电动汽车网络与电路分析

1、第1章 概述1.1.1新能源汽车发展历史这段时期是电动车发展的黄金时期，法国和英国都出现了制造电动车的公司。1899年比利时人卡米乐-热纳茨驾驶着一辆名为La Jamais Contente的炮弹形电动车，车速度第一次突破100km/h大关。这一纪录直到20世纪才被打破。纯电动纯电动汽车发展历史初期发明（18301870年）中期发展（18701920年） 1834年美国人托马斯-达尔波特制造了一辆由不可充电的干电池驱动的电动三轮车,但只能行驶一小段距离。18321838年苏格兰人罗伯特-安得森发明了电驱动的马车,这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆.1997年，英国的伦敦电动出租汽车公司生

2、产的电动出租车在1881年，法国工程师古斯塔夫特鲁夫发明了世界上的第一辆铅酸电池的汽车纯电动三轮车。纯电动纯电动汽车发展历史中期发展（18701920年）纯电动纯电动汽车发展历史中期发展（18701920年）1920年：经济型电动车风行天下。 1920年前后生产的电动车，体积小、重量轻，因此最大限度发挥了电动马达的功能。这种汽车的使用成本比燃油车更便宜。事实上，第一次世界大战之后，油价不断上涨，仅英国电动汽车的使用量便增加了百分之八，成为了一种更经济使用的交通工具。纯电动纯电动汽车发展历史停滞期（19201990年）随着石油开采技术的进步，以及内燃机技术的进步。高且成本低，电动车很快失去了存在

3、的意义。电动车基本从欧美市场上消失。1974年，欧佩克石油禁运危机之后，汽油价格一路飙升，人们对电动汽车的兴趣也愈加浓厚。时速达64公里的菲亚特X1/23/的横空出世。中东石油危机令全世界陷入石油短缺的境地中，人们又开始关注其他动力的汽车，电动车再次进入人们的视线中。1990年4月：通用汽车公司推出Impact电动汽车复苏期（1990年至今） 1974年11月受制于电池技术，澳大利亚南部的Flinder大学通过发动机和传输系统的优化以提高电动效率，使一次充电里程增加到144公里。这就是著名的“南澳概念”。纯电动纯电动汽车发展历史纯电动纯电动汽车发展历史复苏期（1990年至今）1994年；世界上

4、最好的电动车EV1进入测试阶段它身上寄托了太多人对于一个新的汽车产业蓬勃兴起的希望。到1996年通用汽车公司已经开始制造并销售EV1电动汽车。它成为大型制造公司用现代化批量生产的方式推出的第一款电动汽车。1991年；宝马公司推出E1电动汽车这辆电动概念车的外壳材料是可回收塑料，整车重不到907公斤， 一次充电可行驶273公里，最高时速达128公里。比亚迪第一批纯电动出租车E6在深圳投入运营，其最高车速可达140km/h以上续驶里程超过300km。充电也有快速充电和慢速充电两种 纯电动纯电动汽车发展历史复苏期（1990年至今）2009年日本汽车公司展示了第一款零排放纯电动汽车Leaf油电混合动力

5、油电混合动力汽车发展历史1916年1916年，世界上第一款油电混合动力汽车问世。这款双排座的轿车使用操纵杆代替踏板来控制油门。1968年，通用汽车将斯特林发动机与电池组合，成为新的动力系统，推出混合动力汽车。1968年串联式混动涡轮电动车向世人走来，其动力来自独立的两套传动系统：一台燃油涡轮机和一台电动马达。1975年油电混合动力油电混合动力汽车发展历史1991年1991年奥迪推出“双动力”混合动力汽车，后轮电力驱动前轮汽油驱动。1997年2003年丰田公司发布了世界上第一款量产混合动力车Prius。3年后，它走出日本国门，至今普锐斯是世界上第一个大规模生产的混合动力车辆车款。图为现在的Pri

6、us2003年中东局势紧张，油价飞涨。采用镍氢电池组、搭载THS-II系统、马自达推出RX-8、综合油耗5.1L的普锐斯二代诞生，加上2009年推出的普锐斯三代，至今普锐斯车型销量已突破400万，成为非插电式混合动力汽车的经典。油电混合动力油电混合动力汽车发展历史燃料电池燃料电池汽车发展历史北美20世纪6070年代，就开始将燃料电池用于汽车动力源。欧洲德国奔腾公司和西门子公司合作于1996年推出了装有PEMFC的第二代新型电动车NECARII。2011年奔腾公司研发的3辆燃料电池原型车，横跨4大洲，14个国家，完成绕地球1周的创举。法国开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever”，它以低

