第5章 电动车技术

1电动汽车发展背景5.1电动汽车国内外发展情况5.2电动汽车分类5.3电动汽车的优点及技术难点5.4电动汽车的能量管理5.525.1、电动汽车发展背景资源问题环保问题汽车产业结构问题3资源问题

目前，汽车的主要能源为石油。而且石油是一次性能源，具有不可再生性。而其在地球上的储量是有限的。据有关统计，地球上现已经探明可供工业开采的石油储量约l500亿吨。按目前年消耗3O亿吨算，平均开采年限为5O年。石油作为战略物资已引起世界范围内的极大重视。近年来，石油价格猛涨，不能不说有其内在因素在起作用。石油与世界安全密切相关。因此，发展电动汽车，实现汽车工业的可持续发展已形成全世界的共识，并上升为各主要工业化国家的战略问题。高效、节能、低噪声、零排放的电动汽车将会是未来新型的交通工具。4环保问题汽车排出污染物有C0、HC、N0和微粒等，它们会对人类的身体健康造成危害；另外，汽车排出的C02，虽然对人体的健康无害，但它会造成温室效应，破环大自然的生态平衡对大气环境造成严重影响。5汽车与大气污染大气污染源分为很多种，其中交通运输业是最主要的污染源之一，汽车、火车、轮船、飞机等交通工具都需要燃烧燃料，排放废物，对大气造成污染，其中以汽车为甚。6 汽车排放污染物主要来自发动机所排出的废气、曲轴箱的窜气及燃油箱中溢出的燃油蒸汽。其中发动机排出的废气是主要的污染源。7对环境的危害光化学烟雾:汽车尾气中的碳氢化物等在太阳紫外光线照射下发生化学反应,形成浅蓝色烟雾。危害：不但危害人体健康，还会促成酸雨的形成，影响植物生长，影响材料质量，降低大气能见度。8对环境的危害CO2:冰川融化、水位上涨、厄尔尼诺现象等给人类和生物的生存带来了严峻挑战。9汽车产业结构问题面对国外竞争对手的冲击，我国弱小的汽车工业举步维艰，发展新一代汽车，实现产业化，可以促进我国汽车工业实现跨越式发展。因此，电动车的开发有利于调整我国汽车产业结构，提高竞争力，缩短与其他国家的差距。

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中国欧洲其他美国日本中国国内外现状5.2、电动汽车国内外发展情况

