电动汽车的构造与原理.

1、第二讲电动汽车的构造与原理2011年10月11日1蓄电池电动汽车(EV)EV是一种晟好的零污染或趨低污染的车辆，它没有 噪声和振动，操作性能好等，远远地优先于燃油汽车， 是当前开发和研制取代燃油汽车的首选车型。EV动力源 釆用蓄电池一电动机系统.1. 1 EV的基本组成部分：(1) 车我电源(2) 电池的管理系统(3) 驱动电动机和驱动系统(4) 控制技术(5) 车身及底盘安全保护系统电动汽*:工作伽:控制耸号建兹-电/遗按 一：枫姻搖1.2 EV的控制策略和控制系统cv摹电动汽车对动力蓄电池的基本要求比能量高；充电技术成熟、时间短：连续放电率髙、自放电率低;适应车辆运行环境：安全可靠：长寿命

2、、免维护。13蓄电池电动汽车的发展EV发展的瓶颈在于电池。近年来由于电 池技术的制约使得EV发展速度有所缓慢。 在车载电源得到解决后，电动汽车必会迅 速地发展。目前EV趋于小型化、个性化和家庭化 发展，主要为家庭辅助用车或休闲用车。1.4几种典型EV世界各国有各种微型和小型EV在使用。法国文图瑞（Vcnmi）公司推出，集各种高端性能于一身, 当今世界上最昂贵的一款电动车。 iunit是部变形車,分當低速行駛時，前、 後輪靠攏，間距收縮 到援短,讓車身挺直,|_乘唯在車匕，人與車 幾乎成為一體,可以 地執直進、退、迴轉2燃料电池电动汽车(FCEV)采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电 动汽

3、车即Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)其 动力源是用燃料电池发动机-电动机系统.燃料电池 驱动系统是FCEV的核心部分，不同燃料作为动力源， 发电机系统组成是有差别的.目前，多以压缩氢气 或液化氢气及作为基本燃料.2. 1介绍几种典型的燃料电池电动车下面分别介绍以氢为燃料和以甲醇为燃料的燃 料电池发动机系统.并介绍通用的一款用氢气作为 燃料的燃料电池电动汽车.驱动电机扛叩外转换器11氢气压力调肖器热殳换盘> s 班?gmr阳池氢气储存罐11电源开关空气加湿上肉f 过池器.卷气循坏泵5冷凝器、汽水分离器HlllliHIIIIIIIIIII箱以宜为燃料的燃料电

4、池发动机系统氢动三号由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产 生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池纽提供氢气.电池纽 所产生的电能输入电动机后.通过功率为60干瓦/82马力三相异 步电机驱动车辆行驶.并几乎不产生任何噪音氢储存垣分为两 种.一种罐内储存的是温度为-253。C的液态氢.另一种罐内储 存的是承受最高压力可达700Pa的高压氢气一次充气行驶里程 介和|可：大40仆小即和77()小甲2.2 FCEV的发展现状燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁 净、高效的发电技术，其具有能量转化效率 高、不污染环境、使用寿命长等不可比拟的 优势。但是由于目前燃料电池研究还没有取 得重大突

5、破，必须解决寿命、成本、稳定性、耐 久性、环境适应性等诸多问题,其中最为关键的 是寿命和成本问题。现在国际上毎辆氢源燃料电 池汽;车的成本，般在100万美元到200万美元之 间，造价的确非常昂贵。燃料电池电动汽车的发 展受到了限制。如繊仪口 s 酬2VM93混合电动汽车（HEV）从世界范围内电动汽车的发展过程看，电动汽车的 研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的。但 由于纯电动汽车是从单独依至蓄电池供电的，而目前动 力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电 动汽车的发展没有达到预期的目的。目前燃料电池研究 还没有取得車大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到 了限制。在此情况下，混合

6、动力汽车成为电动汽车开发过程 中最有可能市场化的一种新车型，它将现有内燃机与一 定容量的储能器件通过先进控制系统相组合，可以大幅 度降低油耗，减少污染物排放“国外普遍认为它是投资 少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、 市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司 的头注93. 1 HEV的工作过程HEV采用发动机-发电机和电动驱动系统° 发动机的动力保证HEV正常行驶时所需要的 基本动力。然后采用控制发动机转速范围、 降低发动机的最高转速、保持发动机的稳 定均衡地运转和“开一关”的控制方式， 使发动机避开启动、怠速和转速突然变化 时，燃料燃烧不完全而引起的燃料经济性

