十四章-电动汽车概述课件

1、机关事业单位技术工人等级考试教材：汽车驾驶员第十四章 电动汽车概述机关事业单位技术工人等级考试教材：汽车驾驶员第十四章 电动1电动汽车动力用电池2电动汽车电机驱动系统3纯电动汽车目录 CONTENTS1电动汽车动力用电池2电动汽车电机驱动系统3纯电动汽车目录 1.1 动力电池的分类 化学电池是一种直接把化学能转化为电能的电池，也是目前世界上研发得最成功的动力电池。化学电池一般由电极（正极、负极）、电解质、隔膜和容器（外壳）四部分组成，如图14-1所示。1.化学电池图14-1 化学电池的组成1.1 动力电池的分类 化学电池是一种直接把1.1 动力电池的分类 按工作性质不同，化学电池可分为原电池、

2、蓄电池、燃料电池和储备电池，如表14-1所示。1.化学电池表14-1 化学电池分类1.1 动力电池的分类 按工作性质不同，化学1.1 动力电池的分类 物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，利用物理能量制成，其特点是能够在常温常压条件下进行能量转换，如太阳能电池、超级电容、飞轮电池等。2.物理电池1.1 动力电池的分类 物理电池是利用光、热1.1 动力电池的分类 生物电池是利用生物酶、微生物或叶绿素做成的电池，利用生物化学反应发电，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。 迄今已经实用化的车用动力蓄电池有传统的铅酸蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池、锂离子电池。在物理电池领域中，超级电容

3、已应用于电动汽车中。生物燃料电池在车用动力中应用前景也十分广阔，以氢为燃料的燃料电池和氧化物燃料电池的研发已进入重要发展阶段。3.生物电池1.1 动力电池的分类 生物电池是利用生物酶1.2 动力电池的性能指标动力电池应满足要求持续稳定的大电流放电，能够保证汽车保持一定的行驶速度。123有短暂大电流放电的能力，保证汽车在加速、上坡时有足够的动力。能一次性提供足够的能源，保持汽车有一定的行驶里程。1.2 动力电池的性能指标动力电池应满足要求持续稳定的大电1.2 动力电池的性能指标容量放电速率电压能量功率内阻自放电率使用寿命与循环寿命输出效率电池的性能指标1.2 动力电池的性能指标容量放电速率电压能

4、量功率内阻自放1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 电动汽车使用的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池、锂离子电池等。 1）铅酸蓄电池 以酸性水溶液作为电解质的蓄电池称为酸蓄电池。由于酸蓄电池电极是以铅及其氧化物作为材料，故又称为铅酸蓄电池。 铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电池盖、电解液、排气栓和电池外壳等组成，如图14-2所示。图14-2 铅酸蓄电池的结构1电池外壳；2电池盖；3负极柱；4排气栓；5穿壁连接；6汇流条；7负极板；8隔板；9正极板1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 电动1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 铅酸蓄电池的工作原理实际上是化学能与电能的相互转化

5、。铅酸蓄电池将化学能转化为电能而向外供电的过程，称为放电过程；相反，铅酸蓄电池将电能转化为化学能而储存起来的过程，称为充电过程。铅酸蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上是海绵状的纯铅（Pb），电解液是硫酸（H2SO4）水溶液。铅酸蓄电池的充放电过程如图14-3所示。图14-3 铅酸蓄电池的充放电过程1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 铅酸1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 2）镍-镉电池 镍-镉电池是一种碱性蓄电池，也是混合动力汽车首选电池之一。 镍-镉电池的比能量可达到55 W h/kg，比功率可超过225 W/kg，极板强度高，工作电压稳定，能够带电充电，并可以

6、快速充电。镍-镉电池过充电和过放电性能好，有高倍率的放电特性，瞬时脉冲放电率很大，深度放电性能也好；循环使用寿命长，可达到2 000次或7年以上，是铅酸蓄电池的2倍；采用全封闭外壳，可以在真空环境中正常工作；低温性能较好，能够长时间存放。使用时要注意做好回收工作，以免重金属镉造成环境污染。1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 2）1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 3）镍-氢电池 镍-氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点，因而成为世界各国竞相发展的高科技产品之一。镍-氢电池是电动汽车动力电池领域的主流。虽然镍-氢电池在技术上取得了很大突破，

