電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)課件

電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)目錄在新能源汽車的產(chǎn)業(yè)浪潮中，一個(gè)在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域耕耘多年的企業(yè)，有哪些技術(shù)需要拓展？有哪些技術(shù)需要轉(zhuǎn)變？新技術(shù)發(fā)展又面臨哪些風(fēng)險(xiǎn)與困局？電動(dòng)汽車技術(shù)概述動(dòng)力電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展目錄在新能源汽車的產(chǎn)業(yè)浪潮中，一個(gè)在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域耕耘多年的電動(dòng)汽車技術(shù)概述電動(dòng)汽車技術(shù)概述動(dòng)力電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展歷程純電動(dòng)汽車技術(shù)電動(dòng)汽車基本構(gòu)成電動(dòng)汽車技術(shù)概述電動(dòng)汽車技術(shù)概述電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展歷程電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展歷程1895年愛迪生公司生產(chǎn)的第一輛電動(dòng)車1912年一名女子和她的電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展歷程1895年愛迪生公司生產(chǎn)的第一輛電動(dòng)車1純電動(dòng)汽車技術(shù)電動(dòng)汽車三大核心技術(shù)：動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制系統(tǒng)純電動(dòng)汽車技術(shù)電動(dòng)汽車三大核心技術(shù)：動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制電動(dòng)汽車基本構(gòu)成車輪

低壓用電器←12V蓄電池

↑減速器空調(diào)DC/DC

驅(qū)動(dòng)電機(jī)↑↑動(dòng)力電池

高壓配電盒→

←

↓↑

←電機(jī)控制器車載充電機(jī)←電池管理系統(tǒng)