11 经历了布什政府最初提倡燃料电池电动车——氢经济的发展，最终于2006年承认燃料电池车10～15年难以产业化，遂改为向“插电式”混合动力车发展。美国可以说是全球电动汽车数量增长最快速的市场。美国 在美国总统奥巴马“2015年100万辆PHEV电动汽车上路”的政策目标推动下,美国境内电动汽车充电站快速增加。虽然目前电动汽车的数量还很少,且其中很大一部分分布在旧金山地区,包括圣荷塞,但该地区将燃油汽车改装成电动汽车的汽车店已供不应求,无法满足市场需求。根据PikeResearch的报告,初步估计2015年之前,全美的电动汽车充电站将超过100万个据点,市场规模可达到2亿美元。12欧盟为加速电动汽车的普及,欧盟各大都会区纷纷推出奖励政策,包括免征豪华车税、减增VAT增值税、免费停车与免费充电等;这些措施都成为欧盟境内电动汽车市场的发展基础,也顺势带动市场对充电设施的需求。法国巴黎是最早将清洁能源汽车引入公交系统的城市。在巴黎市区有大量纯电动公交车参与公共交通运营。为方便市民出行,巴黎市政府拟出了一张“充电站分布图”,市民可以轻松地根据该图找到最近的充电站。2009年6月,欧洲停车行业的2家大公司达成合作,在德国一些大城市的公共停车场中设立电动汽车充电设施。RWE集团将在柏林市中心的20家APCOA自动停车场设置充电桩。该计划将推到汉堡、杜塞尔多夫、法兰克福、斯图加特、慕尼黑等其他大城市。13日本从2008年开始,日本停车场开发公司开展汽车共享业务,把计时收费停车场用作基地,对现有地下停车场进行适当的改造,配备必要的充电设施,收取适当的充电费用。日本大型连锁便利店罗森2009年开始在旗下店铺安装电动汽车的充电桩。充电桩主要为来往于各加盟店间的营业用电动汽车提供电源,普通顾客也能免费使用。东京都及大阪府已完成了充电桩的安装。日本政府表示,为普及电动汽车,东京电力公司带头参与有关的基础建设,2011年东京率先建成200多座充电站,3年后日本电动汽车充电站数量增加到3000座以上。14中国国内的电动汽车充电设施建设目前基本上与国外处于同一起跑线上。北京、上海、杭州、湖南、天津、深圳等地在电动汽车充电设施建设方面起步较早,但只是集中在某些区域,以试点形式运作,存在能源补充耗时较长、数量少、规模小等缺点,大规模、即时的电动汽车能源供给系统尚未建成。152008年北京奥运会期间,由50辆锂离子电池纯电动公交车组成的T84路纯电动公交车队进行了大规模的奥运村、媒体村运行,并配套建设了1个地面充、换电站。该充、换电站目前仍保持着充电规模最大、最早投入运营、运营车辆及行驶里程最多等世界纪录,累计减少排放2万t以上。2009年8月,国家电网上海电力公司投资的国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站——漕溪电动汽车充电站顺利建成。在建设充电站的同时,国家电网公司更是在经营区域内全面推进充电桩建设。为了弥补充电站内充电位有限的问题,国家电网公司还将在繁华地段边、停车场内、风景区等区域配置充电桩,方便客户远距离出行。随着相关规范的出台,充电桩建设步伐将进一步加快,从而可更好地促进电动汽车的示范推广应用及其商业化运作。162012年国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》2015产销量50万辆2020产销量200万辆累计产销量

500万辆2014年国务院印发《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》。指出，积极推进充电设施建设，鼓励公共单位加快内部停车场充电设施建设，将充电设施建设和配套电网建设与改造纳入城市规划，制定动力电池回收利用管理办法，建立动力电池梯级利用和回收管理体系，明确各相关方的责任、权利和义务。2015年，我国新能源汽车产量突破37万辆，成为全球最大新能源汽车市场17定义：电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。分类：电动汽车具体可分为三类：即仅以车载蓄电池为动力源的纯电动汽车，以多个车载动力源提供动力的混合动力电动汽车和以燃料电池为动力的燃料电池汽车。5.3、电动汽车分类18纯电动汽车（PEV）19混合动力汽车（HEV）20燃料电池电动汽车（FCEV）

