電動汽車技術(shù)課件

第五部分電動汽車技術(shù)電動汽車是以電池為動力源，全部或部分由電機驅(qū)動，集中了機、電、化等各學(xué)科領(lǐng)域的高新科技，是汽車、電力拖動、功率電子、自動化控制、化學(xué)能源、計算機、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。發(fā)展電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括整車技術(shù)、電池技術(shù)、驅(qū)動電機及其控制技術(shù)、整車控制技術(shù)、電動車充電技術(shù)和燃料電池技術(shù)。按照目前技術(shù)狀態(tài)和車輛驅(qū)動原理，電動汽車分為混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（PEV）和燃料電池電動汽車(FCEV)三種類型。

純電動汽車

插電式混合動力電動汽車電動汽車 混合動力電動汽車

非插電式混合動力電動汽車

燃料電池電動汽車電動汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理電動汽車的基本結(jié)構(gòu)：電子驅(qū)動系統(tǒng)由電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電機、機械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成；能源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成；輔助控制子系統(tǒng)具有動力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動力供給等功能。電動汽車工作過程：根據(jù)從制動踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電機和電源之間的功率流。當(dāng)電動汽車制動時，再生制動的動能被電源吸收，此時功率流的方向是反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電機一同控制充電并監(jiān)測電源的使用情況。輔助動力供給系統(tǒng)供給電動汽車輔助系統(tǒng)不同等級的電壓并提供必要的動力，他主要給動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動及其他輔助裝置提供動力。電動汽車主要部件：1.電力驅(qū)動系統(tǒng)：1）作用：電力驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟部分，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。其主要任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效的將蓄電池的能量轉(zhuǎn)化成為車輪的動能，或者制動時將車輪的動能反饋到蓄電池中。2）組成：純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要由中央電子控制器、驅(qū)動電動機、電動機逆變器、各種傳感器（加速踏板位置傳感器、制動踏板開關(guān)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等）、機械傳動裝置（變速器和差速器）和車輪等組成。

3）工作原理：電力驅(qū)動控制系統(tǒng)以駕駛?cè)说牟僮鳎ㄖ饕且约铀偬ぐ逦恢玫牟僮鳎檩斎耄?jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)電子控制器的變換后，輸出轉(zhuǎn)矩給定值提供給電動機逆變器，電動機逆變器控制驅(qū)動電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，從而使電動汽車以駕駛?cè)祟A(yù)期的狀態(tài)行駛。當(dāng)電子控制器同時收到制動和加速信號，則以制動信號優(yōu)先。其中，最關(guān)鍵的是電動機逆變器，電動機逆變器的主要功能是調(diào)節(jié)動力電動機和動力電池之間的電流頻率和幅值，使其達(dá)到匹配，將動力電池的直流電逆變成交流電提供給驅(qū)動電動機，將電能轉(zhuǎn)換成機械能，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪，使電動汽車行駛。2.電源：電源為電動汽車的驅(qū)動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉(zhuǎn)化成機械能。目前制約電動汽車快速發(fā)展的關(guān)鍵因素是動力蓄電池技術(shù)。應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但其能量低，充電速度慢，壽命短等缺點逐漸被新型蓄電池所代替。正在發(fā)展的電源有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等。燃料電池：單獨的燃料電池堆是不能發(fā)電并用于汽車上的，它必須和燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)及能使上述各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的控制系統(tǒng)組成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，簡稱燃料電池系統(tǒng)。燃料電池的結(jié)構(gòu)：燃料電池系統(tǒng)主要由燃料電池組、輔助裝置和關(guān)鍵設(shè)備組成。其中輔助裝置和關(guān)鍵設(shè)備主要包括：燃料和燃料存儲器（包括碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化的重整器）、氧化劑和氧化劑存儲器、供給管道系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（包括氣體輸送泵、熱交換器、氣體分離和凈化裝置）、水和熱管理系統(tǒng)。燃料電池的分類：離子膜氫氧燃料電池：用陽離子交換膜作電解質(zhì)的酸性燃料電池,現(xiàn)代采用全氟磺酸膜。電池放電時,在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,但離子交換膜內(nèi)阻較大,放電電流密度小。培根型燃料電池：屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極(內(nèi)外層孔徑不同)，加鉑作催化劑。電解質(zhì)為80%～85%的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度(204～260°C)下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動和停機需較長的時間（起動需24小時，停機17小時）。燃料電池的分類：

