现代汽车安全技术-5章电动汽车安全技术-简

1、 朱明工作室zhubob 主讲:朱明高级技师、经济师 , 工程师 高级技能专业教师 朱明工作室 zhubob 5. 1 电动汽车概述5. 1. 1 电动汽车的发展概述1831年法拉第研制成功世界上第一台旋转直流电机。1834年苏格兰人 ThomasDavenport 研制成功不可充电蓄电池电动三 轮车。1859年法国人 GastonPlante 发明可充电铅酸蓄电池。 ,1881年法国工程师 GustaveTrouve 研制成功世界上第一辆可充电铅 酸蓄电池电动三轮机动车 (也有人认为 1873年英国人 RobertDavishen 研 制成功第一辆电动机动车 。1882年英国 W . E .

2、 Ayrton 和 John . Perry 两位教授组装成功世界上 第二辆电动机动车。1886年, FrankSprague 设计生产了有轨电车。从此,电动汽车变得 流行起来,并且在当时车辆运输中起着很重要的作用。美国 1900年销售的 4 200辆汽车中有 38 %是电动汽车, 22%是燃油汽车, 40%是蒸汽机汽车。 1912早期电动 汽车发展到鼎盛,仅美国电动汽车即达 3. 4万辆。 1915年美国电动汽车 的产量达 5000辆。 朱明工作室zhubob电动汽车历史 在 20世纪早期,电动汽车在美国的销售 量曾大于燃油汽车。通用汽车的第一辆 电动汽车可以追溯到 1912年。但当时只 有

3、少数电动汽车每次充电后可以行驶超 过 50英里,并且人们要花一天时间给它 们充电。 朱明工作室zhubob重视电动汽车的研制和开发各汽车大国十分重视电动汽车的研制和开发,不仅注入 巨额资金,而且给予特殊的政策优惠。如美国, 购买 1辆电动汽车可从联邦政府获得 10%(不 超过 4000美元 的补贴,从地方政府获得 5000美元的补 贴。 法国 2000年投人 15亿法郎发展电动汽车 10万辆,政 府成立部级协调小组,总理和部长带头坐电动汽车上班。 规定每生产 1辆电动汽车,电力公司要补贴生产厂家 1万 法郎,行政机关和地方团体每新购 1辆电动汽车,由环保 和能源控制署补贴 8千法郎,私人购买电

4、动汽车可获得政 府补贴 5000法郎。在公司服务的电动汽车,减免各种地 方税收。英国 规定电动汽车免缴牌照费和养路费,夜间充电减 免 2/3电费。 朱明工作室zhubob电动汽车与燃油汽车的能源消费比较 朱明工作室 zhubob 朱明工作室 zhubob电动汽车 优点与缺点(1优点利用电池里储存的电能行驶 , 因此行驶 过程完全不排出气体。振动和噪音很小 , 是一种很安静的车辆。 减速时能回收能量 , 因而效率高。由于利用电能 , 不一定必须依靠石油。 朱明工作室 zhubob电动汽车 优点与缺点(2缺点 行驶距离短且载重量少等 , 用途受到限制。 当今由于产量少、电池价格高等原因 , EV

5、价格也高。 充电需耗费时间 (充电时间 48小时 。由此 可见EV虽然与内燃机汽车 (简称ICEV 相 比对环境等方面有优越的一面 , 但是在价格与 使用方便等方面仍存在问题。然而考虑到环境 以及能源问题 , 它应被看作能够对社会作出贡 献的一种车辆。 朱明工作室 zhubob5. 1. 2 电动汽车的结构电动汽车是指纯电动汽车、混合动力 (电动 汽 车和燃料电池电动汽车的总称。 1. 纯电动汽车 指由电动机驱动的汽车。电动 机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他 易携带能源储存的装置。 2. 混合动力 (电动 汽车 ,能够至少从下述两 类车载储存的能量中获得动力的汽车:可消 耗的燃料;可再

6、充电能/能量储存装置,包 括串联式混合动力 (电动 汽车、并联式混合动 力 (电动 汽车、混联式混合动力 (电动 汽车。 3. 燃料电池电动汽车, 以燃料电池为电源的 电动汽车。 朱明工作室zhubob 朱明工作室 zhubob 朱明工作室zhubob 朱明工作室zhubob 朱明工作室 zhubob电动汽车具有的特点 电动汽车与传统汽车一样也是由动力装置、底 盘、车身和电器设备等四个部分组成。电动汽车具有以下独特的特点: 1. 电动汽车的能量主要通过柔性的电线而不 是通过刚性联轴器和转轴传递的;2. 电动汽车驱动系统的布置不同 (如独立的 四轮驱动系统和轮毂电机驱动系统 会 使系统 结构区别

7、很大; 3. 采用不同的电动机、不同类型的储能装置 会影响到电动汽车的质量、尺寸和形状。 朱明工作室 zhubob电动汽车系统 电动汽车系统可分为三个子系统,即电力驱动 子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。 电力驱动子系统又由电控单元、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、能量管理系统和充电系统 构成;辅助控制子系统具有动力转向、温度控 制和辅助动力供给等功能。现代电动汽车很多 采用三相交流感应电动机,相应的功率转换器 采用脉宽调制逆变器,机械变速传动系统一般 采用固定速比的减速器与差速器, 典型结构如图 5 1。朱明工作室zhubob电动汽车系统 典型结