↓↑↓↑

整車控制器車輪↓↑儀表顯示操作信號(hào)人機(jī)界面↑高壓↑低壓↑CAN電動(dòng)汽車基本構(gòu)成車輪低壓用電器←12V蓄電池↑減速器空調(diào)動(dòng)力電池技術(shù)電動(dòng)汽車技術(shù)概述動(dòng)力電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展電池主要類型電池參數(shù)與術(shù)語動(dòng)力電池關(guān)鍵性能指標(biāo)電池管理系統(tǒng)電能補(bǔ)給特斯拉ModelS電池動(dòng)力電池技術(shù)電動(dòng)汽車技術(shù)概述電池主要類型電池主要類型電池類型鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池能量密度（Wh/kg）30~5045~8060~120120~200循環(huán)壽命200~3001500300~500500~1500標(biāo)稱電壓（V）21.251.253.2/3.6/3.7安全性安全安全安全有一些隱患環(huán)保性環(huán)境污染含有毒金屬輕微毒性環(huán)境友好成本（RMB/Wh）0.6~1.02.0~2.62.5~3.82.0~3.5鋰電池類型鈷酸鋰鎳鈷錳三元鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰能量密度（Wh/kg）150~200150~220100~15090~120循環(huán)壽命500-10001000~2000300~7001000~2000標(biāo)稱電壓（V）3.63.63.73.2熱失控（℃）150210250270安全性差，穩(wěn)定性低較好良好優(yōu)秀環(huán)保性含鈷含鎳、鈷無毒無毒原料成本很高高低廉低廉電池主要類型電池類型鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池能量密電池參數(shù)與術(shù)語電池參數(shù)與術(shù)語動(dòng)力電池關(guān)鍵性能指標(biāo)能量密度（Wh/kg）功率密度（W/kg)鉛酸電池（40，150）鎳氫電池（70，250）鋰電池（180，400）空氣電池（350，100）超級(jí)電容（5，＞3000）動(dòng)力電池功率越大，車輛動(dòng)力性能越好動(dòng)力電池能量越大，車輛續(xù)航能力越長(zhǎng)功率大跑得快能量大跑得遠(yuǎn)動(dòng)力電池關(guān)鍵性能指標(biāo)能量密度（Wh/kg）功率密度（W/kg電池管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)電池管理的關(guān)鍵在于通過總線實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)模塊和中央處理單元的通信，采集的每塊電池的電壓、溫度和充放電電流數(shù)據(jù)，建立每塊電池剩余能量的數(shù)學(xué)模型，控制SOC值（剩余能量）在合理的工作范圍（30％～70％），對(duì)電池的不一致性有一定的補(bǔ)償措施，維護(hù)電池組的熱平衡電池管理系統(tǒng)電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)電池管理的關(guān)鍵在于通過總線實(shí)現(xiàn)各檢電能補(bǔ)給——充電模式蓄電池最佳充電電流曲線，超過此電流，會(huì)對(duì)蓄電池造成損害。快速充電方法都是圍繞最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的是使充電曲線盡可能逼近最佳充電曲線。ItO可接受區(qū)不可接受區(qū)最佳充電電流曲線60kWh動(dòng)力電池充電實(shí)例：電源電壓電流最大功率時(shí)間慢充家用插座AC220V＜16A3.5kW≈20h充電樁AC220V＜32A7kW≈10h快充充電站DC500V＜120A60kW≈1h電能補(bǔ)給——充電模式蓄電池最佳充電電流曲線，超過此電流，會(huì)對(duì)電能補(bǔ)給——換電模式有不少城市和廠商嘗試過換電模式，但未能實(shí)現(xiàn)推廣2008年，BetterPlace公司成立并推出換電服務(wù)，但最終合作車企只有雷諾一家，現(xiàn)已經(jīng)破產(chǎn)；2011年，國(guó)家電網(wǎng)、眾泰、北汽新能源在北京、杭州、廈門、蘭州投放換電出租車；2013年，特斯拉發(fā)布了一段換電操作演示，但并未付諸實(shí)踐，而是選擇推廣超級(jí)充電站；2018年5月20日，蔚來首座換電站在深圳完成最后聯(lián)調(diào)北汽新能源的底盤換電，過程大約3分鐘換電模式難以推廣的原因：電池標(biāo)準(zhǔn)化困難，不同車型為充分利用車體空間，電池包形狀、尺寸、接口布置不盡相同電池包含電動(dòng)車眾多核心技術(shù)，關(guān)系到整車性能與安全，難以與車輛分割車企不愿把占電動(dòng)汽車成本1/4-1/3的電池拱手讓出，失去銷售電池這一塊的利潤(rùn)換電站場(chǎng)地、設(shè)備、備用電池投資極大，收入主要靠電費(fèi)加成，不僅回本難度大，連日常經(jīng)營(yíng)都難以為繼電能補(bǔ)給——換電模式有不少城市和廠商嘗試過換電模式，但未能實(shí)特斯拉ModelS電池——電芯選型特斯拉ModelS使用松下的NCA系列18650型號(hào)鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3100毫安時(shí)，標(biāo)稱電壓3.7。85kWh的ModelS的電池包一共運(yùn)用了7104個(gè)18650電池，總重量接近900公斤。