第2课电动汽车的技术概述

1、电动汽车的技术概述成都联腾动力控制技术有限公司成都联腾动力控制技术有限公司目目 录录 整车基本组成及关键技术整车基本组成及关键技术 驱动系统组成和结构形式驱动系统组成和结构形式 组成：组成： 以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补充电能。来补充电能。 重要性：重要性： 动力电池组是动力电池组是EV的关键装备，储存的电能、质量的关键装备，储存的电能、质量和体积，对和体积，对EV性能起决定性影响，也是发展性能起决定性影响，也是发展EV的主的主要研究和开发对象。要研究和开发对象。 EV发展的症结在于电池发展的症结在于电池，电池技术对，电池技术对EV的制约

2、的制约仍然是仍然是EV发展的瓶颈。发展的瓶颈。 建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推广推广EV的关键问题。的关键问题。 发展发展第一代第一代EV电池：铅酸电池电池：铅酸电池 优点优点: :技术成熟，成本低技术成熟，成本低 缺点缺点: :比能量和比功率低比能量和比功率低不能满足不能满足EVEV续驶里程和动力性能需求续驶里程和动力性能需求第二代高能电池：镍第二代高能电池：镍-镉镉(氢氢)电池、钠电池、钠-硫硫(氯化镍氯化镍)电池、锂电池、锂 离子离子(聚合物聚合物)电池、锌电池、锌(铝铝) -空气电池等空气电池等 优点优点:比能量和比功率高比能量和

3、比功率高，大大提高了，大大提高了EV的动力性能和续驶里程的动力性能和续驶里程 缺点缺点:对充电技术要求高；有些高能电池需要复杂的电池管理和温对充电技术要求高；有些高能电池需要复杂的电池管理和温度控制系统；其中的活性物质在使用一定期限后，会老化变质以至度控制系统；其中的活性物质在使用一定期限后，会老化变质以至完全丧失充完全丧失充/放电功能而报废，从而使放电功能而报废，从而使EV的使用成本居高。的使用成本居高。第三代电池：飞轮电池、超级电容器第三代电池：飞轮电池、超级电容器 理论上具有很大的转换能力，且充理论上具有很大的转换能力，且充/ /放电方便迅速，但目前尚放电方便迅速，但目前尚处于研制阶段处

4、于研制阶段 用途：用途：-高压供电高压供电 动力电池组提供约动力电池组提供约155380V高压直流电。高压直流电。 动力电池组是供电机工作的唯一动力电源。动力电池组是供电机工作的唯一动力电源。 空调系统的空调系统的空压机空压机，动力转向系统的，动力转向系统的油泵油泵和制动和制动系统的系统的真空泵真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。等，也需要动力电池组提供动力电能。-低压供电低压供电 动力电池组通过动力电池组通过DC/DC转换器，供应转换器，供应12V或或24V低压电，并储存到低压电池组中，作为低压电，并储存到低压电池组中，作为仪表、照明和仪表、照明和信号装置信号装置等工作的电源。等工作的电

5、源。l管理管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，其每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的保持各个单体电池间的一致性。一致性。l充电充电 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装置和快速充电装置，是电装置和快速充电装

6、置，是EVEV使用时所必须的辅助使用时所必须的辅助设备。可采用地面充电器、车载充电器、接触式充设备。可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器等进行充电。电器或感应充电器等进行充电。l驱动电动机是驱动驱动电动机是驱动EVEV行驶的唯一动力装置。行驶的唯一动力装置。l类型：类型： 直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。磁阻电动机等。l再生制动再生制动 再生制动是再生制动是EVEV节能的重要措施之一。节能的重要措施之一。制动时电动制动时电动机可实现再生制动，一般可回收机可实现再生制动，一般可回收10%-15%10%-15%的能量，

7、有的能量，有利于延长利于延长EVEV行驶里程。行驶里程。 在在EVEV制动系统中，保留常规制动系统和制动系统中，保留常规制动系统和ABSABS制动制动系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能。系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能。lEVEV的控制系统主要是的控制系统主要是对动力电池组的管理对动力电池组的管理和和对电动对电动机的控制。机的控制。l将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运转。动电动机运转。l计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程

8、。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。l对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。l采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力电池组对整个动力电池组功率转换器功率转换器驱动电动机系统驱动电动机系统进行监控并及时反馈信息和报警。进行监控并及时反馈信息和报警。车身及底盘车身及底盘l车身车身 EV车身造型特别重视流线型车身造型特别重视流线型,以降低空气阻力系数。以降低空气阻力系数。l底盘底盘 由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量，采由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量，采用轻质材料用轻质材料制造车

9、身和底盘部分总成制造车身和底盘部分总成。 动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、足够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体机械化装卸。体机械化装卸。安全保护系统安全保护系统l高压安全高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。坐和维修时的安全。l故障处理故障处理 必

