電動汽車-電機及控制器ppt課件

1、第二章 純電動汽車動力系統(tǒng)匹配關鍵部件選型要求電機及其控制器.2.0.3 根本組成1.車載電源2.電池管理系統(tǒng)3. 驅動電動機4. 控制系統(tǒng)5. 車身及底盤6. 平安維護系統(tǒng).2.0.3 根本組成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的關鍵配備，儲存的電能、質量和體積，對EV性能起決議性影響，也是開展EV的主要研討和開發(fā)對象。 EV開展的癥結在于電池，電池技術對EV的制約依然是EV開展的瓶頸。 建立充電站系統(tǒng)、報廢電池回收和處置工廠，是推行EV的關鍵問題。.2.0.3 根本組成1. 車載電源開展 (1)第一代EV電池：鉛酸電池 優(yōu)點：技

2、術成熟，本錢低。 缺陷：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，但進一步開展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，使鉛酸電池的比能量有所提高。 .2.0.3 根本組成1. 車載電源開展 (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。 缺陷：有些高能電池需求復雜的電池管理系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，各種電池對充電技術有不同要求。而且電化學電池中的活性物質在運用一定的期限后，會老化蛻變以致完全喪失充電和放電功能而報廢，從而使EV的運用本錢高。.2.0.3 根本

3、組成1. 車載電源開展 (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換的電池。 超級電容器是電能電位能電能轉換的電池。 這兩種儲能器在實際上都具有很大的轉換才干，而且充電和放電方便迅速，但尚處于研制階段。.2.0.3 根本組成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任務的獨一動力電源。 空調系統(tǒng)的空壓機，動力轉向系統(tǒng)的油泵和制動系統(tǒng)的真空泵等，也需求動力電池組提供動力電能。低壓電源 動力電池組經(jīng)過DC/DC轉換器，供應12V或24V低壓電，并儲存到低壓電池組中，作為儀表、照明和信號安裝等任務的電源。.2.0.3 根本組成2.電

4、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、再生制動反響電流、電池溫度等進展控制。 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展監(jiān)控，堅持各個單體電池間的一致性。充電 動力電池組必需進展周期性的充電。高效率充電安裝和快速充電安裝，是EV運用時所必需的輔助設備?？刹捎玫孛娉潆娖鳌④囕d充電器、接觸式充電器或感應充電器等進展充電。.2.0.3 根本組成3. 驅動電動機驅動電動機是驅動EV行駛的獨一動力安裝。類型 直流電動機、交流電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機等。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

5、可實現(xiàn)再生制動，普通可回收10%15%的能量，有利于延伸EV行駛里程。 在EV制動系統(tǒng)中，還保管常規(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 根本組成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換為電信號，輸入中央控制器，經(jīng)過動力控制模塊控制驅動電動機運轉。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)的電子、電器安裝進展控制。采用各種各樣的傳感器、報警安裝和自診斷安裝等，對整個動力電池組功率轉換器驅動電動機系統(tǒng)進展監(jiān)控并及時反響信息和報警。.2.0.3 根本組成5. 車身及底盤車身 EV

6、車身外型特別注重流線型,以降低空氣阻力系數(shù)。底盤 由于動力電池組的質量大，為減輕整車質量，采用輕質資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，并且要求線路銜接、充電、檢查和裝卸方便，可以實現(xiàn)動力電池組的整體機械化裝卸。.2.0.3 根本組成6. 平安維護系統(tǒng)高壓平安 動力電池組具有高壓直流電，必需設置平安維護系統(tǒng)，確保駕駛員、乘員和維修人員在駕駛、乘坐和維修時的平安。缺點處置 必需配備電氣安裝的缺點自檢系統(tǒng)和缺點報警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生缺點時自動控制EV不能起動等，及時防止事故的發(fā)生。.2.0.3 根本組成小結支配：在支配安裝和支配方法上承

7、繼或沿用內燃機汽車主要的支配安裝和支配方法，順應駕駛員的操作習慣，使操作簡單化和規(guī)范化?？刂疲涸贓V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)，到達平安、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈敏的目的。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換系統(tǒng)和高效率的驅動電動機，提高電動機和驅動系統(tǒng)的效率。車身和底盤：采用流線型車身，降低迎風面積和空氣阻力系數(shù)。采用輕金屬資料、高強度復合資料和新型EV公用車身和底盤構造，實現(xiàn)車身和底盤的輕量化，減輕整備質量。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，延伸行駛里程。.2.0.4 關鍵技術1. 驅動電動機的選擇及功

8、率匹配電動機應具有良好的轉矩轉速特性，普通具有600015000r/min的轉速。根據(jù)車輛行駛工況，驅動電動機可以在恒轉矩區(qū)和恒功率區(qū)運轉。驅動電動機應經(jīng)常堅持在高效率范圍內運轉。在低速大轉矩恒轉矩區(qū)運轉范圍內效率在0.750.85之間，在恒功率運轉范圍內效率在0.80.9之間。.2.0.4 關鍵技術2. 動力電池組的選擇與特性3. 減速器傳動比確實定由于電動機的轉速高，不能直接驅動車輛的車輪，通常在驅動系統(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置倒檔齒輪，倒車是靠電動機的反轉來實現(xiàn)。.2.0.4 關鍵技術4. 控制系統(tǒng)的設計目的：延伸續(xù)駛里程續(xù)駛里程 續(xù)駛里程