7、但仍有不少因素制约其实际应用，包括高温性能、储存性能、循环寿命、电池组管理系统和热管理等。1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 3）1.3 电动汽车常用动力电池1.蓄电池 4）锂离子电池 锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池，是目前世界最新一代的充电电池。锂离子电池目前有液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两种类型。 锂离子电池有许多显著特点，如工作电压高、比能量高、循环寿命长、自放电率低、无记忆性、可实现快速充电、对环境无污染、能制造成任意形状等。锂离子电池也有一些不足，如成本高、单体电池需要保护线路控制、成组电池需要配套管理系统等。1.3 电动汽车常用动力电池1.

8、蓄电池 4）1.3 电动汽车常用动力电池2.燃料电池 燃料电池是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应时释放出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活体物质（起反应的物质）燃料和氧化剂。由于它是燃料通过化学反应释放出能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 由于汽车是移动式交通工具，因此要求车用燃料电池具有较高的能量密度以及作为车辆所必需的快速启动和动力响应的能力，同时，需要具有成本低、安全性好、寿命长等特点。 燃料电池能量密度极高，接近于汽油和柴油的能量密度，几乎是零污染，号称“终极电池”，代表着电动汽车未来的发展方向，也是各国重点研发的领域之一。但是，燃料电池成本太高，目前离产业化还有较

9、长的路要走。1.3 电动汽车常用动力电池2.燃料电池 燃1.3 电动汽车常用动力电池3.超级电容 超级电容器简称超级电容，又称为双电层电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源，它是介于蓄电池和普通电容器之间的一种新型储能装置。 超级电容是一种电化学元件，主要利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第准电容来实现电荷和能量的储存。 超级电容的主要组成部件有电极、电解质、集电极、隔膜等，如图14-6所示。图14-6 双电层超级电容1.3 电动汽车常用动力电池3.超级电容 超1.3 电动汽车常用动力电

10、池3.超级电容按储能机理的不同分类（1）由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容。（2）采用金属氧化物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容。（3）由导电聚合物作为电极而发生氧化还原反应的电容。1.3 电动汽车常用动力电池3.超级电容按储能机理的不同分1.3 电动汽车常用动力电池4.飞轮电池 飞轮电池是20世纪90年代才提出的新概念电池，目前已发展得较为成熟，它突破了化学电池的局限，用物理方式实现储能，其比功率和比能量远大于化学电池，已成为许多科研工作者的研究重点。 飞轮电池的基本结构如图14-7所示，主要部件有飞轮、轴承、电机、电力电子转换器和真空容器

11、。发电机和电动机通常使用一台电机来实现，通过轴承与飞轮连接在一起。 飞轮电池的工作原理为：对飞轮电池充电时，电机作为电动机运行，由工频电网提供的电能经电力电子转换器驱动电机加速，电机带动飞轮加速储能，能量以机械形式储存在高速旋转的飞轮中，如图14-8所示。1.3 电动汽车常用动力电池4.飞轮电池 飞1.3 电动汽车常用动力电池4.飞轮电池图14-7 飞轮电池的基本结构1.3 电动汽车常用动力电池4.飞轮电池图14-7 飞轮1.3 电动汽车常用动力电池4.飞轮电池图14-8 飞轮电池的工作原理示意图1.3 电动汽车常用动力电池4.飞轮电池图14-8 飞轮1电动汽车动力用电池2电动汽车电机驱动系统

12、3纯电动汽车目录 CONTENTS1电动汽车动力用电池2电动汽车电机驱动系统3纯电动汽车目录 2.1 电动汽车电机驱动系统的组成 电机驱动系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，是新能源汽车的核心部件之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。电动汽车中的燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车和纯电动行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善汽车三大类都要用电动机来驱动车轮能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 电动机驱动系统如图14-9所示，主要由电动机和控制器组成，控制器是电机驱动系统的核心部

13、分。控制器由电力电子器件（如IGBT功率模块）构成的逆变器、逆变驱动器、电源模块、中央控制模块、信号检测模块、软启动模块、保护模块、机械结构、散热系统等构成。2.1 电动汽车电机驱动系统的组成 电机驱动2.1 电动汽车电机驱动系统的组成图14-9 电动机驱动系统的组成2.1 电动汽车电机驱动系统的组成图14-9 电动机驱动2.2 电动汽车对电动机的要求 （1）电动机的运行特性要满足电动汽车的要求：在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车启动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求。 （2）具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载