7、降低和增加有害气体的排放。HEV以电动机 驱动作为辅助动力。一般在HEV发动机启动、 车辆启动、加速和爬坡时起作用。还起发 电机的作用，使发动机的动能转换为电能， 储存到电池组中去。3. 2 HEV的主要技术组成发动机 采用四冲程内燃机(包括汽油 机和柴油机)、二冲程内燃机(包括汽油 机和柴油机)、转子发动机、燃气轮机和 斯特林发动机等。(2) 电动机 釆用直流电动机、交流感应电 动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。(3) 电池采用不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等。3. 3按发动机和电动机的不同形式的组合可分为:(1) 串联式混合动力电动汽车(SIIEV)(2) 并联式混合动力电动

8、汽车(PHEV)(a) 发动机轴动力组合式(b) 动力组合器组合式(c) 驱动轮动力组合式(3) 混联式混合动力电动汽车(PSHEV )(a) 动力组合器动力组合式(b) 驱动轮动力组合式日本、美国开展了混合动力电动汽车的研究. 混合动力电动轿车多采用并联和混联的结构型式 不同，混合动力电动公共汽车的结构型式以串联 为主。親韵j£r3力9战)*送力血肚吩耐收IE为：«R力 a)M&*n发龟n«i施电力st 榆力Q)电4代*#增一4舄4權 X氓力01合給含 成FSHEV45 力JtM悅.电/准电©仇 3尢W««力筑行rSHEV初

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12、5%,每100km可节省1L左右的燃料。混合动力系统由最大输出功率为66kW的1.6L柴油 发动机、柴油颗粒过滤器（DPF）、起动器兼交流发 电机、“Stop & Start11系统、DC无刷马达、逆变器 及傑氢充电电池构成。该系统配套使用6速手自一体 变速箱。混合动力系统采用以发动机为主动力、利用 马达进行辅助的并联驱动方式。当车速降到 60km/h以下时，Stop & Start系统就会停丄发动 机工作。马达可通过减速时回收能量来向电池蓄 电，当车速在50km/h以下时仅凭马达行驶.在加 速及电池没电时，便会自动切换至发动机驱动" 为了停止发动机工作后仍可凭借马达

13、行驶，在发 动机与马达之间釆用了干式离合器。马达在连续使用时的额定功率为16kW,可产 生80Nm的扭矩在超车等情况下进行暂时辅助时, 最大输出功率为23kW,最大扭矩为130Nm。马达 与逆变器连接，以21 0 - 380V的电压驱动"在车辆 后部通常用于配备备用轮的位置上配备了由240个 电池单元构成的银氢充电电池。充电电池的容量 为6. 5Ah,普通电庄为288V.仅凭马达可持续行驶 5km。配备柴油混合动力系统的展示车，左为“标致307混合动力 HDi,右为“雪铁龙C4混合动力HDi.雪铁龙C4柴油混合动力系统的构成示意图柴油混合动力系统1-1. 6升Hdi柴油发动机(最大输

14、出功率为66kW)2-柴油机微粒过滤器(DPF)3停车-启动”系统4-电动机(额定功率为16kW) 5- 6速手自一体变速箱6-逆变器7- 低压电池8-动力传输管理单元9-离压电缆10-高压傑氢充电电池(288V)“雪铁龙C4混合动力IILV发动机室混合动力系统布置形式Series hybtid ptopulsiou svstein捋其爭的提 由传发车掘 力间Ml停动动 机动之即时电电 h# tfM w -It - - 1U 刃期根h卩 电实动用或小池 到能粘驶畫 送m和衡行功 输过机平速的 接通眾低机况 ft间发功、电 器zg行发尊 碾接滑坡 控动串”速IAJ爬 机驱器咋减: 电和制$电荻

15、过机控"汽充，仃 通动詰如池速 能发通何电高 电在池Z时向、 典电机率机速动功电加ILT 动整 廉调 使到以达町來IIK4 II 况输 丄的 低和所 和池仃 、调的 起观糸 馨卜 换论况 的运r 见定杂电汽乍发的发. 发动汽和机制步 机癱动机动控起 电矩传別电器乍 发转电电J制汽能iv 动磁是r人控如电内帝 帯电率1的II/附而 机生更相功喙g从 动产此需况率额用况 发机因功机丁功供适匸的发动机的丁作状况不蠻汽车fTttT况的形响.始终右：屋伶的丁作X内邑 定运行.因眈.发动机的斛挤怦和低的怡放指标由J卡电池功华进厅威动功牛的“调妗发型机的功屮只須満足汽乍 布块-矗士丄况行收所畫的功