10、须配备电气装置的故障自检系统和故障报警必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制系统，在电气系统发生故障时自动控制EV不能起不能起动等，及时防止事故的发生。动等，及时防止事故的发生。关键技术关键技术1. 驱动电机的选择及功率匹配驱动电机的选择及功率匹配 驱动电机应具有良好的转矩驱动电机应具有良好的转矩-转速特性：较宽转速特性：较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩。的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩。 根据车辆行驶工况，驱动电机可以在恒转矩根据车辆行驶工况，驱动电机可以在恒转矩区和恒功率区运转。区和恒功率区运转。 驱动电机应经常保持在高效率范围内运转

11、。驱动电机应经常保持在高效率范围内运转。 在低速在低速-大转矩（恒转矩区）运转范围内效率大转矩（恒转矩区）运转范围内效率在在0.75-0.85之间；之间； 在恒功率运转范围内效率在在恒功率运转范围内效率在0.8-0.9之间。之间。关键技术关键技术2.2.动力电池组的选择与特性动力电池组的选择与特性 纯电动汽车续行里程的长短取决于车载动力电池纯电动汽车续行里程的长短取决于车载动力电池的容量；车载动力电池的重量取决于选用何种动力电的容量；车载动力电池的重量取决于选用何种动力电池，考虑体积、比重、比功率、比能量、循环寿命等。池，考虑体积、比重、比功率、比能量、循环寿命等。3.3.减速器传动比的确定减

12、速器传动比的确定 由于电机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，由于电机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，通常在驱动系统中采用大速比的减速器或通常在驱动系统中采用大速比的减速器或2 2档变速器。档变速器。 作用：减速、增扭作用：减速、增扭 减速器或变速器中不设置倒档齿轮，倒车是靠电减速器或变速器中不设置倒档齿轮，倒车是靠电动机的反转来实现。动机的反转来实现。 关键技术关键技术3. 控制系统的设计控制系统的设计目标：延长续驶里程目标：延长续驶里程 选用高比能量的电池。选用高比能量的电池。 减少减少EV在行驶中各种环节中的能量损耗。在行驶中各种环节中的能量损耗。 减少减少EV辅助系统的电能消耗，对空调

13、、动辅助系统的电能消耗，对空调、动力转向等进行自动控制。力转向等进行自动控制。 设计新设计新EV时，在造型、结构、材料和配件时，在造型、结构、材料和配件方面，应使方面，应使G、 f 和和 CD等尽量降低。等尽量降低。 再生制动控制技术再生制动控制技术-节约能源、提高续驶节约能源、提高续驶里程。再生制动还可以减少刹车片的磨损，降低车里程。再生制动还可以减少刹车片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。辆故障率及使用成本。 关键技术关键技术4. 整车控制技术整车控制技术-新型纯电动轿车整车控制系统是两条总线的网络新型纯电动轿车整车控制系统是两条总线的网络结构，高速结构，高速CAN总线每个节点为各子系统的

14、总线每个节点为各子系统的ECU。低速总线按物理位置设置节点、基本原则是基于空低速总线按物理位置设置节点、基本原则是基于空间位置的区域自治。间位置的区域自治。-实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-Wire技技术提供有力的支撑。术提供有力的支撑。驱动系统的组成和结构形式驱动系统的组成和结构形式l结构形

15、式结构形式 传统的驱动系统传统的驱动系统 简化的传统驱动系统简化的传统驱动系统 电机电机驱动桥整体式驱动系统驱动桥整体式驱动系统 双电动机驱动系统双电动机驱动系统 内转子电动轮驱动系统内转子电动轮驱动系统 外转子电动轮驱动系统外转子电动轮驱动系统传统的驱动系统传统的驱动系统l电机替代发动机。电机替代发动机。l仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成。速器、传动轴和驱动桥等总成。l有电动机前置有电动机前置- -驱动桥前置；电动机前置驱动桥前置；电动机前置- -驱动桥后驱动桥后置等各种驱动模式。置等各种驱动模式。l结构复杂，

16、效率低，不能充分发挥电动机的性能。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。其他结构形式简介其他结构形式简介双轮独双轮独立驱动立驱动集中驱集中驱动动 电机及控制器电机及控制器 在确定电动汽车采用的电机时，其性能必须充分在确定电动汽车采用的电机时，其性能必须充分满足电动汽车不同行驶工况的要求。基本要求如下满足电动汽车不同行驶工况的要求。基本要求如下: : 1 1、要有较大的起动转矩来保证电动汽车的良好的、要有较大的起动转矩来保证电动汽车的良好的起动和加速性能；爬坡、频繁启起动和加速性能；爬坡、频繁启/ /停的要求，通常电机停的要求，通常电机的过载系数应达的过载系数应达3 34 4。 2 2、要