7、温储存的氢和空气作燃料，发电功率达20kw，电压为90V。英国于1992年成立国家燃料电池开发中心。右图是燃料电池汽车模型燃料电池燃料电池汽车发展历史亚洲在日本燃料电池系统发展中，丰田公司处以领先地位。日本还发了熔融碳酸盐燃料电池。1992年又开发了质子交换膜燃料电池。 韩国现代已经推出第三代燃料电池电动车ix35如图。亚洲燃料电池燃料电池汽车发展历史我国在“十五”、“863”计划和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下，燃料汽车技术取得重要进展基本掌握了整车、动力系统与关键零部件的核心技术。研制的“超越系列”、“上海牌”、“奔腾”、“志翔”等燃料电池汽车成功服务于2008年北京奥运会和20

8、10年上海世博会。氢发动机氢发动机汽车发展历史宝马氢燃料汽车当今，对于氢发动机研究较为领先的要属宝马汽车公司和马自达汽车公司。1979年，宝马推出第一代氢动力车，2001年推出第六代氢动力车745h，可使用汽油和氢气两种燃料。2006年，宝马展示了全新一代的氢动力汽车Hydrogen7如图。氢发动机氢发动机汽车发展历史马自达氢燃料汽车马自达汽车公司早在1991年就推出第一款氢转子发动机概念车，1993年发布了第二款氢转子概念车HRX2、2003年将氢转子发动机运用到转子发动机RX8上面。1.1.2新能源汽车分类新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式如太阳能、地热能、风能、海洋能、

9、生物质能、核聚变能等。图是利用太阳能发电图是利用风能发电新能源汽车包括；混合动力汽车、纯电动汽车（包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、以及其他新能源汽车（如二甲醚、高效储能器）汽车等各类别产品，见下表。1.1.3新能源汽车技术特点与优势（1）在使用过程中电动车本身不排放污染大气的有害气 体，即使在生产过程中产生的污染较少也易于控制。（2）电力可以从多种一次能源获得，如煤，核能，水力 等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。（3）电动车可以用晚间用电低谷时富余的电力充电，提 高经济效益（4）同样的石油变成汽油和电力来驱动汽车，电力的能 量利用率更高，并且大大减少了二氧化碳的排放。

10、下图是正在充电的特拉斯。纯电动汽车与普通汽车相比优势纯电动汽车特点相对于传统内燃机汽车，纯电动汽车的结构有很大差别，具体组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。通常油电混合是指汽（柴）油和电能的混合有以下优势；（1）可使发动机在最佳的工况区域运行减少了发动机变 工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大大降低。（2）在人口密集的地方可用纯电驱动，实现零排放。 (3）可以通过电动机提供

11、电力，可配备小功率发动机，并 可回收制动和减速时的能量，近一步降低汽车能量的消耗 和排污。油电混合动力汽车优势发动机蓄电池混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越，混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，简单地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。速度甚至达内燃机水平。油电混合汽车特点与纯电动车类似，燃料电池车不会对环境构成污染，并且能够完全摆脱化石燃料的束缚。燃料电池车的工作原理是将氢与空气中的氧发生化学反应，从而产生电能起动电机，进行驱动车辆。燃料电池汽车优势现代iX35燃料电池汽车特点（1）能量转化效率高。燃料电池的能量转换

12、效率可高达6080%，为内燃机的23倍；（2）零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水；（3）氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。 氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水和少量氮氧化合物，对空气污染很少。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。现在有两种；一种是全烧氢汽车，另一种是氢气与汽油混烧的汽车。掺氢汽车可在贫油区工作，能改善发动机的燃烧状况，提高燃料利用率和减轻尾气污染。氢能汽车特点与优势反应原理清洁替代燃料汽车特点与优势 替代燃料汽车是指使用非石油提炼的液化天然气，压缩天然气，醇类

13、燃料，醚类燃料，煤制油及氢气等作为直接燃料的汽车。其特点依然是使用内燃机作为驱动装置，车辆在进行技术和结构改装后，使用性能与普通汽（柴）油车相当。1.1.4新能源汽车发展趋势能源多样化与地域化我国的现有的能源情况大体可分以为；气体燃料液体燃料和电能。气体燃料包括；压缩天然气、液化天然气和液化石油气液体燃料包括；石油、生物柴油、甲醇、乙醇、二甲醚等。电能为二次能源。正是由于这些燃料的不同造就了目前新能源汽车发展的多样化新能源的能量来源广泛能源多样化与地域化新能源汽车可以所在的地区所具有的条件不同，因地制宜比如盛产甲醇的地方大力发展甲醇新能源汽车；一方面占有地域优势，另一方面可以有效的降低成本。我

14、国各区域对甲醇的供销对比图技术平台与系统化动力系统的全新设计；动力系统的集成设计，不是简单地将各个部件进行一个叠加组合，而是需要全新的系统耦合创新设计理念以及包括诸多复杂问题在内的集成问题。如本田IMA系统、丰田THS-II系统。丰田THS-II系统主要由汽油发动机、永磁交流同步电机、发电机、高性能金属氢化物电池盒以及功率控制单元等组成。技术平台与系统化储能系统平台化；为适应新能源汽车在实际运行中苛刻的环境，动力电池也需要进行全新的适应整车的设计；包括乘客和电池安全、通风散热等。下图是Volt电池平台。2011201220132014销售/辆年份113751416纯电动 2713油电混合565