鈷酸鋰電池具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高。小容量的18650型號(hào)鋰電池工藝成熟，成本低，安全性好，但也會(huì)大幅增加電池單體之間的不一致性。單個(gè)電芯電池組電池組電池模塊電池模塊電池包特斯拉ModelS電池——電芯選型特斯拉ModelS使用松特斯拉ModelS電池——電池成組特斯拉ModelS將每74節(jié)18650電池并聯(lián)成一組，6組串聯(lián)成一板，16板串聯(lián)成一個(gè)電池包。每個(gè)電池與電極板之間用保險(xiǎn)絲連接。特斯拉ModelS電池——電池成組特斯拉ModelS將每7特斯拉ModelS電池——電池管理特斯拉電池管理系統(tǒng)的核心技術(shù)為電池溫度管理系統(tǒng)和電荷平衡系統(tǒng)。特斯拉所申請(qǐng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)大都與電池安全控制系統(tǒng)相關(guān)，包括電池冷卻系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、電荷平衡系統(tǒng)等。特斯拉ModelS電池——電池管理特斯拉電池管理系統(tǒng)的核心驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車技術(shù)概述動(dòng)力電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展電機(jī)類型電機(jī)性能比較電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車技術(shù)概述電機(jī)類型電機(jī)類型直流有刷電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)直流無刷電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)定子：永磁體或勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子：電樞繞組定子：電樞繞組轉(zhuǎn)子：感應(yīng)繞組定子：電樞繞組轉(zhuǎn)子：永磁體定子：電樞繞組轉(zhuǎn)子：永磁體定子：電樞繞組轉(zhuǎn)子：鐵芯電機(jī)類型直流有刷電機(jī)交流異步電機(jī)永磁同步電機(jī)直流無刷電機(jī)開關(guān)電機(jī)性能比較電動(dòng)機(jī)類型比較性能直流電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)功率密度低一般高一般力矩轉(zhuǎn)速性能一般好好好轉(zhuǎn)速范圍（r/min）4000～60009000～150004000～10000＞15000峰值效率（%）85~8994~9595~9785~90過載能力（%）200300~500300300~500尺寸/質(zhì)量大/重一般/一般小/輕小/輕可靠性差好優(yōu)良好結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性差好一般優(yōu)良操作控制性最好好好好主要優(yōu)勢(shì)優(yōu)良的控制性體積小、易維護(hù)控制器簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單、可調(diào)范圍寬主要劣勢(shì)有刷，維護(hù)困難控制較復(fù)雜價(jià)格較貴轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、非線性應(yīng)用前景早期，逐步淘汰應(yīng)用最多逐步推廣較少、有待發(fā)展電機(jī)性能比較電動(dòng)機(jī)類型直流電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)電機(jī)控制電機(jī)控制器（MCU）是根據(jù)整車控制器（VCU）的指令，將動(dòng)力電池的直流電轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電流，來控制電機(jī)的啟停、速度、正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，或者將制動(dòng)能量回收到電池隨著電動(dòng)汽車和控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制和智能控制已成為趨勢(shì)電機(jī)控制電機(jī)控制器（MCU）是根據(jù)整車控制器（VCU）的指令電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車技術(shù)概述動(dòng)力電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展整車控制器電源變換器再生制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)助力系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車技術(shù)概述整車控制器整車控制器整車控制器通過CAN總線獲得電機(jī)和電池系統(tǒng)的相關(guān)信息，結(jié)合駕駛員操作信號(hào)，進(jìn)行分析和運(yùn)算，給出電機(jī)控制和電池管理指令，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動(dòng)控制和能量?jī)?yōu)化管理。功能電器←高壓配電盒→