石棉膜燃料電池：也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器,構(gòu)成氣室,封裝成單體電池。放電時在氫電極一邊生成水,可以用循環(huán)氫的辦法排出,亦可用靜態(tài)排水法。這種電池的起動時間僅15分鐘，并可瞬時停機。燃料電池的工作原理：燃料電池更類似于汽油或柴油發(fā)動機，它的燃料（主要是氫氣）氧化劑（純氧氣或空氣）不是存儲在電池內(nèi)部，而是在電池外的儲存罐中，當(dāng)電池發(fā)電時，需連續(xù)不斷的向電池內(nèi)部輸送燃料和氧化劑，并排出反應(yīng)產(chǎn)物水。確切的說，燃料電池是一個氫氧發(fā)電裝置，它最大的特點是反應(yīng)過程不涉及燃燒，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%以上，并無污染物產(chǎn)生。燃料電池電化學(xué)反應(yīng)原理負(fù)極：H2+

2OH-

→

2H2O+

2e-正極：1/2O2

+

H2O

+

2e-

→

2OH-電池反應(yīng)：H2

+

1/2O2==

H2O燃料電池與蓄電池相比有以下優(yōu)缺點：（1）潔凈、安全。排放基本達(dá)到零，屬于“超低污染”。（2）節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。（3）多燃料系統(tǒng)。（4）運行功率高。（5）無振動和噪聲且壽命長。（6）結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)。（7）燃料種類單一。（8）要求高質(zhì)量的密封。（9）價格高。（10）需要配備輔助電池系統(tǒng)。3.驅(qū)動電動機：驅(qū)動電動機的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化成機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪工作的裝置。由于蓄電池提供的是直流電源，因此直流電動機最早被電動汽車所應(yīng)用。但直流電動機由于存在換向火花，功率小，效率低，維修保養(yǎng)工作量大的缺點，逐漸被交流感應(yīng)電動機、永磁電動機或開關(guān)磁阻電動機所取代。驅(qū)動電機基本類型目前電動汽車用電動機主要有直流電動機（DCM）、開關(guān)磁阻電動機（SRM）、感應(yīng)電動機（IM）、永磁無刷電動機（PMBLM）4類。電動汽車的驅(qū)動形式電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置取決于電機驅(qū)動系統(tǒng)的形式，常見的驅(qū)動系統(tǒng)布置形式有：1.傳統(tǒng)驅(qū)動模式：2.電機—驅(qū)動橋組合式驅(qū)動模式：3.電動機—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動模式：4.輪轂電機驅(qū)動模式：1.傳統(tǒng)驅(qū)動模式：

與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置方式一致，帶有變速器和離合器，只是將發(fā)動機換成電機，屬于改造型電動汽車。這種布置可以提高電動汽車的起動轉(zhuǎn)矩，增加低速時電動汽車的后備功率。這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式有電動機前置-驅(qū)動橋前置（F-F）、電動機前置-驅(qū)動橋后置（F-R）等驅(qū)動模式。但是，這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低，不能充分發(fā)揮驅(qū)動電動機的性能。

2.電機—驅(qū)動橋組合式驅(qū)動模式：

這種模式的優(yōu)點是可以繼續(xù)沿用燃油發(fā)動機汽車中的動力傳動裝置，只需要一組電機和逆變器。這種方式對電機的要求較高，不僅要求電機具有較高的起動轉(zhuǎn)矩，還要求其具有較大的后備功率，以保證電動汽車的起動、爬坡、加速和超車等動力性。3.電動機—驅(qū)動橋整體式驅(qū)動模式：

將電機裝到驅(qū)動軸上，直接由電機實現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換。這種傳動方式同樣對電機有較高的要求，要求其有大起動轉(zhuǎn)矩和后備功率，同時還要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度和可靠性。

