源使用效率并開發(fā)新能源，促進能源永續(xù)利用；n大氣污染，被稱為社會一大公害，越是交通發(fā)達的國家，由汽車尾氣排放的污染物越嚴重，根據(jù)檢測分析，汽車尾氣排放量已占大氣污染源的85%，治理大氣污染，減少汽車尾氣排放是重

2、中之重。 由于以上原因，電動汽車就應(yīng)運而生跳轉(zhuǎn)到第一頁電動汽車發(fā)展歷史電動汽車發(fā)展歷史n 一百多年來，電動汽車在汽車發(fā)展史中經(jīng)歷了三次一百多年來，電動汽車在汽車發(fā)展史中經(jīng)歷了三次重大機遇：重大機遇：n第一次發(fā)生在一百余年前。由于當時電池和電機的發(fā)展較內(nèi)燃機成熟，而且石油的運用還沒有普及，使電動汽車在早期的汽車領(lǐng)域中占有舉足輕重的位置。n但由于石油的大量開采和內(nèi)燃機的種種優(yōu)越性，直到上世紀70年代石油危機的爆發(fā)，又給了電動汽車第二次機遇，又一次被人矚目。n第三次機遇開始于若干年前，世界上除了已存在的能源問題之外，環(huán)境保護問題也逐漸成為了各個方面所關(guān)心重大課題，跳轉(zhuǎn)到第一頁電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀電動汽車

3、發(fā)展現(xiàn)狀n 2008北京奧運會期間在北京奧林匹克公園核心區(qū)域共投放了50多輛電動公共汽車。n2009年2月，國家出臺了關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣的通知，在全國13個城市以財政政策鼓勵在公交、出租、公務(wù)、環(huán)衛(wèi)和郵政等公共服務(wù)領(lǐng)域率先推廣使用節(jié)能與新能源汽車，對推廣使用單位購買節(jié)能與新能源汽車給予補助，如燃料電池轎車的最高補貼可達25萬元。n2010年6月，國家又出臺了關(guān)于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知，確定合肥、上海、長春、深圳、杭州五個城市為私人購買新能源汽車補貼試點工作城市。根據(jù)規(guī)定，試點城市居民私人購買新能源汽車，可以獲得最高6萬元的一次性補貼。n現(xiàn)今混合動力客車、電動客車已在

4、北京、上海、武漢、長春、合肥等地公交線路上試驗運行；國產(chǎn)的純電動轎車、混合動力轎車車型輩出，如長安杰勛混合動力轎車、奇瑞A5 BSG、比亞迪F3DM等。跳轉(zhuǎn)到第一頁國外電動汽車發(fā)展情況國外電動汽車發(fā)展情況公司公司車型車型投放時間投放時間現(xiàn)運行情況現(xiàn)運行情況豐田公司混合動力轎車（普銳斯）1997年批量投放20007出口北美20009出口歐洲二十多個國家至目前其全球銷量達到了50萬輛2012年該公司要將其所有的車型全部裝上混合動力發(fā)動機繼混合動力轎車之后，豐田還推出了（大霸王）混合動力汽車和搭載軟混合動力系統(tǒng)的（皇冠）轎車，其在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面走在了世界前列。本田

5、公司混合動力電動汽車（ 因賽特）混合動力汽車 （思域）2002年混合動力汽車（阿蒂瑪）2006年向美國市場銷售2010年日本國內(nèi)普及萬輛跳轉(zhuǎn)到第一頁電動汽車發(fā)展存在問題電動汽車發(fā)展存在問題n 技術(shù)方面n市場方面n使用環(huán)境方面跳轉(zhuǎn)到第一頁電力驅(qū)動汽車特點電力驅(qū)動汽車特點n 效率高n環(huán)境污染小n可使用多種能源n 噪音低n使用郵費低跳轉(zhuǎn)到第一頁混合動力電動汽車混合動力電動汽車電動汽車電動汽車 分分 類類純電動汽車純電動汽車燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車串聯(lián)式混合動力電動汽車串聯(lián)式混合動力電動汽車并聯(lián)式混合動力電動汽車并聯(lián)式混合動力電動汽車混聯(lián)式混合動力電動汽車混聯(lián)式混合動力電動汽車鉛酸電池型鉛酸電

6、池型鎳鎘電池型鎳鎘電池型 鎳氫電池型鎳氫電池型鋰離子電池型鋰離子電池型 維護型維護型 （現(xiàn)小巴車輛使用）（現(xiàn)小巴車輛使用）免維護型免維護型 堿性燃料電池（堿性燃料電池（AFC）質(zhì)子交換膜燃料電（質(zhì)子交換膜燃料電（PEMFC）磷酸燃料電池（磷酸燃料電池（PAFC）熔融碳酸燃料電池（熔融碳酸燃料電池（MCFC）固志氧燃料電池（固志氧燃料電池（SOFC） 電動汽車分類電動汽車分類跳轉(zhuǎn)到第一頁n 純電動汽車又稱蓄電池電動汽車，也稱二次電池電動汽車。純電動汽車有多種類型。n 1)常規(guī)型的純電動汽車，它用電動機代替內(nèi)燃機，仍保留內(nèi)燃機汽車中的變速器和差速器等動力傳輸裝置，仍具有較大的變速和變矩范圍。n 純