←動(dòng)力電池↓驅(qū)動(dòng)電機(jī)←電機(jī)控制器電池管理系統(tǒng)↓↑↓↑整車控制器↓↑儀表顯示操作信號(hào)轉(zhuǎn)速

車速

電池SOC

故障警示人機(jī)界面啟動(dòng)開關(guān)

換擋開關(guān)

加速踏板

制動(dòng)踏板

空調(diào)開關(guān)

充電開關(guān)↑高壓↑CAN整車控制器整車控制器通過CAN總線獲得電機(jī)和電池系統(tǒng)的相關(guān)信電源變換器電源變換器再生制動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)是利用電機(jī)的可逆性原理，減速或者滑行時(shí)由車輪拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電并產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩，其本質(zhì)是電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率超過電機(jī)的電源頻率，電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并通過逆變器的反向續(xù)流二極管給電池充電。在行駛工況變化比較頻繁的路段，采用制動(dòng)能量回收可增加續(xù)駛里程約20％。電動(dòng)汽車再生制動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)：制動(dòng)安全性、制動(dòng)能量回收率、各工況下制動(dòng)控制策略再生制動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)是利用電機(jī)的可逆性原理，減速或制動(dòng)助力系統(tǒng)燃油車液壓制動(dòng)系統(tǒng)依賴發(fā)動(dòng)機(jī)為真空泵提供負(fù)壓助力，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，真空泵停止工作，剎車踏板變硬。電動(dòng)汽車不具備發(fā)動(dòng)機(jī)作為真空來源，但可以采用電動(dòng)真空泵、真空罐給制動(dòng)主缸抽真空，給制動(dòng)提供助力。1.電動(dòng)真空助力制動(dòng)制動(dòng)助力系統(tǒng)燃油車液壓制動(dòng)系統(tǒng)依賴發(fā)動(dòng)機(jī)為真空泵提供負(fù)壓助力制動(dòng)助力系統(tǒng)2.電動(dòng)助力制動(dòng)博世iBooster駕駛員踩剎車踏板，踏板行程傳感器2探測(cè)到輸入桿6的位移，將該位移信號(hào)發(fā)送至控制器5，控制器5計(jì)算出電機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的伺服制動(dòng)力。伺服制動(dòng)力、踏板踩踏力，在制動(dòng)主缸4內(nèi)共同轉(zhuǎn)化為制動(dòng)液壓力。制動(dòng)助力系統(tǒng)2.電動(dòng)助力制動(dòng)博世iBooster駕駛員踩制動(dòng)助力系統(tǒng)3.全電控剎車系統(tǒng)取消助力以及液壓結(jié)構(gòu)，直接在四個(gè)車輪卡鉗中安裝電動(dòng)機(jī)，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)剎車片擠壓剎車盤。可集成制動(dòng)能量回收，一般用于非驅(qū)動(dòng)輪。全電動(dòng)剎車單純依靠電動(dòng)機(jī)施加壓力，目前的技術(shù)還不夠快，不夠強(qiáng)，不像液壓系統(tǒng)在“杠桿效應(yīng)”下可以快速獲得巨大的制動(dòng)力，因此沒有被大規(guī)模使用。制動(dòng)助力系統(tǒng)3.全電控剎車系統(tǒng)取消助力以及液壓結(jié)構(gòu)，直接在空調(diào)系統(tǒng)燃油車：發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)電動(dòng)汽車：電動(dòng)壓縮機(jī)燃油車：利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的余熱電動(dòng)汽車：電加熱PTC熱敏陶瓷，水暖、風(fēng)暖1.壓縮機(jī)改為電力驅(qū)動(dòng)，暖風(fēng)機(jī)改為電加熱電動(dòng)汽車制暖問題：制暖耗電量大于制冷，使用電加熱制暖，

續(xù)航里程最多可能減半空調(diào)系統(tǒng)燃油車：發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)燃油車：利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的余空調(diào)系統(tǒng)2.熱電空調(diào)熱電發(fā)電(Seebeck效應(yīng))熱電制冷(Peltier效應(yīng))塞貝克效應(yīng)：把兩種不同的金屬絲連接成一個(gè)閉合電路，把兩個(gè)連接點(diǎn)放在溫度不同的兩處，就會(huì)在兩個(gè)連接點(diǎn)之間產(chǎn)生一個(gè)接觸電動(dòng)勢(shì)，閉合電路中就有電流通過。帕爾帖效應(yīng)：把兩種不同的金屬絲連接成一個(gè)閉合電路，通以直流電，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)連接點(diǎn)變熱，另一個(gè)連接點(diǎn)變冷。如果電流方向反向，那么結(jié)點(diǎn)處的冷熱作用互易。一些半導(dǎo)體材料具有較高的熱電勢(shì)可以用來做成小型熱電制冷器。如圖：用銅板和銅導(dǎo)線將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接成一個(gè)回路，便構(gòu)成的熱電偶元件。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、啟動(dòng)快、控制靈活，操作具有可逆性，既可制冷，又可制熱缺點(diǎn)：產(chǎn)冷量小、效率低、耗電多，缺少更好的半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體電堆的元件價(jià)格很高?？照{(diào)系統(tǒng)2.熱電空調(diào)熱電發(fā)電(Seebeck效應(yīng))塞貝克效應(yīng)電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)概述動(dòng)力電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)電動(dòng)汽車專用零件電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展電動(dòng)汽車車身構(gòu)架電動(dòng)汽車動(dòng)力性電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性電動(dòng)汽車安全電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車技術(shù)概述電動(dòng)汽車車身構(gòu)架電動(dòng)汽車車身構(gòu)架——VWE-Up從VWTakeUp到VWE-Up：車架方向改變?cè)黾与姵乜臻g加強(qiáng)車架提高車身縱向剛度和電池承載能力額外的電池承載橫梁地板上凸改變?cè)黾与姵乜臻g134324VWE-UpVW1.0TakeUp電動(dòng)汽車車身構(gòu)架——VWE-Up從VWTakeUp到V電動(dòng)汽車車身構(gòu)架——BoltEVUp-gaugeDown-gaugeNochange雪佛蘭Bolt