4.輪轂電機驅(qū)動模式：

這種電動機直接驅(qū)動車輪的形式，要求電動機具有較高的起動轉(zhuǎn)矩，較大的后備功率，豐田公司研發(fā)的輪轂電機實物圖。

4.再生制動系統(tǒng)電動汽車的再生制動，就是利用電機的電氣制動產(chǎn)生反向力矩使車輛減速或停車。對于感應(yīng)電機來說，電氣制動有反接制動、直流制動和再生制動等。其中，能實現(xiàn)將剎車過程中能量回收的只有再生制動，其本質(zhì)是電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率超過電機的電源頻率，電機工作于發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉(zhuǎn)化為電能通過逆變器的反向續(xù)流二極管給電池充電。1.再生制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車的制動系統(tǒng)相比，電動汽車具有再生制動系統(tǒng)。通常，再生制動系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了蓄電池、電機、扭矩合成器、再生制動控制器、電機控制器等，同時在每個車輪上還分別安裝了輪速傳感器以測量車輪轉(zhuǎn)速。典型再生制動系統(tǒng)示意圖2.再生制動系統(tǒng)的工作過程：踩下制動踏板，再生制動控制器與電機控制器協(xié)同工作，對電動汽車的再生制動力矩和前后車輪的液壓制動力矩進行分配。電動液壓泵使制動管路壓力升高，產(chǎn)生需要的液壓制動力。再生制動時，再生制動控制器控制電機以發(fā)電機狀態(tài)工作，回收制動能量并反饋到蓄電池中，以便在驅(qū)動模式工作時蓄電池中的電能通過電機控制器供應(yīng)給電機。ABS調(diào)節(jié)機構(gòu)有兩個高壓蓄能器和兩個低壓蓄能器，其中高壓蓄能器在保壓模式下蓄存由液壓泵輸送的高壓制動液，低壓蓄能器主要是為了減小在增減壓工作模式切換時產(chǎn)生的壓力波動，這種波動現(xiàn)象在車輪發(fā)生抱死現(xiàn)象時尤為明顯。電動汽車的使用與維護保養(yǎng)電動汽車的使用及注意事項：電動汽車的合理使用方法：（1）正確掌握充電時間：（2）保護好充電器（3）定期深放電（4）避免充電時插頭發(fā)熱（5）嚴(yán)禁存放時虧電（6）避免大電流放電（7）電動汽車的正確清洗電動汽車的維護和保養(yǎng)注意事項：維護保養(yǎng)安全堅持“以人為本，安全第一”的原則，確保人身安全與系統(tǒng)安全。電動汽車的安全包括人身安全與系統(tǒng)安全。在制定安全防范措施時，人身安全是優(yōu)先的。即使發(fā)生不可預(yù)見的事故、系統(tǒng)崩潰，也要保證人身安全。從系統(tǒng)設(shè)計到部件選型、加工工藝、質(zhì)量檢驗及維護等都應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)電動汽車的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

電動汽車高壓操作人員必須具有相應(yīng)的操作資質(zhì)，嚴(yán)禁沒有操作資質(zhì)的人員對電動汽車高壓系統(tǒng)進行操作。操作人員上崗前必須進行安全操作培訓(xùn)，嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)范。操作人員上崗不得佩戴金屬飾物，如手表、戒指等，工作服衣袋內(nèi)不得有金屬物件。操作人員不得把與工作無關(guān)的工具帶入工作場地，必須使用的金屬工具，手持部分應(yīng)作絕緣處理。每次通高壓電源之前，操作人員應(yīng)檢查各高壓電器周邊有無雜物，并通知無關(guān)人員遠(yuǎn)離上述部件，合閘時要有高聲提示。人員要求：維護要求：

拆卸檢修高壓電器部件時應(yīng)切斷高壓回路。車輛長時間停放時，應(yīng)每周檢查一次動力電池狀態(tài)，防止電池漏電、損壞。整車維護與保養(yǎng)：電動汽車使用過程中，為確保汽車正常行駛，必須對汽車進行日常維護，日常維護是發(fā)揮汽車效率、減少行車事故、節(jié)約維修費用、降低能耗和延長汽車使用壽命的重要環(huán)節(jié)，是每個駕駛?cè)嗽陂_車前及行車中必須做到的，其主要內(nèi)容包括：檢查轉(zhuǎn)向、制動、懸架、傳動等主要部件的緊固情況。檢查真空管道有無漏氣現(xiàn)象。檢查驅(qū)動橋主減速器、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、真空泵等有無滲漏油現(xiàn)象。檢查輪胎氣壓是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，剔除嵌入輪胎花紋的渣石、鐵釘?shù)入s物。按潤滑表規(guī)定，按時按量對各潤滑點進行潤滑。關(guān)鍵零部件的維護和保養(yǎng)1.動力電池系統(tǒng)的檢查：2.驅(qū)動電機的檢查：3.其他高壓系統(tǒng)的檢查：4.電氣線束的檢查：5.動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的檢查：6.制動系統(tǒng)檢查要正直地生活，別想入非非！要誠實地工作，才能前程遠(yuǎn)大。。6月-236月-23Friday,June9,2023最困難的事情就是認(rèn)識自己。。03:49:5203:49:5203:496/9/20233:49:52AM我不能說我不珍視這些榮譽，并且我承認(rèn)它很有價值，不過我卻從來不曾為追求這些榮譽而工作。。6月-2303:49:5203:49Jun-2309-Jun-23自覺心是進步之母，自賤心是墮落之源，故自覺心不可無，自賤心不可有。。03:49:5203:49:5203:49Friday,June9,2023聰明出于勤奮，天才在于積累。。6月-236月-2303:49:5203:49:52June9,2023不怕路長，只怕志短。。2023年6月9日3:49上午6月-236月-23生活就是一種積累，你若儲存的溫暖越多，你的生活就會越陽光明媚，你若儲存太多寒涼，你的生活就會陰云密布。。09六月20233:49:52上午03:49:526月-23強中自有強中手，莫向人前滿自夸?！毒劳ㄑ浴妨?33:49上午6月-2303:49June9,202