14、能力强、加速性能好、使用寿命长等特点。 （3）在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高一次充电的续驶里程。 （4）能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳的能量利用率。 （5）可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作。 （6）体积小、质量轻，一般为工业用电动机的1/31/2。 （7）结构简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护。 （8）价格便宜，从而能够减少电动汽车的整体价格，提高性价比。 （9）运行时噪声低，减少污染。2.2 电动汽车对电动机的要求 （1）电动机2.3 电动汽车驱动电动机的种类 电动机的种类很多，用途广泛，功率的覆盖面非常大。而电动汽车所采用的

15、电动机种类较少，功率覆盖面也较窄，只采用了一些符合电动汽车要求的电动机来作为驱动电动机。电动汽车在不同的历史时期采用了不同的电动机，最早是采用了控制性能好和成本较低的直流电动机。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展，交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机显示出比直流电动机更加优越的性能，正在逐步取代直流电动机。图14-10所示为现代电动汽车所采用的各种电动机。2.3 电动汽车驱动电动机的种类 电动机的种2.3 电动汽车驱动电动机的种类图14-10 现代电动汽车所采用的各种电动机2.3 电动汽车驱动电动机的种类图14-10 现代电动汽2.3 电动汽车驱动电动机的种类1.直流电动机 直流

16、电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，是电动机的主要类型之一，具有结构简单、技术成熟、控制容易等特点，在早期的电动汽车中得到了广泛应用。 直流电动机可分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。在电动汽车中，小功率电动机一般采用永磁式直流电动机，大功率电动机一般采用绕组励磁式直流电动机。2.3 电动汽车驱动电动机的种类1.直流电动机 2.3 电动汽车驱动电动机的种类2.交流电动机 交流电动机可分为同步电动机和异步电动机两大类。异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现电能转换为机械能的一种交流电动机。异步交流电动机是各类电动机中应用最广、需求量

17、最大的一种。2.3 电动汽车驱动电动机的种类2.交流电动机 2.3 电动汽车驱动电动机的种类3.永磁电动机 在各类驱动电动机中，永磁电动机具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声等特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，在电动汽车驱动方面具有很好的应用价值。该电动机得到了国内外电动汽车界的高度重视，是最具竞争力的电动汽车驱动电动机系统之一。 现有的永磁电动机可分为永磁直流电动机、永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和永磁混合式电动机四类。其中，后三类没有传统直流电动机的电刷和换向器，故统称为永磁无刷电动机。在电动汽车中，永磁同步电动机应用广泛。2.3 电动汽车驱

18、动电动机的种类3.永磁电动机 2.3 电动汽车驱动电动机的种类4.开关磁阻电动机 开关磁阻电动机驱动系统是高性能机电一体化系统。 开关磁阻电动机作为一种新型调速电动机，有众多优点：调速范围宽、控制灵活，制造和维护方便，运转效率高，具有较强的再生制动能力，结构简单、成本低、制造工艺简单，损耗小，适于频繁启动、停止以及正、反转运行等。 开关磁阻电动机的不足之处主要有：结构简单但设计和控制较复杂；由于开关磁阻电动机磁极端部的严重磁饱和以及磁与沟槽的边缘效应，使得开关磁阻电动机设计和控制要求非常精细；噪声较大。2.3 电动汽车驱动电动机的种类4.开关磁阻电动机 1电动汽车动力用电池2电动汽车电机驱动系统3纯电动汽车目录 CONTENTS1电动汽车动力用电池2电动汽车电机驱动系统3纯电动汽车目录 3.1 纯电动汽车的结构与原理 相比于内燃机汽车，纯电动汽车用电力驱动控制系统取代了发动机，用电子输入装置取代了节气门，用动力电池组取代了油箱，所以，纯电动汽车主要由电力驱动控制系统、底盘、车身以及各种辅助装置组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车类似，不过有些部件根据选择的驱动方式做了相应的改动。 电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能，也是电动汽车的核心，它相当于传统汽车中的发动机，