电动汽车资料整理本

1、早期电动汽车优势由于蒸汽汽车受到寒冷天气的影响，生产蒸汽的过程非常缓慢，并且每加一次水后的续驶里程没有电动汽车长。汽油机汽车也有许多缺点，如汽油发动机工作性能不好，特别是在寒冷季 节要排出水箱中的冷却水，另外，由于没有消音器，汽车的噪音很大电动汽车概念：以车载电源为动力 用电动机驱动车轮符合道路交通、安全法规各项要球的车辆。分类蓄电池电动汽车（Electric Vehicl）混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle）燃料电池汽 车（Fuel Cell Vehicle）蓄电池电动汽车（以各种不同的蓄电池组成动力电池组储存的电能作为动力源，用周期性的充电来补充电能，用电机驱

2、动的车辆。又称为纯电动汽车。）混合动力电动汽车（根 据特定形式要求从两种或两种以上的能量源、能量储存器或转化器取驱动力的汽车，在运行中至少有一种能量储存器或转化器直接驱动汽车，并且至少有一种能量源、能量储存器或转化器能够传递电能。如内燃机与蓄电池混合，蓄电池与燃料电池混合，蓄电池与超大容量电容混合，蓄电池与超高速飞轮混合等）燃料电池汽车（以燃料电池作为动力系统的汽车。大体上来讲，燃料电池运转像电池。不同于 电池的是燃料电池不会用完且不需要充电。只要燃料被供应，它就会在电和热的形式中产生能量。一个燃料电池由两个电极夹在一个电解液中组合而成。氧气将一个电极和氢气传递给另一个电极，同时产 生电，水和

3、热量。）第二章电动汽车的结构和设计2.1电动汽车的基本结构电动汽车采用了现代汽车的许多总成，但在总体结构、动力传动系统、控制系统等方面具有以下特点：电动汽车各部件的布置有很大的灵活性驱动系统的布置不同使系统结构区别很大，采用不同的电动机 会影响电动汽车的质量、尺寸和形状不同类型的储能装置也会影响其质量、尺寸和形状不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构电动汽车系统可分为三个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：由主能源、能量管理系统和充电系统组成辅助控制子系统由动力转向单元温度控制单元和辅助动力源组成。电力驱动系统的结构形式a.传统的驱动模

4、式：电动机代替发动机，其余仍用传统汽车的传动系，结构复杂，效率低b.电动机-驱动桥组合式：电动机端盖处装有变速齿轮、差速器等驱动总成，形成点击-驱动桥驱动系统c.电动机-驱动桥整体d.电动机分散布置式：电机分开布置，有4X2 4X4两种布置方式，各个车轮同步转动或差速转动由中央控制器的计算机系统控制，腾出空间大，利于总布置储能装置的结构形式a）蓄电池能提供足够高的比能量和比功率，还可以回收再生制动能量；b）种蓄电池能提供足够高的比能量，另一种蓄电池能提供足够高的比功率，都可以回收再生制动能量c）燃料电池能提供 足够高的比能量，氢气储存在车载储气罐内，蓄电池能提供足够高的比功率，还可以回收再生制

5、动能量；d）燃料电池能提供足够高的比能量，氢气由液态燃通过重整器产生，蓄电池能提供足够高 的能量，超高速飞轮与无刷交流电动机的转子相结合，在蓄电池和超高速飞轮之间设有功率转换器e）蓄电池能提供足够高的比能量，超级电容能提供足够高的比功率，还可以回收再生制动能量； 超级电容的电压较低，在蓄电池和超级电容之间设有功率转换器；f）蓄电池能提供足够高的比能量，超高速飞轮能提供足够高的比功率，还可以回收再生制动2.2电动汽车的质量和质心位置汽车质量2.质心位置整车质心位置的变化直接影响其操作稳定性、制动性和平顺性，整车质心高度影响其抗倾覆能力。2.3电动汽车的典型工况和性能指标1.美国采用SAE J22