8、构如图 5 1。 朱明工作室zhubob电动汽车系统典型结构如图 5 1。 在图中,双线表示机械连接,粗线表示电气 连接;细线表示控制信号连接,线上的箭头表 示电功率和控制信号流动的方向。根据从制动 踏板和加速踏板输人的信号,电子控制器发出 相应的控制指令来控制功率转换器的功率装置 的通断,从而调节电动机和电源之间的功率流。 当电动汽车制动时,再生制动的能源被电源吸 收,此时功率流的方向要反向。能量管理系统 和电控系统一起控制再生制动及其能量的回 收,能量管理系统和充电器一起控制充电并监 测电源使用情况。辅助动力供给系统主要给动 力转向、空调、制动及其他辅助装置提供动力。 朱明工作室zhubo

9、bHEV 动力总成的基本构成及分类现在国际上通用的混合动力汽车分类是按照驱动布 置形式的不同来划分:串联式,并联式和混联式 三大类。机械功率进行合成的方式的不同: 扭矩合成式;功率合成式; 牵引力合成式按照内燃机占整个系统功率的比例大小变化,HEV 分为两种典型的类型:电量消耗型和电量保持型 朱明工作室zhubob电动汽车六种不同结构形式。根据不同的电力驱动系统,可将电动汽车分为如图 5 2六种不同结 构形式。图 5 2(a由发动机前置前轮驱动的燃油车发展而来,结构和性 能类似燃油车。图 5 2(b由于没有离合器和可选的变速档位,不能提供理想的 转矩/转速特性,不适合使用发动机的燃油汽车。图

10、5 2(c与发动机横向前置前轮驱动的燃油汽车布置方法类似, 在小型电动汽车上应用最普遍。图 5 2(d采用两个电动机通过固定速比的减速器分别驱动两个 车轮,便于实现电子差速,因此不必选用机械差速器。图 5 2(e将上述电动机安装在车轮里面,称为轮毂电动机,可 进一步缩短电动机到驱动车轮的传递路径。图 5-2(f表示使用了另外一种轮毂电动机的电动汽车结构。采用 低速外转子电动机,彻底去掉机械减速齿轮箱,电动机的外转子直 接安装在车轮的轮缘上,车轮转速和电动汽车的车速完全取决于电 动汽车的转速控制。轮毂电动机的结构如图 5 3。 朱明工作室zhubob电动汽车六种不同结构形式图 52(a由发动机前

11、置前轮驱动 图 52(b由于没有离合器和可选的变速档位 图 52(c与发动机 横向前置前轮驱图 52(d采用两个电动机 通过固定速比的减速器分别 驱动两个车轮 图 52(e将上述电动机安装 在车轮里面,称为轮毂电动机 图 5-2(f表示使用了另外一种 轮毂电动机的电动汽车结构 朱明工作室zhubob图 5-2(f 另外一种轮毂电动机的电动汽车结构 朱明工作室zhubob电驱动的储能方式电池 电容 燃料电池 飞轮电池重整置氢 朱明工作室zhubob.2000年通用EV1车型 2000通用EV 1燃料消耗 (kW/hr每 100英里 镍金属氢化物电池组 34 城市/30 公路 扭矩 150 Nm/

12、7000 rpm车身总重 290磅最大速度 电子调节最高速度80mph 最大行驶里 程 55-95英里或75-130英里 0-60公里 加速9秒充电时间5.5-6小时或6-8小时 朱明工作室zhubob澳大利亚世界太阳能挑战赛世界太阳能挑战赛是太阳能汽车赛事中历 史最久、声望 最高的一项,也是最牵动人心的科学冒险活动之一。 42辆造型古怪的汽车从澳大利 亚北岸的达尔文出发, 沿全长 3000公里的斯图亚特高速公路 南下, 5至 6天之内抵达南岸 的 阿德莱德,其间不耗费一滴汽 油。 朱明工作室zhubob太阳能 太阳能汽车 朱明工作室zhubob太阳能汽车-TOYOTA 朱明工作室zhubob

13、.太阳能电池板的面积自然是越大越好,而车子 的总重量则是越小越好。赛车形状都大同小异:扁扁的、矮 矮的,结构 尽量简单,恨不得除了电池板和轮子之外什么 也没有, 连发动机也是内置在车轮里的。车手在狭小的驾驶舱里躺着开车, 可以想象, 这烈日下的 3000公里一定是相当不舒服的。荷兰 Delft 技术大学的 Nuna 获得了 2001年冠军, 总计 用时 32小时 39分钟。行驶距离:2998公里 平均时速更高达 91.81公里,最高时速 130公 里 ,不可谓不惊人。太阳能汽车 朱明工作室 zhubob . 朱明工作室zhubob. .氢能驱动汽车 朱明工作室zhubob 燃料电池工厂天然气制