16、*.冈此“J以壊捋牧小功耶的发动机.发动机9販动桥Z间没仃机械连接.因此対发动机的转建无任何浜求. 发动机的血可选卄高速燃气轮机筹效率高的冰勒机. 发动机打电动机Z河没有机帔连搖聲午的霜构布评口山麼牧大发功机的输出W全部转化为电聽再变为片动汽的机和t,爵玄功半足 够人的发电机和电动机， I!起到R好的功串平制作用.又翌/免电北出规过允电或过放电.窩！? 牧犬容nt的电池.发电a*r机威能转变为电能.电动机柠电能转化为机核能.电池師企电 和放电椰仃施吊撇夫.因此发动机的能母利用來牧低.串联型混合动力汽车发动机能保持在最佳 工作区域内稳定运行的优越性主要表现在 低速、加速等工况，而在汽车屮高速行驶

17、 时，由于其电传动效率低，抵消了发动机 油耗低的优点，因此串联型混合动力汽车 更适合在市内，低速运行的工况；在繁华 的市区，汽车在起步和低速运行时，还可 以关闭发动机，只利用电池输出功率，使 汽车达到零排放的要求。并联式混合动力系统Patallel hybiid propulsioii system其特点是：动力系有两种动力源一发动机和电动机当 汽车加速.爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动系提 供动力；一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发 动机维持该速度。并联式IIEV能设置成用发动机在高速公 路行驶模式，加速时由电动机提供额外动力。这种结构形 式的混合动力汽车较多，如本田IrwixM

18、就属于这种结构。并联式混合动力汽车的发动机功率也是以汽车以某一速度稳定行驶时所需的 功率选定的.当汽车在低速或变工况行驶时.須通过加速踏板和变速器来调 节发动机的功率输出I而在高速行驶时.发动机的输出功率低于汽车行驶时 所需的功率时.由控制器控制电动机协助助力驱动 4型机通过机械传动机构直鮭动为机一吧腿转換損失.两陇发型机输出能城的利用净牧高X汽丁的行皱工况是发功机的 工件盘欄焙行时艮燃油经济性比申联成的髙.I由电动机退行-调*r肘发动机的功华可适刁w小.I刍电机件为时.功屮也可适iMctI 山于仃发功机补龙电絶.比牧小的H1池容腋瓯可衲足便用殻求I 如農铁铸发血机.发电机的功車也可牧小.I

19、由于并取戌功乐後的发功机的运行伏况妥汽巾的行皱丄况的够响血|此在汽Q HWJ况父化较乡孜大时发动机離会比较&地在不Q 1.况|F运行.因就发动机的斤污比巾联式的尬cI 山发皿机种讪桥之何£fi4fr的机帳迤接.工唱通过殳逋柴K来适应|代牟疔U丄况的变化.I 徙劝机和电机并联酗动.还XCVft»W.闪此并联式泡介动力系毁|其传劝机沟栩对比较朝妖。I MIRAWitM'P.发”1机和电机里和红处为的.託連小功牛込”时讨以乂| 闭发劝机.利用电动eiiitr郭劝：疽中成連1ria运行I况.町以只利用| 发功机油厅序动：心途运行戒纫速吋町以利用动力ue裝！r财发动机

20、|并联式混合驰动系统适合在中咼速稳定I况行驶，而在其 他的行驶匸况，由于发动机不在最佳的I作区域运行，发 动机的油耗和排污指标不如串联C并联式混合动力汽车也 可实现零排放控制.在繁华的市区低速运行时,可通过关 闭发动机和使离合器分离.也可使汽车以纯电动方式运行。 但这样需要功率足够大的电机.所需的电池容代也相对大: 在市郊和城间运行时.汽乍经常处中高速平稳运行状态, 而II对排放没右苛刻耍求，并联式驱动系统可以关闭电机 驱动部分，只使用发动机进行驱动。因而，并联式结构适 用于M郊和城间工况,在开发市郊和城间交通匸具时并联 式结构应受到咆视。段电机发*"机算功功車VMM馈功車 J n