6、7a试验循环方法，有4种循环工况。2.日本JEVSZ103： 87电动汽车续驶里程试验方法采用城市十工况试验循环。适用于最大总质量不超过3500kg， 最高车速大于等于70km/h的电动汽车3.联合国欧洲经济委员会ECE采用ECE-R15十五工况城市试验循环。4.我国颁布的GB/T 18386-2001电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法，我国对于最大总质量 在 3500-4000kg，按 6工况2.4传动装置电动汽车主要在市区和城郊使用，它的最低稳定车速为3-5km/h，最高车速可达100km/h，其阻力变化范围在6倍以上，而电动机的力矩变化范围不能满足电动汽车的行驶要求。一般采用两挡变 速

7、器即可满足要求。2.5电动汽车的行驶性能1.电动汽车的驱动力Ft=TmIg*I0*机械效率/r 2.电动机的转矩特性Pm=Tm*n/9549 3.行驶阻力汽车的行驶方程式为F=Ft+Fi+Fj+Fw4.电动汽车驱动力行驶阻力平衡图汽车的动力性评价指标有三个，即最 高车速、最大加速度、最大爬破度。根据式（2.1）、电动机的转矩特性和式（2.12），可画出驱动力图。再将不同车速下的滚动阻力、空气阻力和坡道阻力加起来画在驱动力图上，即为电动汽车驱动力行驶阻 力平衡图。F=Fj+Fw2.6电动汽车主电路的负载电流电动汽车在行驶过程中，所受的阻力功率随时都在变化，电动机的输出功率也将随阻力功率的变化而变

8、化。电动汽车主电路中传递的电功率也是在不断变化，但与所受的阻 力功率始终保持平衡。通常，电动汽车在运行过程中，主电路中的电流变化较大，主电路电流的大小不仅影响系统的散热与正常工作而且直接影响蓄电池放电性能与使用寿命，同时影响一次充电后的续驶 里程1.主电路传递的功率电动汽车的主电路是指给电动汽车行驶提供所需能量的电路。当采用交流感应电动机时，电动汽车的主电路是指力蓄电池到逆变器之间的直流电路、以及逆变器与交流感应 电动机之间的交流电路2.7电动汽车的续驶里程电动汽车上动力蓄电池组两次充足电之间的总行程称为电动汽车的续驶里程，以km表示，电动汽车的续驶里程短是电动汽车落后于内燃机汽车的重要原因之

9、一 1.影响电动汽车续驶里程的因素道路的种类、交通状况和环境气候；第三章混合动力电动汽车IEC对HEV的通用定义：由两种以上储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆一般认为：HEV是由内燃机和蓄电池混合驱动的车辆3.1混合动力电动汽车的结构串联式混合动力电动汽车在纯电动模式下，内燃机和发电机一起工作产生所需的电能并联式混合动力电动汽车内燃机和与变速器相连的电动机都通过各自的驱动轴驱动车轮混联式混合动力电动汽车直接将串联和并联相结合（允许功率流双向流动）复合式混合动力电动汽车3.2功率流的控制控制功率的流动，以达到以下目标：最佳燃油经济性，最低排放，最低系统成本,最佳驱动性

10、能设计HEV控制策略时应考虑的主要因素：优化的发动机工作点（最佳燃油经济性、最低排放或二选一）优化的发动机工作曲线（如右图一基于最小燃油消耗），优化的发动机工作区，最小的发动机转速波动限制发动机在最低转速工作,减少发动机开/关次数，合适的荷电状态（SOC）,安全的蓄电池电压，合理分工）第四章电动汽车的电动机驱动系统电动机驱动系统的主要任务是把电能转换为机械能，使汽车前进。电动机驱动系统由电气系统和机械系统组成机械系统由机械传动装置（可选）和车轮组成电气系统是电动机驱动系统的关键，由电动机、功率转换器和电子控制器等组成4.1电动汽车用的各种驱动电动机电动汽车对电动机驱动系统的要求1恒功率输出和高