9、指電動汽車從動力蓄電池全充溢形狀開場到規(guī)范規(guī)定的實驗終了時所走過的里程。采用工況法按照一定的工況反復地循環(huán)行駛，是EV測定續(xù)駛里程的根本方法。 我國公布的GB/T 183862001適用于EV最大總質量3500kg ，最高車速 70km/h的EV。.2.0.4 關鍵技術4. 控制系統(tǒng)的設計延伸續(xù)駛里程的方法 選用高比能量的電池。 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)的電能耗費，對空調、動力轉向等進展自動控制。 設計新EV時，在外型、構造、資料和配件方面，應使G, f 和 CD等盡量降低。.2.0.5 開展趨勢當前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)?/p>

10、降低對動力性能、最高車速和續(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在運用。如日本豐田汽車公司E-com微型電動轎車和日產汽車公司的Hypermini微型電動轎車。Nissan Hypermini(2000).2.1 電動汽車驅動系統(tǒng) 2.1.1 組成和構造方式 2.1.2 傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng) 2.1.3 簡化的傳統(tǒng)驅動系統(tǒng) 2.1.4 電動機驅動橋整體式 驅動系統(tǒng) 2.1.5 雙電動機驅動系統(tǒng) 2.1.6 內轉子電動輪驅動系統(tǒng) 2.1.7 外轉子電動輪驅動系統(tǒng).2.1.1 組成和構造方式組成動力電池組驅動電動機傳動系統(tǒng)驅動輪控制安裝驅動系統(tǒng)構造方式 傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng) 簡化的傳統(tǒng)驅動系

11、統(tǒng) 電動機驅動橋整體式驅動系統(tǒng) 雙電動機驅動系統(tǒng) 內轉子電動輪驅動系統(tǒng) 外轉子電動輪驅動系統(tǒng).2.1.2 傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng)電動機替代發(fā)動機。依然采用內燃機汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅動橋等總成。有電動機前置、驅動橋前置(F-F)，電動機前置、驅動橋后置(F-R)等各種驅動方式。構造復雜，效率低，不能充分發(fā)揚電動機的性能。M電動機C離合器GB變速器D差速器.2.1.1 組成和構造方式組成動力電池組驅動電動機傳動系統(tǒng)驅動輪控制安裝驅動系統(tǒng)構造方式 傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng) 簡化的傳統(tǒng)驅動系統(tǒng) 電動機驅動橋整體式驅動系統(tǒng) 雙電動機驅動系統(tǒng) 內轉子電動輪驅動系統(tǒng) 外轉子電動輪驅動系統(tǒng).2.1.2

12、 傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng)電動機替代發(fā)動機。依然采用內燃機汽車的傳動系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動軸和驅動橋等總成。有電動機前置、驅動橋前置(F-F)，電動機前置、驅動橋后置(F-R)等各種驅動方式。構造復雜，效率低，不能充分發(fā)揚電動機的性能。M電動機C離合器GB變速器D差速器.經(jīng)典汽車設計實際推導車輛行駛平衡方程.驅動方程驅動系統(tǒng)的動力輸出特性與車輛的動力性能直接相關。驅動系統(tǒng)的動力輸出應該滿足車輛的動力性要求。在設計電動汽車驅動系統(tǒng)時，為了使電動汽車到達要求的動力性能目的，首先必需建立電動汽車的力學模型，對電動汽車行駛過程中力與功率的平衡進展分析，以得到電動汽車的需求特性場。.主要部件選型設計純電動

13、汽車首先要進展選型設計，除了車型選擇外，電機類型與其性能參數(shù)、電池類型與其性能參數(shù)、控制方式的選擇、電池數(shù)量的選擇等都是首先要確定的。1電機功率的選擇.主要部件選型電機功率的選擇將對電動汽車的動力性和經(jīng)濟性有著重要的影響。對于純電動汽車用電機，在選擇電機的功率時還要思索以下幾個要素:a、最高車速。電機的功率必需能滿足電動汽車最高車速的功率要求，以保證汽車在良好路面和空載情況下，能獲得較高的行駛速度。b、加速性能。電機的功率越大，那么電動汽車的后備功率就越多，從而其加速性能越好。但過多的后備功率又會添加純電動汽車不用要的能量耗費。c、由于汽車的行駛工況較為復雜，需求電機具有一定的過載才干，即能接

14、受較大的過載電流，能發(fā)出高于額定轉矩2倍以上的轉矩。3-5倍.主要部件選型2 電機、電池電壓的選擇在選擇了電機和電池的類型后，就要確定電機的額定電壓和電池的電壓。在電機功率一定的情況下，電壓越高，電流越低，線路功率損失就越小，電池以小電流放電時，可獲得較大的容量。但電壓過高，又影響電子元器件的性能和平安。.主要部件選型3電池容量選擇眾所周知，目前影響電動汽車商品化和適用化進程的關鍵要素是電動汽車的續(xù)駛里程和電池的運用性能(包括電池的充電時間、平安性、價錢和運用壽命等)。在選擇電池的容量時，既要滿足汽車的續(xù)駛里程的設計要求，又要思索整車的空間構造和底盤承載才干。由于選擇電池容量過大，電池組所儲存