7、電動汽車純電動汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁n 2)無變速器和差速器的純電動汽車，它用兩個電動機分別驅(qū)動左右兩個輪子，解決轉(zhuǎn)彎行駛時不要差速器而實現(xiàn)雙輪差速驅(qū)動的矛盾。純電動汽車純電動汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁n 根據(jù)混合動力驅(qū)動的聯(lián)結(jié)方式，混合電動汽車主要分為串聯(lián)式混合電動汽車、并聯(lián)式混合電動汽車和混聯(lián)式混合電動汽車三類。 混合動力汽車混合動力汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁混合動力汽車混合動力汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁n 燃料電池汽車是一種使燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茯?qū)動的電動汽車，這種汽車要攜帶專用燃料，燃料在燃料電池中產(chǎn)生電能，然后帶動電動機驅(qū)動車輪。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁n 利用物質(zhì)的化學(xué)變化或物理變

8、化將其它能量轉(zhuǎn)化電能的裝置，叫做化學(xué)電池或物理電池。常用的鉛酸電池是化學(xué)電池，太陽能電池是物理電池。目前車用動力電池主要是化學(xué)電池。n 電動汽車與燃油汽車相比的缺點是:成本高、續(xù)駛里程短和充電時間長。這些都與能量或電能存儲技術(shù)沒有突破性進展直接相關(guān)。電動汽車所用動力電池的理想條件或研發(fā)方向應(yīng)該具有以下幾點：n （1）能一次提供足夠的能量，保證電動汽車有一定的行駛里程。n （2）能快速充電或補充能量，使補充能量的時間很短。n （3）重量輕，減少車載負荷。n （4）能持續(xù)穩(wěn)定的大電流放電，保證電動汽車的一定行駛速度。n （5）能短時大電流放電，保證電動汽車在加速、上坡時有足夠的動力。13.2 車用

9、動力電池車用動力電池跳轉(zhuǎn)到第一頁n1.容量n 電池的容量是指在一定的放電條件下，可以輸出的電量。常用安時容量（Ah）和瓦時容量（Wh）來表示。n 安時容量（Ah）：用電池輸出平均電流I與時間t的乘積來表示電池的容量，單位為安培小時，簡稱安時，用符號Ah表示，故稱安時容量。如一個80Ah的蓄電池，用2A電流對外供電，可以持續(xù)40小時，如用4A的電流對外供電，只能持續(xù)20小時。n 瓦時容量（Wh）：在分析電動汽車的能量利用效率時，也用輸出平均功率P與時間t的乘積來表示電池的容量，單位為瓦時，用符號Wh表示，故稱瓦時容量（Wh）。Wh容量可用Ah容量乘以放電平均電壓獲得。n車用動力電池的主要性能指標

10、車用動力電池的主要性能指標跳轉(zhuǎn)到第一頁n2.電動勢n 電池不對外放電時正極與負極之間的電位差稱為其電動勢，在汽車行業(yè)內(nèi)常稱為開路電壓，或簡稱電壓。n 不同的電池，電壓是不同的。如鉛酸蓄電池的電壓是2.1V，而鎳鎘蓄電池的電動勢是1.2V。n 3.能量密度（比能量）n 能量密度又稱比能量，常用比質(zhì)量能量和比體積能量來表示。n 比質(zhì)量能量：是指單位質(zhì)量的電池所能輸出的能量，單位為瓦時每千克或千瓦時每千克，用符號Wh/Kg或kWh/Kg表示。n 比體積能量：是指單位體積的電池所能輸出的能量，單位為瓦時每升或千瓦時每升，用符號Wh/L或kWh/L表示。n 汽車動力電池的比能量越大，相對重量就越輕，或體

11、積就越小，汽車充電后續(xù)駛里程就越長。跳轉(zhuǎn)到第一頁n4.功率密度（比功率）n 功率密度又稱比功率。是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的功率，分別稱為比質(zhì)量功率和比體積功率，單位分別常用W/kg、kW/kg或W/L、kW/L表示。n 汽車動力電池的比功率越大，汽車的加速性能和爬坡性能就越好，最高車速也越高。n5使用循環(huán)壽命n 二次電池經(jīng)歷一次充放電稱為一個周期或一次循環(huán)。n 二次電池在反復(fù)充放電的使用條件下，電池容量會逐漸下降，一般以電池的額定容量為標準，當電池容量降至其60%或80%時的充放電次數(shù)稱為循環(huán)壽命。n 電池的使用循環(huán)壽命除了與電池的類型有密切關(guān)系外，還與使用條件、使用方法和維護有密