11、功率密度2在汽车起步和爬坡时具有低速高转矩的特性，以及巡航时的高速低转矩的特性3具有较大的转速范围足以覆盖恒转矩区和恒功率区快速的转矩响应特性在转矩转速特性的较宽范围内具有较高的效率6，再生制动时能量回收效率高7.成本低坚固，能在不同条件下工作；电动汽车用各种驱动电动机分类4.2.电动汽车用的功率电子器件电动汽车用功率电子器件电子控制器有三个功能单元：传感器、中间连接电路与处理器。传感器把测得的数据转变为电信号，并通过中间连接电路输入到处理器。处理器的输出信号驱动功率转转换器在选用电动汽车用功率器件时，必须考虑以下要求：额定值，转换效率，功率损耗，基极/门极的可驱动性，动态特性，成熟性及成本电

12、动汽车用功率转换器功率转换器同频率的有：AC-AD，AC-DC的转换；功率转换器不同频率的有：AC-AC，DC-DC的转换电动汽车逆变器软开关技术控制策略/算法传统的线性控制，如PID，不满足高性能电动机驱动的要求。适应于有：自适应控制，变结构控制VSC，模糊控制FC，神经网络控制NNC第五章电动汽车的能量源电动汽车能量源的主要任务是提供驱动电机的电能。目前，电动汽车的能量源主要有：蓄电池、燃料电池、超级电容器、超高速飞轮。其中蓄电池、超高速飞轮、超级电容为能量储存装置，而燃料电池为 二、燃料电池的种类 磷酸燃料电池PAFC碱性燃料电池AFC熔态碳酸盐燃料电池MCFC固态氧化物燃料电池SOFC

13、固态聚合燃料电池SPFC（质子交换膜燃料电池PEMFC）直接甲醇燃料电池DMFC能量生成装置。5.1蓄电池按电能一化学能一电能一化学能的可逆变换过程来工作，蓄电池是目前以及近期电动汽车能量源的主要选择、蓄电池的主要性能指标1.电压（V）电动汽车的|履涂R云I机II Agk 电动势（电池正负极之间的电位差），开路电压（电池在开路时的端电压），额定电压（标准规定的条件下工作时应达到的电压号工作电压（放电过程显示的电压），截止电压（电池 、,心、A rH 弘日 /iT ZA- rH L 一L ：_ I. f 一 r 低函函5充电状态不宜再继续放电的最低工作电压。）| 口拗实际容量额定容量（按规定的放

14、电条件应该输出的电量）放电率（额定容量/放电虫流）可利用能量（截止工作电压时的放电总能量） 比能量（Wh/kg能量密度（Wh/比功率（w/kg）一单位质量蓄电池所具有的输出能量的速度性（W/L）单位体积蓄电池所具有的输出能量的速度同莎|担硕磴阻式，切i混合电池容量能量（Wh）功率5功率密度65.其他循环寿命-能量源失效前所允许的深放电次数能量源的工作效率一一输出能量与输入能量的百分比岫效率二、目前可用于电动汽车的蓄电池铅酸电池，镍基电池金属空气电池 钠硫电池 钠氯化镍电池 锂离子电池 锂聚合物电池 锌空气电池 铝空气电池5.2燃料电池同普通电池比，燃料电池有显著的优点：燃料电池电动汽车可达到与

15、燃油汽车一样的续驶里程；燃料补充时间短、燃料易获得、工作持久可靠、产生的剩余能量可以再利用、效率高达34%-40%，排放低或零排放、 丁作安静。(Ah蓄电池撤电*数与充电Ah数的百分比五、重整技术和重整器重整技术和重整器是使甲醇、天然气等碳氢化合物转化为氢气的关键技术和关键设备。不同的燃料重整时发生的化学反应和工艺过程都不同，即使同一燃料，采用不同的重整方法时，重整时发生的化 学反应和工艺过程也不同。甲醇就有蒸汽重整法、局部氧化重整法和废气重整法5.3超级电容但目前蓄电池很难在一套能源系统上同时追求高比能量、高比功率和长寿命,这使得电动汽车续驶里程与加速爬坡性能之间存在矛盾。为解决这一矛盾，可