15、的電能越多，續(xù)駛里程相應延伸，但電池組的分量添加，整車的整備質量添加，導致行駛阻力也添加，反過來又影響純電動汽車的續(xù)駛里程。.主要部件選型4傳動系的傳動比的選擇汽車在行駛過程中，經(jīng)過一定的傳動比來滿足不同行駛工況的需求。傳動比起到減速增矩的作用。雖然電機普通都具有較寬的調速范圍，但在純電動汽車的設計過程中要選擇合理的傳動比，一方面滿足不同工況要求，另一方面使得電機在不同工況運轉時，盡量處于高效率范圍內，以獲得較高的轉化效率，減小功率損失。.電機及其控制器電動機的根本要求電機的驅動曲線圖分析常用電機常用控制構造和控制方法.電動汽車用電動機的根本要求采用大功率的電動機來驅動電動汽車與采用小功率的電

16、動機相比，具有電阻小、效率高、比能耗低、動力性能好等優(yōu)點。在確定電動汽車所采用的電動機時，其性能必需充分滿足電動汽車不同行駛工況的要求。因此其性能要求有: 1、要有較大的起動轉矩來保證電動汽車的良好的起動和加速性能; 爬坡、頻繁啟/停的要求,通常電機的過載系數(shù)應達34。 2、要有較寬的恒功率范圍，保證電動汽車具有高速行駛的才干，電動機的過載系數(shù)應到達2-3倍;.電動汽車用的電動機的根本要求 3、要有較大范圍的調速功能，在低速時具有較大的轉矩，在高速時具有高功率，可以根據(jù)駕駛員對加速踏板的控制，隨即地調整電動汽車的行駛速度和相應的驅動力; 4、具有良好的效率特性,在較寬的轉速/轉矩范圍內,獲得最

17、優(yōu)的效率,提高一次充電后的繼續(xù)行駛里程,普通要求在典型的駕駛循環(huán)區(qū),獲得85%93%的效率。 5、再生制動時的能量回收率高。 6電動機的外形尺寸要求盡能夠小，質量盡能夠輕; 7電動機的可靠性好，耐溫暖耐潮性能強，可以在較惡劣的環(huán)境下長期任務，運轉時噪音低，維修方便。 8 價錢低 .電動車驅動力與行駛阻力平衡圖.1994年美國通用汽車公司向重慶電機廠定購電動汽車用50kW交流感應電機時，提出的電機必需滿足的轉矩特性圖.電機及其控制技術 純電動汽車是利用電動機將電能轉化為機械能來實現(xiàn)驅動的。電機的種類多、用途廣、功率覆蓋面非常大。車輛行駛的路面工況較復雜，所以作為電動汽車用的電動機的功率必需求順應

18、這種復雜工況的要求。對于不同的電機，采用的控制實際不同，其控制方法也各異。.控制構造圖.直流電機一規(guī)范斬波驅動系直流電機構造簡單，技術成熟，具有交流電動機所不可比較的優(yōu)良電磁轉矩控制特性，直到20世紀80年代中期，仍是國內外電動汽車用電機的主要研發(fā)對象。但是，直流電動機價錢高、體積和質量，因此在電動汽車上的運用遭到了限制。.2.2.3 直流電機分類 永磁直流電機 勵磁繞組直流電機它勵并勵串勵(多用于電動車)復勵.2.2.3 直流電機優(yōu)點 具有優(yōu)良的電磁轉矩控制特性，控制安裝簡單、價廉。缺陷 效率較低、質量大、體積大、可靠性低(有換向器和電刷).控制系統(tǒng) 斬波器是在直流電源與直流電機之間的一個周

19、期性的通斷開關安裝。一象限直流斬波控制直流斬波器控制下的輸出電壓PWM.2.2.4 感應電機分類 繞線式感應電機 鼠籠式感應電機：多用于電動車優(yōu)點 效率高、構造簡單、堅實可靠、免維護、體積小、分量輕、易于冷卻(可直接向定子和轉子噴油)、壽命長、能有效的實現(xiàn)再生制動等 ?？刂品椒?脈沖寬度調理(PWM)；變頻變壓調理(VFVV)；矢量控制調理(VC)；直接轉矩控制(DSC).2.2.5 永磁電機優(yōu)點 高質量比功率，高效率等。缺陷 控制系統(tǒng)復雜，本錢高，功率范圍較小等。.永磁同步電機驅動系永磁無刷電動機可以分為由方波驅動的無刷直流電動機系統(tǒng)(BLDCM)和由正弦波驅動的無刷直流電動機系統(tǒng)(PMSM)，其中以永磁同步電機運用最為廣泛目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電機。如豐田的Prius混聯(lián)汽車。它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應電機根本一樣，因此在電動汽車上得到了廣泛的運用，是當前電動汽車公用電動機的研發(fā)熱點。BLDC