15、51460417917 3038我国汽车销量205290随着环境污染越来越严重以及温室效应、能源危机等问题的日益突出，使得新能源汽车有广阔的前景。20152016201746882011600351006857116011863427 据中国汽车工业协会统计，2017年我国新能源汽车产销量分别为79.4万辆和77.7万辆，同比分别增长53.8%和53.3%。其中，乘用车产销量分别为59.2万辆和57.9万辆（其中，纯电动车全年累计销量448 820辆，占新能源车总量的81%，仍是绝对主导。），同比分别增长71.9%和72%。商用车产销量分别为20.2万辆和19.8万辆，同比分别增长17.4%和

16、16.3%， 截止2017年12月，据测算我国新能源汽车保有量约172.9万辆万辆，其中纯电动汽车保有量接近150万万辆辆，纯电动乘用车保有量80.1万辆万辆。 1.2 电动汽车结构类型引导问题引导问题1： 纯电动汽车的整体汽车结构纯电动汽车的整体汽车结构典型的纯电动汽车整体结构图典型的纯电动汽车整体结构图 电动汽车系统可分为三个子系统：电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统 电力驱动子系统由：电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成； 主能源子系统由主电源（动力电池组）、能量管理系统和充电系统（电池管理系统(BMS)）； 辅助控制子系统：辅助动力源、动力转向系统、空调器

17、、照明装置等部分。 1.2.1 电动汽车电力驱动系统的结构类型引导问题引导问题1： 纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型根据根据电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有不同不同：1）配置多档传动装置和离合器的传统驱动系统配置多档传动装置和离合器的传统驱动系统与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器。只与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器。只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。这种布置可以提这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时电

18、动汽车的后备功率。高电动汽车的起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率。电动机轴与驱动轴相互垂直电动机轴与驱动轴相互垂直根据根据电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有不同不同：1）配置多档传动装置和离合器的传统驱动系统配置多档传动装置和离合器的传统驱动系统宝马宝马Active E动力总成结构透视图动力总成结构透视图从宝马从宝马Active E的的结构，可以看出，结构，可以看出，除保留传统汽车除保留传统汽车所有驱动结构部所有驱动结构部件，完全由电力件，完全由电力发动机及相关动发动机及相关动力部件取代了传力部件取代了传统的发动机和油统的发动机和油

19、箱。箱。引导问题引导问题1： 纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型根据根据电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有不同不同：2）无离合器需求的单档无离合器需求的单档传动装置传动装置此种方式取消了离合器和变速器。但继续沿用当前发动机汽车中的动力传动此种方式取消了离合器和变速器。但继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器装置，只需要一组电动机和逆变器。这种结构依赖于电动机在大范围转速变这种结构依赖于电动机在大范围转速变化中所具有的恒功率特性，可用固定档的齿轮传动装置替代多档变速箱，并化中所具

20、有的恒功率特性，可用固定档的齿轮传动装置替代多档变速箱，并缩减了对离合器的需要。减小机械传动装置的尺寸和重量，且不需要换挡，缩减了对离合器的需要。减小机械传动装置的尺寸和重量，且不需要换挡，简化驱动系的控制。简化驱动系的控制。整体驱动桥式整体驱动桥式引导问题引导问题1： 纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型根据根据电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有不同不同：3）固定）固定档的传动装置和差速器的集成档的传动装置和差速器的集成这种布置方式将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速和这种布置方式将电动机装到驱动

21、轴上，直接由电动机实现变速和差速转换差速转换。电动机轴与驱动轴相互平行电动机轴与驱动轴相互平行引导问题引导问题1： 纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型根据根据电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有不同不同：4）两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置传动装置在这种布置方案中，差速器被两个牵引电动机所替代，双侧独立在这种布置方案中，差速器被两个牵引电动机所替代，双侧独立驱动，转向则通过控制两个电机以不同的转速运转来实现。驱动，转向则通过控制两个电机以不同的转速运转来实现

22、。双电动机整体驱动桥式双电动机整体驱动桥式引导问题引导问题1： 纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型根据根据电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有电动汽车传动形式不同，纯电动汽车的传动方式也有不同不同：5）配置两个独立电动机和固定档传动装置的直接驱动，电机安配置两个独立电动机和固定档传动装置的直接驱动，电机安装在车轮内装在车轮内-轮式驱动。轮式驱动。一个薄型的行星齿轮组可用以降低电机转速，增大转矩。该薄型一个薄型的行星齿轮组可用以降低电机转速，增大转矩。该薄型行星齿轮组具有高减速比，以及输入输出轴纵向配置的优点。行星齿轮组具有高减速比，以及输入输出轴纵向配置的优点。直流驱动式电动轮直流驱动式电动轮引导问题引导问题