16、以采用两套能源系统，其中主能源提供最佳的续 驶里程，而由辅助能源在加速和爬坡时提供短时的辅助动力。超级电容的特点1.比能量极低，不能单独用作电动汽车的能量源；2.负载均衡，使电池的放电电流减少，从而使电池的可利用能量、使用寿命显著提高；3.可迅速高效地回收再生制动能量超级电容的设计总体原则：如果电动汽车采用蓄电池和超级电容作为混合动力源，则蓄电池的输出功率应与汽车的平均行驶功率需求相当，而超级电容输出的功率应高于平均行驶功率，并可回收再生 制动能量。5.4超高速飞轮超高速飞轮具有高比能量、高比功率、长循环寿命、高能量效率、能快速充电、免维护和良好的性能价格比等优点。超高速飞轮可以作辅助能源，在

17、汽车匀速行驶或再生制动时充电储能，在汽车起动、加 速、爬坡时发电并输出峰值功率。另外超高速飞轮还可以单独作电动汽车的能量源。5.5能量源的混合运用由于蓄电池、燃料电池、超级电容器和超高速飞轮中的任何一种能量源不能同时提供高比能量和高比功率，因此，单独使用难以满足电动汽车的使用要求。第六章电动汽车的辅助系统除了与燃油车相同的辅助系统，电动汽车还有独有的辅助系统，如蓄电池充电器、电池管理系统（BMS）、再生制动系统等。所有的辅助系统都涉及到电能的控制，所以能量管理系统EMS在电动汽车上起着非常重要的作用。EMS通过传感器采集各子系统的运行数据，选择蓄电池的充电方案、显示蓄电池的SOC、预测剩余行驶

18、里程、调节车内的温度、调节车灯的亮度、回收再生制动能量为蓄电池充电。蓄电池的特性放电特性：在放电过程中，蓄电池内部发生电化学反应，储存的化学能转化为可用的电能，放电过程通常以电池的电流和电压为特征。蓄电池的端电压随着放电率和放电时间的增加而下降；蓄电池的可用容量随着放电率的增加而下降。除了放电率外，温度对电池的放电特性影响也很大，对电池的端电压和可利用容量的影响尤为突出。蓄电池的端电压和可利用容量随着温度的降低而下降。（温度的下降会引起电池内部活性物质的活性下降和电池内阻的增加。但温度过高也会引起电池内部活性物质减少，导致电池的可利用容量降低。）电池的老化也会影响电池的端电压和可利用容量。（当

19、电池的充放电次数达到循环寿命时，电池的端电压和可利用容量会迅速下降。但相对放电率和温度而言，老化对电池的影响要小得多。）充电特性：蓄电池充电时，其充电特性随着充电电流、充电时间、和温度而变化。不同的蓄电池其充电特性曲线不同。根据电压和电流的不同，蓄电池的充电方法分为电压控制型充电、电流控制型充电、电压和电流控制型充电。铅酸电池铅酸电池的一般在任何充电率下充电时都不会产生过度的冒气、过电压或过热，在充电初期，可以用大电流对其充电，当蓄电池基本充满时，充电电流必须限制在安全的范围内。目前的电动汽车铅酸电池采用一种多步恒流的充电方式：第一步的充电率为洗，直到冒气电压，然后切断充电电流，使电池的端电压

20、下降到预设值2.2V。第二步、第三步的充电电流为第一步的75%和50%，一到冒气电压，立即停止。第四步的充电电流为第一步的25%，充电过程一直持续到电池电压在15min内不再上升。第五步为脉冲均衡充电过程，充电电流为第一步的25%。当电池的端电压下降到预设值2.13V时，脉冲均衡充电开始，充电过程一直持续到电池电压在10min内没有明显上升。脉冲均衡充电重复 三次。第六步为涓流充电，充电电流为第一步的25%或用C/100的充电率。当电池的端电压低于2.13V时，涓电流充电就开始，充电过程一直持续到电池电压在5min内没有明显上升。镍镉电池开关充电法：首先采用1C充电率充电，当电池电压达到预定上