EV車體結(jié)構(gòu)：平坦的地板電池箱的部分鋼筋作為車體結(jié)構(gòu)基于CAE分析結(jié)果優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車車身構(gòu)架——BoltEVUp-gaugeDown電動(dòng)汽車車身構(gòu)架——ModelS后連接鑄件前連接鑄件前縱梁與門檻梁連接鑄件特斯拉ModelS車體結(jié)構(gòu)：門檻梁貫通前后縱梁，取代地板下的車架，地板全平電池寬度基本與輪距等寬，長(zhǎng)度接近軸距長(zhǎng)采用擠壓成型門檻梁，下部嵌入8個(gè)電池包螺母安裝條，安裝條可抽出更換（針對(duì)換電模式）門檻梁電動(dòng)汽車車身構(gòu)架——ModelS后連接鑄件前連接鑄件前縱梁電動(dòng)汽車動(dòng)力性純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)、行駛阻力及計(jì)算方式與燃油車相同，只是發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及驅(qū)動(dòng)力不一樣電動(dòng)機(jī)工作特性：變速電機(jī)通常在低于基速時(shí)具有恒轉(zhuǎn)矩特性，高于基速時(shí)具有恒功率特性發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線電動(dòng)汽車動(dòng)力性純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)、行駛阻力及計(jì)算方式電動(dòng)汽車動(dòng)力性燃油車與電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力曲線Ft電機(jī)本身具有很寬的工作范圍，基本不必通過多擋變速機(jī)構(gòu)即可提供汽車正常行駛所需要的動(dòng)力性能。因此電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖、加速度圖以及爬坡度圖比燃油汽車的簡(jiǎn)單。電動(dòng)汽車動(dòng)力性燃油車與電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力曲線Ft電機(jī)本身具有很電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性等速工況續(xù)駛里程計(jì)算：EUDC試驗(yàn)循環(huán)工況1：市區(qū)循環(huán)2：市郊循環(huán)3：基本的市區(qū)循環(huán)評(píng)價(jià)指標(biāo)：能量消耗率（W·h/km）=電能消耗量/行駛里程市郊循環(huán)工況試驗(yàn)（NEDC）：測(cè)定方法：GB/T18386《電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》65款電動(dòng)汽車每1000kg能量消耗率均值：10kW·h/100km·tEB——電池組能量ηT——傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率ηmc——電動(dòng)機(jī)及控制器效率ηDOD——蓄電池放電深度，一般要求ηDOD≤75%ηq——蓄電池放電效率電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性等速工況續(xù)駛里程計(jì)算：EUDC試驗(yàn)循環(huán)工況評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車安全電動(dòng)汽車安全新問題：起火高壓安全誤起步（起步?jīng)_車）制動(dòng)效能熱衰減電動(dòng)汽車安全電動(dòng)汽車安全新問題：電動(dòng)汽車安全——起