17、有较宽的恒功率范围，保证电动汽车具有高、要有较宽的恒功率范围，保证电动汽车具有高速行驶的能力。速行驶的能力。 3 3、要有较大范围的调速功能，在低速时具有较大、要有较大范围的调速功能，在低速时具有较大的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加的转矩，在高速时具有高功率，能够根据驾驶员对加速踏板的控制，随即地调整电动汽车的行驶速度和相速踏板的控制，随即地调整电动汽车的行驶速度和相应的驱动力。应的驱动力。 电机及控制器电机及控制器 4 4、具有良好的效率特性、具有良好的效率特性, ,在较宽的转速在较宽的转速/ /转矩范转矩范围内围内, ,获得最优的效率获得最优的效率, ,提高一次充电后的持续行

18、驶提高一次充电后的持续行驶里程里程, ,一般要求在典型的驾驶循环区一般要求在典型的驾驶循环区, ,获得获得85%85%93%93%的效率。的效率。 5 5、再生制动时的能量回收率高。、再生制动时的能量回收率高。 6 6、电机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能、电机的外形尺寸要求尽可能小，质量尽可能轻。轻。 7 7、电机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够、电机的可靠性好，耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修在较恶劣的环境下长期工作，运行时噪音低，维修方便。方便。 8 8、价格低、价格低 电机及其控制器电机及其控制器l纯电动汽车是利用电动机将电能转化为机械能来纯电动汽

19、车是利用电动机将电能转化为机械能来实现驱动的。实现驱动的。l电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。电机的种类多、用途广、功率覆盖面非常大。l车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为电动汽车车辆行驶的路面工况较复杂，所以作为电动汽车用的电动机的功率必须要用的电动机的功率必须要 适应这种复杂工况的要求。适应这种复杂工况的要求。l对于不同的电机，采用的对于不同的电机，采用的 控制理论不同，其控制方控制理论不同，其控制方 法也各异。法也各异。电动汽车使用的几种典型电机：电动汽车使用的几种典型电机：1 1、直流电刷式电机、直流电刷式电机 制造技术较为成熟，具有线性和制造技术较为成熟，具有线性和稳定的输出特性

20、曲线，容易控制，其容稳定的输出特性曲线，容易控制，其容量取决于转矩和最高转速。量取决于转矩和最高转速。l缺点：电刷易磨损、转速低、质量重、缺点：电刷易磨损、转速低、质量重、体积大、可靠性差、效率低。由于有电体积大、可靠性差、效率低。由于有电刷和换相器，因此需要不断地维修。刷和换相器，因此需要不断地维修。l控制系统：斩波器控制系统：斩波器-直流电源与直流直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断开关装置。电机之间的一个周期性的通断开关装置。电机及控制器电机及控制器它励它励直流斩波器控制下的输出电压直流斩波器控制下的输出电压2 2、感应式电机：、感应式电机： 使用寿命长、效率高、可靠性好、转速高（使

21、用寿命长、效率高、可靠性好、转速高（15000r/min15000r/min），而且体积比相同转速的直流电动机小，），而且体积比相同转速的直流电动机小，加之无电刷和换相器，免去这方面的维修，价格也比其加之无电刷和换相器，免去这方面的维修，价格也比其它类型的电动机低。它类型的电动机低。l缺点：感应式电动机具有非线性输出特性，需要一个较缺点：感应式电动机具有非线性输出特性，需要一个较为复杂的控制系统，在高转速时必须对转子进行冷却以为复杂的控制系统，在高转速时必须对转子进行冷却以防止电动机损坏。防止电动机损坏。l控制方法：脉冲宽度调节控制方法：脉冲宽度调节(PWM)(PWM)；变频变压调节；变频变压

22、调节(VFVV)(VFVV)；矢量控制调节矢量控制调节(VC)(VC)；直接转矩控制；直接转矩控制(DSC)(DSC)电机及控制器电机及控制器3 3、永磁同步电机：、永磁同步电机： 不需要电刷或滑环，其可靠性高，输出功率较大，与相不需要电刷或滑环，其可靠性高，输出功率较大，与相同转速的其他电动机相比，质量较轻。同转速的其他电动机相比，质量较轻。l缺点：电机具有永久性磁场，在恒功率范围时电动机的控制缺点：电机具有永久性磁场，在恒功率范围时电动机的控制较为困难；在无载荷的情况下，易造成满磁通现象。较为困难；在无载荷的情况下，易造成满磁通现象。l根据控制信号的不同，永磁同步电机可以分为正根据控制信号

23、的不同，永磁同步电机可以分为正弦波永磁同弦波永磁同步电机步电机(PMSM)(PMSM)和方波永磁同步电机和方波永磁同步电机(BLDCM)(BLDCM)。BLDCMBLDCM系统一般系统一般采用霍尔元件或增量式码盘；采用霍尔元件或增量式码盘；PMSMPMSM系统需要绝对式码盘或旋系统需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度转变压器等转子位置传感器，这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车和效率，其体积小、惯性小、响应快，非常适用于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。的驱动系统，有极好的应用前景。电机及控制器电机及控制器4 4、开关式磁阻电动机：、开关式磁阻电动机： 能实现比功率感应式电动机速度更高的操作控制。它有能实现比功率感应式电