12、切關(guān)系。跳轉(zhuǎn)到第一頁n6自放電n 在儲存過程中，電池蓄電容量會逐漸下降，其減少的容量與額定容量的比例，稱為自放電率。n 通常，環(huán)境溫度對其影響較大，過高溫度會加速電池的自放電。電池容量衰減（自放電率）的表達方法為：%/月。鎳鎘、鎳氫電池的自放電率為20-25%/月，鋰電池的自放電率為2-5%/月。跳轉(zhuǎn)到第一頁車用動力電池類型車用動力電池類型n鉛酸蓄電池n鎳鎘電池n鎳氫蓄電池n鈉硫蓄電池n鋰電池n鋅空氣電池n飛輪電池n燃料電池跳轉(zhuǎn)到第一頁n 汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機、驅(qū)動器和控制器組成，它們是汽車電力驅(qū)動的核心。n 汽車電力驅(qū)動和控制技術(shù)發(fā)展方向：n由有刷直流電動機驅(qū)動向無刷化、交流化方向發(fā)

13、展，如開發(fā)并應(yīng)用了開關(guān)磁阻電動機和永磁無刷電動機。n朝電動機與驅(qū)動器、控制器集成的機電一體化方向發(fā)展，構(gòu)成智能化的驅(qū)動控制系統(tǒng)。n由單個電動機驅(qū)動向兩個電動機驅(qū)動，后輪驅(qū)動向前輪驅(qū)動發(fā)展，進而以四個電動機驅(qū)動四輪的方向發(fā)展。n由帶齒輪減速器驅(qū)動向直接驅(qū)動方向發(fā)展，將外轉(zhuǎn)子電動機與車輪一體化設(shè)計，實現(xiàn)四輪直接驅(qū)動。n電動機、驅(qū)動器、控制器、電池以及電動汽車工況均由單片機集成控制，實現(xiàn)汽車驅(qū)動和控制向電子化方向發(fā)展。13.3 汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到第一頁n需要有4-5倍的過載以滿足短時加速行駛與最大爬坡時的要求。n最高轉(zhuǎn)速要達到在公路上巡航車速的4-5倍。n要求有高的功率密度和好的

14、效率圖，從而能夠降低車重，延長續(xù)駛里程。n為使多電動機協(xié)調(diào)運行，要求電動汽車驅(qū)動電動機可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好。n安裝于機動車上，處于空間小、溫差變化大、振動劇烈的惡劣環(huán)境中。汽車用驅(qū)動電動機汽車用驅(qū)動電動機跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁n 由于各種混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)上的差異，采用的動力控制策略也不盡相同，但其目的都是為了達到以下四個主要目標： n最佳的燃油經(jīng)濟性 n最低的排放 n最低的系統(tǒng)成本 n最好的驅(qū)動性能 混合動力汽車控制策略混合動力汽車控制策略跳轉(zhuǎn)到第一頁n啟動或低速行駛時 當汽車啟動時，僅使用由HV蓄電池提供能量的電動機的動力啟動，這時發(fā)動機并不運轉(zhuǎn)。因為發(fā)動機不能在低旋轉(zhuǎn)帶輸

15、出大扭矩，而電動機可以靈敏、順暢、高效地進行啟動。n一般行駛時 混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機，使它在能產(chǎn)生最高效功率的速度區(qū)域驅(qū)動。由發(fā)動機產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀況，部分動力被分配給發(fā)電機。由發(fā)電機產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電動機和輔助發(fā)動機。利用發(fā)動機和電動機這一雙重傳動系統(tǒng)，發(fā)動機產(chǎn)生的動力以最小消耗被傳向地面。puris混合動力汽車控制策略混合動力汽車控制策略跳轉(zhuǎn)到第一頁n全速行駛時 在需要強勁加速力（如爬陡坡及超車）時，HV蓄電池也提供電力，來加大電動機的驅(qū)動力。通過發(fā)動機和電動機雙動力的結(jié)合使用，TOYOTA油電混合動力系統(tǒng)得以實現(xiàn)與高一級發(fā)動機同等水平的強勁而流暢的加速性能。n減速行

16、駛時 在踩制動器和松油門時，混合動力系統(tǒng)使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動電動機運轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機使用。減速時通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進行再利用。n停車時 在停車時，發(fā)動機、電動機、發(fā)電機全部自動停止運轉(zhuǎn)，不會因怠速而浪費能量。當HV蓄電池的充電量較低時，發(fā)動機將繼續(xù)運轉(zhuǎn)，以給HV蓄電池充電。另外有時因與空調(diào)開關(guān)連動，發(fā)動機會仍保持運轉(zhuǎn)。puris混合動力汽車控制策略混合動力汽車控制策略跳轉(zhuǎn)到第一頁跳轉(zhuǎn)到第一頁人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說