14、氢 朱明工作室 zhubob混合动力车(HEV的 特征、现状及开发状况 混合动力车的基本概念混合动力车(英 文缩写为HEV是指在同一辆汽车中 同时采用了电动马达和燃料发动机的新 型汽车。混合动力车以降低油耗和控制 尾气排放为主要目标 朱明工作室 zhubob混合动力车的技术经济特点 : (1混合动力汽车的开发生产 , 并不要求大规模改变现 有汽车工业的产业结构和生产装备 ;(2混合动力汽车的普遍使用 , 并不要求改变现有燃油 汽车的能源(石油燃料的生产供应体系 ; (3混合动力汽车的普遍使用 , 并不要求司机改变已有 的驾驶习惯 ;(4可以大幅度降低尾气有害排放 (减少50%90% , 减少

15、一半 油耗 , 使用户得到切 切实实的经济利益 , 价格虽比传统汽车高一些 , 但有政府 的政策支持 , 用户完全可以接受。 朱明工作室 zhubob混合动力技术对节能的作用 (1 稳定发动机工作点,改善发动机运转范围发动机只 限于高效率、高扭矩转速范围内使用。利于采用 “ ATKINSON ” 循环发动机技术 , 同时确保低油耗和低排放。 (2停车时及轻负荷行驶时发动机停止运转 , 在轻负荷 工况下只由电机驱动车辆行驶 , 从而确保低油耗与低排 放。 (3 制动过程中将运动的机械能转换为电能 , 并回收到 混合动力车用蓄电池中这种过程称为再生能量制动。 朱明工作室 zhubob稳定发动机工作

16、点. 油耗增加方向 朱明工作室 zhubobHEV 动力总成的基本构成及分类 机械功率进行合成的方式的不同:扭矩合成式;功率合成式; 牵引力合成式 现在国际上通用的混合动力汽车分类是按照驱动布 置形式的不同来划分:串联式,并联式和混联式 三大类。 按照内燃机占整个系统功率的比例大小变化,HEV 分为两种典型的类型:电量消耗型和电量保持型 朱明工作室zhubob电动汽车六种不同电力驱动系统结构形式。根据不同的电力驱动系统,可将电动汽车分为如图 5 2六种不同结 构形式。图 5 2(a由发动机前置前轮驱动的燃油车发展而来,结构和性 能类似燃油车。图 5 2(b由于没有离合器和可选的变速档位,不能提

17、供理想的 转矩/转速特性,不适合使用发动机的燃油汽车。图 5 2(c与发动机横向前置前轮驱动的燃油汽车布置方法类似, 在小型电动汽车上应用最普遍。图 5 2(d采用两个电动机通过固定速比的减速器分别驱动两个 车轮,便于实现电子差速,因此不必选用机械差速器。图 5 2(e将上述电动机安装在车轮里面,称为轮毂电动机,可 进一步缩短电动机到驱动车轮的传递路径。图 5-2(f表示使用了另外一种轮毂电动机的电动汽车结构。采用 低速外转子电动机,彻底去掉机械减速齿轮箱,电动机的外转子直 接安装在车轮的轮缘上,车轮转速和电动汽车的车速完全取决于电 动汽车的转速控制。轮毂电动机的结构如图 5 3。 朱明工作室

18、zhubob电动汽车六种不同结构形式图 52(a由发动机前置前轮驱动 图 52(b由于没有离合器和可选的变速档位 图 52(c与发动机 横向前置前轮驱图 52(d采用两个电动机 通过固定速比的减速器分别 驱动两个车轮 图 52(e将上述电动机安装 在车轮里面,称为轮毂电动机 图 5-2(f表示使用了另外一种 轮毂电动机的电动汽车结构 朱明工作室zhubob图 5-2(f 另外一种轮毂电动机的电动汽车结构 朱明工作室zhubob六种典型的电动汽车结构采用不同类型的储能装置,如不同的蓄电池、燃料电 池、超大电容和高速飞轮等,将构成六种典型的电动 汽车结构,如图 5-4。混合动力电动汽车分类主要有三

19、种:串联式、并联 式和混联式, 2000年延伸出复合式,如 串联式是 混合动力电动汽车中最简单的一种,发动 机输出的机械能首先通过发电机转化为电能,转化后 的电能一部分用来给蓄电池充电,另一部分经由电动 机和传动装置驱动车轮。和燃油车相比,它是发动机辅助型的电动汽车。如果串联混合型电动汽车设计时考虑爬长坡,为提 供最大功率的发动机、发电机和电动机三个驱动装置 的尺寸就会很大,如果用作短途运行如当通勤车或用于购物,相应的 内燃机 发电机装置应采用低功率的。 朱明工作室zhubob图 5 4 储能装置的结构形式串联式并联式并联式混联式混联式混联式 朱明工作室zhubob串联式混合动力方案 发动机 -发电机 -直流母线 -电动机 -驱动桥 朱明工作室zhubob并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车 采用发动机和电动机两套独 立的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车 轮,可以采用发动机单独驱动、电力