21、限1.5v时，停止充电，使电池的端电压下降到预设值1.36V时，重新采用1C充电率充电。重复该过程，使蓄电池始终保持100%SOC 状态，充电持续的时间逐渐减少。注意：温度上升时，上、下限电压调整系数为-4mv/ C。镣氢电池对过充非常敏感，应限制充电电流，避免出现过度温升。镣氢电池采用零电压降法、温度控制法和温升控制法在过充之前终止充电过程的充电方法。其中温升控制法最好，即TC/min作为停止充电的条件。锂离子电池锂离子电池比较典型的一种充电方式是多步恒流。开始时，充电电流维持在一个额定值，直到电池组中每个单体电池的电压都达到接近满充时的电压值，接着采用较低的恒流进行充电，这个过程不断重复，

22、直到充电电流减小到预定的最小值，再用最小充电电流充电一段时间。蓄电池充电器根据充电器的位置分为车载和非车载充电器车载充电器：一般设计为小功率，体积小、质量轻(5kg)，利用车内线路网络进行通讯，充电方式预先定义好。充电时间一般为5-8h。非车载充电器：一般设计为大功率，没有体积、质量的限制，通过电线或无线电进行通讯，根据电池管理系统提供的关于电池的信息选择合适的充电方式。根据充电时能量转换方式分为接触式和感应式接触式充电器：采用插头与插座的金属接触来导电，技术成熟、工艺简单、成本低廉。感应充电器：利用高频变压器原理，将50-60HZ的市电转换成80-300HZ的高频电，然后将高频交流电从充电器

23、感应到电动汽车上。可以在任何天气条件下安全充电，但成本高，充电时有感应损耗。6.3蓄电池的监测和管理蓄电池管理系统BMS:一般由测量电压、电流、温度传感器、一个带微处理器的控制单元、一些输入/输出接口组成。用来监测蓄电池的电压、电流和温度，预测蓄电池的SOC和剩余行驶里程，避免 蓄电池过充、过放、过热和单体电池间电压严重不平衡现象。测量 C It或直接显示SOC的几种方法：密度法：蓄电池电解液浓度的变化引起其密度的变化，相应地引起SOC的变化。用液体密度计来测量电解液的密度。当蓄电池密封或连续工作时无法使用该方法。开路电压法OCV:有些蓄电池的SOC会随OCV的变化而出现明显变化。一般蓄电池的

24、在充放电之后12h，OCV才能稳定。恒定电流电压法：假定负载电流不变，则负载电压与OCV成正比，从而可以估计SOC。不适用于电动汽车负载变化的情况。安培小时法：以安培、小时简单计算从蓄电池输出、输入的能量，根据Peukert方程算出的蓄电池的总容量，就可以算出SOC。这种方法短时估计精度较好，长时间误差较大。直接确定蓄电池有效容量(BAC)法：利用神经网络和模糊逻辑学原理，将蓄电池变化的电流、温度以及老化等因素全部考虑在内。有利于电动汽车的实时应用。蓄电池的管理方法和管理装置蓄电池管理装置的功能：通过在线监测电池的电压、电流和温度，避免电池过充、过放、过热和单体电池间电压严重不平衡现象。控制单

25、体电池之间电压变化的三种方法均衡充电法：采用脉冲电流将所有的电池都充满。适用于所有种类的蓄电池正常充电。分路电流法：当电池组充电时,分流电路就会分流对应的充电电流。适用于蓄电池的快充,尤其对于过充敏感的锂离子电池。开关电容平衡器法：平衡所有电池组之间的电压。6.5再生制动系统再生制动系统是电动汽车独有的。当电动汽车在减速、放松加速踏板巡航、踩下制动踏板时，系统启动。在电动汽车中，再生制动和液压制动系统共存。只有当再生制动系统已达到了最大制动能力，但还不能满足制动要求时，液压制动系统才起作用。再生制动系统的结构再生-液压制动系统工作原理：当制动踏板被踩下时，电泵使液压调压器产生所需的制动力。制动