21、n ;d 布动 种讹荼辅 这式L为既、机帛 流机电曼 率动和诰联电冃种彖机两瞬 圭衣 可发窃，混联式混1J力系统Senes & Parallel hybrid ptopulston system的力一 式动分主况 雷可常 并它又算源和。它發力 式动，犁动 联流同省主 曳不no为了联置中片机 式电 包需形an, '工.JIN力哂功发机。作驱式化/i:动齿驱 吶出动电桥式联优作对需 旷输骡给动式联鼻的L。此行乍 巩的则送张方混和多统标因兴 1-3机分输竄。式更系H，般Ils 图动部传半主联杂pri ，发制置以为并进下控ks 和。另控装要式了件况的更结公 总 器合主方挥部L放AA田Z

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24、盘瓠鱷疇剜帧但电力/熾油所占比例节油效果百分之十代表车型：奇瑞瑞虎3EV中度混合系统该混合动力条统來用rise系统。与轻度混合动力系统不 同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外,中混合动 力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者人负荷工 况时，电动机能够辅助张动乍轮，从而补充发动机木身动 力输出的不足，从而更好的提同整车的性能。这种系统的 混合程度较高,目前技术已经成熟，应用广泛.完全混合系统（深度混合）该系统采用了高爪（272-650V）启动电机,通过车载电池 供电，电动机町以在启动或巡航过程中，单独驱动车辆行 驶.在加速或者电池能准不足的情况下,再由内燃机单独 或者联介电动机驱动乍辆。

25、与中混合动力系统相比.完全 混合动力系统的混合度更尚-技术的发展将使得完全混合 动力系统逐渐成为混合动力技术的匸耍发展方向（强混合动力系统4大特征全球二大豪华厂商凯迪拉克、宝马和奔驰 联乎推进了一项名为“2NODE”的强混合 动力技术，拥有四大特征：完善的制动回收系统完善的电动助力系统完善的节能起停功能完善的电力驱动系统国外混合动力城市客车的代表车型1 “【MHOLF1 Ons VI!KING卜"桶"Ncm-FIwhdinleCImwIrrHWpu命功力以尿濮必禽KMJN 年MAE SyitemiH»淳合力力瑕桃ADwcESyrtcni114Hybrid Duve

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27、命功力域仃客厳目前国内主要混合动力客乍研发厂家及乍型|r*起合槪成"I久纯电动工第忍份令烈公5F.Q6110HFV 龍诈劝力JKIMKEQ7200HEV握合动力拆4CA6I10HEV电介功力纖1U寓牟*«上押屮沃*牛旳彖公mSWB61I0HKV漫含曲力倉巾客勺K匚金龙仃事和*公司XML6I12PHEV 禺“力"« * 1北n«mr<iK份勺隈公帀BJC1I3C7M4D佩合动力城吊客勺k柴团五桀翼何寓车0漣合Q力 (ISG节出介动力岸联XFF«KiRrtJl UftlH 公用題令型力址山*4«SHr«曲兰象R1

28、起命功力域仃客厳混合动力系统集成技术电池的能量存储及电池管理系统曲里功电必，检 1目 厅的疔能反肚 询乍ILA-以丹冷 “汽而储町H1隈 1IWJ存，设管是常合无Ifn視 讣的口找：% M盘右个玉 so能仅是经儿改 的可不键地卜究 池尽池关後命 电出电的篇成的 仪鸽究够包供 能、乍研欢# 性至术料究缓 电储力技站碧 放是动池盍业 充川介电此术樓 的作混此轅降充 好?因g以池。 门韭：电电价 的电丙度料圾仃评 池于密條矗及 电山程率修卑测此对电池的有效管理及蒂确的SOC估i将为混合动力汽车的动力分配 薔毀皺腳篦屁緇魏舱飜？成札因而电池件混合动力控制单元在混介动力汽午上 热力发动机和电机成为混合小

29、力单心 在并联混 仔动力耗车上.混合劫力单兀通过fJ车希同时山LL可以捉供驱动转矩.因而混介动力单尤町以采用尺寸更小、效率更岛的 热力发动机:在串联混合动力汽竽上.发动机驱动发电机发41以产生 电能.发动机与彳.辆传动系统没右任接的机掖连接.因此混存动力小 兀也町以采川小熨高效的发动机 JL运行丄况可固宦于较小的髙功率Ao料液介町对、排究和处 燃、混、C术低研燃气 幷对术求技降的点用O 热、技要气是机的究 池天性 m *济増然时H发介系的 料还经、必定雯力混縈 燃料术是变k热U暫 和外燃技等初对空 机汕的喷术、伍前与界 动汽尤电技炎目料峻 发单用烧務。燃丛二 彳力采燃Jk动点察：. 执架动机薄

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