汽车发动机电控技术 廖发良 第9章 电力驱动汽车技术新

1、汽车发动机电控技术 主编廖发良 第9章电力驱动汽车技术9.1概述9.2电动汽车的结构及原理9.1概述9.1.1电动车辆的类型9.1.2电动车辆的驱动模式9.1.1电动车辆的类型1.纯电动汽车(Electric Vehicle，EV)纯电动汽车是“零污染”的车辆，不需要石油资源，不排放废气，电动机驱动噪声小、易于控制，可以获得良好的稳态特性，没有复杂的传动系统和机械式的逆转装置。2.燃料电池电动车辆(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)1989年，克莱斯勒-彭塔斯塔电子公司制造了一辆燃料电池-铅酸蓄电池混合电力的FCEbus，采用液冷磷酸盐燃料电池，燃料电池的功率为2

2、5kW，铅酸蓄电池的功率为43kW，于1989年末开始试验。3.混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)混合动力电动汽车HEV是一种新型车型，也是一种过渡型车型，在21世纪HEV将会得到迅速地发展。9.1.1电动车辆的类型4.氢发动机汽车德国宝马汽车公司在宝马7系列、V6发动机的轿车上，采用氢气作为氢发动机的燃料，以后又研发H2-R氢发动机汽车。9.1.2电动车辆的驱动模式1.多电源电力混合驱动模式以蓄电池为主要电源，以超级电容器或发动机发电机组为辅助电源的电动车辆称为纯电动车辆；以燃料电池为主要电源，以蓄电池组或超级电容器为辅助电源的电动车辆称为燃料电池电动

3、车辆。(1)EV和FCEV的共同之处：都是以电力作为能源，因此，电力变换系统基本相同。(2)EV和FCEV的不同之处：EV的蓄电池必须由外接电源提供电能，蓄电池的电能是间断供给，EV的行驶状态是间断的，续驶里程受蓄电池SOC限制。2.多动力源动力混合驱动模式以内燃机为主要动力源，以驱动电动机为辅助动力源的电动车辆称为混合动力电动车辆。9.1.2电动车辆的驱动模式表9-1不同类型的电动汽车特征对比9.2电动汽车的结构及原理9.2.1纯电动汽车(EV)9.2.2燃料电池电动汽车(FCEV)9.2.3混合动力电动车辆(HEV)9.2.1纯电动汽车(EV)1.用纯蓄电池作为电力源的EV用单一蓄电池作为

4、电力源的EV只装置了蓄电池组，结构较简单。图9-1用单一蓄电池作为电力源的EV2.装有辅助电力源的EV用单一蓄电池作为电力源的EV，由于蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的重量和体积较大。图9-2装有辅助电力源的EV3.典型应用本田汽车公司的纯电动汽车EV-PLUS(见图9-3)是按9.2.1纯电动汽车(EV)照“零污染”的高度环保性要求来设计，适合于家庭使用的四座轿车，最高车速为130km/h，一次充电的行驶里程210km，电力消耗130kW/km。图9-3本田汽车公司的EV-Plus电动轿车9.2.2燃料电池电动汽车(FCEV)1.以甲醇或汽油等经过改质后产生的氢气为燃料的FCEV以甲醇

5、经过改质后产生的氢气为燃料的FCEV动力系统的组成如图9-4所示。图9-4以甲醇经过改质后产生的氢气为燃料的FCEV2.以氢气为燃料的FCEV以氢气为燃料FCEV是我国和世界多个汽车公司研发的主要FCEV，目前以氢气为燃料的FCEV由于燃料电池的特性，大多数采用了辅助电源来帮助车辆快速起动和回收制动反馈的能量。9.2.2燃料电池电动汽车(FCEV)图9-5以蓄电池为辅助电源的FCEV图9-6以超级电容器为辅助电源的FCEV3.典型应用美国通用汽车公司研制开发的Hydrogen1(氢动1号)燃料电池电动轿车(见图9-7)是以“欧宝-赛飞利(Zafiras)”为原型9.2.2燃料电池电动汽车(FC

6、EV)车开发的燃料电池轿车。图9-7通用汽车公司HydroGen1燃料电池电动汽车1电子驱动设备2燃料电池堆3冷却模块4正极湿度调节器5水泵6散热器7直流/直流转换器8负极湿度调节器9储水罐10冷却液泵11液氢储罐12高压电池13空气滤清器14压缩机15燃烧器/扫气泵9.2.3混合动力电动车辆(HEV)(1)发动机(Engine)：发动机是HEV的一个主要动力源，HEV可以广泛地采用汽油机、柴油机、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等发动机，采用不同的发动机可以组成不同的HEV。(2)ISG电动/发电机(Integrated Starter Generator)：ISG电动/发电机用在HEV上

7、的作用是：发动机起动时作为起动机，带动发动机起动。(3)驱动电动机(Motor)：驱动电动机是HEV的辅助动力源。(4)辅助电源：HEV可以装备各种不同的蓄电池和超级电容器等作为“辅助电源”，储存ISG所发出的电能和车辆在制动时反馈的电能。9.2.3混合动力电动车辆(HEV)(5)HEV的动力混合形式：HEV的动力可以在“动力混合器”中混合，也可以在车轮处混合。2.HEV的类型世界各个汽车公司采用了各种各样的车辆来改装为HEV，组成了多种多样的“混合”形式。(1)串联式(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)：串联式HEV以发动机为主要动力源，在发动机的动力输

8、出轴上装置ISG，相当于发动机的飞轮，然后通过离合器与变速器来驱动车辆，与普通内燃机汽车基本相同。图9-8串联式HEV的布置形式9.2.3混合动力电动车辆(HEV)(2)并联式(Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV)：并联式HEV以发动机和驱动电动机为主要动力总成，发动机是主要动力源，驱动电动机是辅助动力源。图9-9并联式HEV的布置形式a)动力在混合器中混合的PHEVb)动力在车轮处混合的PHEV9.2.3混合动力电动车辆(HEV)(3)混联式(Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV)：混联式HEV以发

9、动机和驱动电动机为主要动力总成，另外在发动机输出轴上还串联或并联一个ISG，发动机是主要动力源，驱动电动机和ISG是辅助动力源。图9-10混联式HEV的布置形式a)动力在混合器中混合的PSHEVb)动力在车轮处混合的PSHEV9.2.3混合动力电动车辆(HEV)3.典型应用丰田汽车公司的普瑞斯Prius牌PSHEV(见图9-11)采用发动机前置，42前轮驱动的驱动系统(FF)的布置形式。图9-11丰田汽车公司的Prius牌混合动力轿车a)外观及位置图b)部件布置图1Atkinson发动机2ISG电机/发电机3蓄电池组4中央控制器5驱动电动机6THSII系统1)PriusII的驱动电动机在0转速时输出400Nm的转矩，用电动机起动，可以使车辆起动迅速，避免发动机的怠速运转，9.2.3混合动力电动车辆(HEV)而且使车辆有良好的加速性能。2)当用驱动电动机驱动车辆的速度达到60km/h后，“THSII”的ECU控制系统会起动发动机，并将电动机的驱动模式自动转换为发动机驱动模式，切换过程十分平稳，驾驶员不须进行任何操作。3)PriusII在车速为85km/h时，发动机和驱动电动机的最大混合功率为82kW；在车速为22km/h时的最大混合转矩为478Nm，大大地改善车辆的动力性能。图9-12丰田PRIUSIIPSHEV运行模式9.2.3混合