26、控制与电动机控制协调工作，确定再生制动力矩和液压制动力。再生制动时，再生制动控制回收再生 制动能量，给蓄电池充电。ABS及其控制阀的作用与传统汽车上的相同，作用是在制动过程中防止车轮完全抱死。制动控制电动汽车的总制动力矩是再生制动力矩和液压制动力矩之和。制动控制的目的：保持最大的再生制动力矩的同时，为驾驶员提供与燃油车相同的制动感。采用再生制动可节约近20%的能量。6.6 温度控制单元空调器电动汽车的空调器必须专门设计，应同时具有制冷和加热的功能。对电动汽车空调器的要求：效率高；结构紧凑；质量轻；成本低；噪音小；能在各种气候条件下工作。采用涡轮压缩机，噪音和振动小，可靠性高。涡轮压缩机驱动电机

27、采用带逆变器的永磁无刷电机效率高。风扇电机采用带逆变器的永磁无刷变速电机驱动，还可以将逆变器直接嵌在电机内。采用分布式微控制器来控制风扇和压缩机电机的转速、监测温度、选择运行模式、管理数据和进行系统保护与显示等。制冷剂采用不会破坏臭氧层、制冷和加热能力更有效的HFC R-407C。第七章电动汽车的基础设施建设电动汽车即将全面进入商业化阶段，为配合电动汽车的普及，必须发展电动汽车的基础设施建设。建设过程中需注意以下方面：使用方便的充电站；充电收费简便易行；电动汽车用蓄电池和充电方式的标准化；制定安全清洁的充电法规；对电动汽车用户的宣传教育和培训；电力的供应。7.1充电系统电动汽车充电系统的设计主

28、要取决于给蓄电池充电时的充电电流的等级。充电电流等级：正常充电电流，约为15A中等充电电流，约30A60A快速充电电流，为150A400A7.2收费系统家用充电设施可视为一种家用电器设备，现有的收费方法可以直接使用。公共充电收费系统可分为4种情况：停车和充电分开收费；只收充电费，不收停车费;只收停车费，不收充电费；停车和充电实行单向收费。7.4对电力系统的影响1.正面影响：如果用低谷点充电或夜间充电，可以提高供电设施的实际利用率。2.负面影响：充电器是非线性装置，会对电力系统产生谐波污染，而且在用电高峰期充电时，会加重电力系统的负担。第八章电动汽车的能源和排放8.1由动汽车的能源电动汽车除能源

29、多样性以外的另一个优点是能源利用效率高。电动汽车还可以通过再生制动使能量利用效率进一步提高20%。8.2电动汽车的排放第九章电动汽车的现状和发展趋势9.1电动汽车的技术水平人们除了注重于EV、FCEV和HEV的商业化外，还致力于提高电动汽车的技术水平。9.2发展电动汽车目前存在的主要问题一次充电续驶里程太短蓄电池的比能量和能量密度比燃油低得多，普通的铅酸蓄电池的比能量仅为3045Wh/kg,比能量最高的Al/Air电池也仅为190250 Wh/kg，而燃油的比能量为1100Wh/kg。成本太高电池的比能量低，不得不装用大量电池以达到所需的行驶里程；电池的循环寿命短，更换率高，普通的铅酸蓄电池的

30、循环寿命为400600次；电动机、调节器的产量低、成本高。多数电池的充电时间较长多数阀控式铅酸蓄电池可以承受快速充电制度(50%SOC,5min; 80%SOC,15 min ).国外已将快速充电方法由单组电池扩展应用到整个电池组，并且在车载情况下进行试验。但大多电池的充电时间 较长，通常为610h，给用户带来不便。 辅助机构开发较迟缓如蓄电池的监测管理系统等。9.3电动汽车的关键技术1.车身设计电动汽车的车身设计有两种方法，一是改装，另一种是专门设计制造。对小批量而言，改装方法较经济，但大部分改装车有自重较大，重心位置较高和质量分配不合理等缺点。专门设计时，对影响整车性能的参数需进一步改进，如减轻整车质量，降低风阻系数和减小滚动阻力等。电动机驱动系统该系统的主要任务是把电能转换为机