5.3.1纯电动汽车概述：纯电动汽车不依赖于发动机动力，而由纯电力驱动，可以真正的实现零排放及零污染，是未来电动汽车发展的必然趋势。1.普通纯电动汽车汽车组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工业装置等。其中电力驱动及控制系统是纯电动汽车的核心，也是与内燃机汽车的最大不同点。21驱动电动机电池组充电接口电驱动单元2.电池——电容电动汽车又称电电混合电动车，为蓄电池和超级电容组合而成的动力电源系统作为车辆的动力源，是纯电动车辆的另一种形式。对于电容器+蓄电池+发动机的混合电动车，主要利用好电容器的高功率输入输出特性，对电池的应用电流进行“削峰”，是电池免受大电流冲击，提高整车的功率特性，同时大大延长了电池的使用寿命，提高系统的综合性能和能量效率。22锂蓄电池：体积小、质量比能量和质量比功率高、电压高、无污染等优点，缺点是不能快速充电，可靠性、安全性差，成本高，技术不成熟。23锂离子电池根据正极材料不同，分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池。但无论何种形式的锂离子电池，其工作的基本原理都是一样的。锂离子电池实际上是一种浓差电池，充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入到负极，负极处于富锂状态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给给碳负极，保持负极的电平衡。放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入到正极，正极处于富锂状态。24精确的动力电池模型对电动车电源系统的建模非常重要1.利用模型可以开展电极反应特性的研究，为电极材料、电解液的开发提供帮助2.电池模型是电池设计参考的重要手段之一3.没有足够精确的动力电池模型，不可能开展电动车动力系统的动态特性仿真研究4.精确的动力电池模型是设计动力电池监控和管理系统的基础，特别是SOC的估计根据电极反应过程建立的等效电路模型如下：25对于电池-电容混合电动汽车，超级电容是其另一重要构成部分。超级电容器，又称电化学电容器、双电层电容等，是一种介于普通电容器和电池之间的电化学储能部件。作为一种新的储能原件，填补了传统电容器（如平板电容器、电解电容器）和电池之间的空白，它能提供比普通电容器更高的比能量和比二次电池更高的比功率以及更长的循环寿命，同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。26电化学双电容器是介于普通电容器和蓄电池之间的贮能单元。当电极与电解质溶液相接处时，则在电极和溶液界面形成带电质点在两相间转移，或通过外电路向界面两侧充电，因而两相中都出现了剩余电荷。这些电荷集中在界面两侧，形成双电容，相当于两个电容串联。27超级电容充放电曲线28电力驱动极其控制技术：电动机极其驱动系统是纯电动汽车上的关键部件，对于车用驱动电机，要有调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、效率高且有动态制动强和能量回馈等特性，才能使纯电动汽车具有良好的使用性能。当前，用在纯电动汽车上的驱动电机主要有直流电动机、异步电动机、永磁无刷电动机和开关磁阻电动机四种。29直流电机：30原理图结构图实物图直流电机控制系统：31异步电机及其控制系统32永磁无刷电动机33开关磁阻电动机34纯电动汽车的工作原理：3536常见车型：力帆320纯电动车EV37 这款纯电动轻型车，4门4座设计，采用锂离子动力电池，永磁同步直流电机，百公里耗电10度。电池可以2000次的满充满放，使用寿命为5年，一次充电续驶里程160km，最高时速130km/h，最大功率50kW。在快速充电情况下，15分钟即可充满电池容量的80%。长城自主电动小型车欧拉38海马并联纯电动轿车Mpe39东风风神I-car40 该车型造型独特、设计理念前卫，采用纯电动动力总成，并将在太阳能技术引入。智慧吉利IG可定制动力41 福仕达Me是一款电动车型，这款车型基于城市工况的设计，最高时速为80km/h，续驶里程大于160km；最高时速为120km/h，续驶里程大于200km的技术正在储备。可以用220V的居民用电进行充电。

海马福仕达Me42瑞麒M1-EV

瑞麒M1-EV是奇瑞公司推出的首款高速纯电动汽车，在动力系统方面，整车搭载了336V40KW大功率电驱动系统，配备了40Ah高性能磷酸铁锂电池，使用过程中充电方式对消费者来说也非常的快捷和方便，利用220V民用充电即可，充电时间一般在4-6小时；也还可以进行快速充电，半个小时即可充到电池电量的80%。43

瑞虎3EV

瑞虎3EV采用375V80Ah锂离子电池，动力强劲，采用额定值45KW永磁同步电机，峰值功率可达到90KW,最大扭矩215Nm,0-50Km/h加速时间小于5s,最高车速可达到135km/h。瑞虎3EV使用方便，慢充220V民用电源，一次充电续航里程可达到150公里，充电时间6-8个小时。快速充电在半个小时内即可达到电池充满的80%。44丰田FT-EV45零排放下的驾驶激情：MINIE

MINIE的电力传动系统可产生220牛顿米的最大扭矩，提供8.5秒加速至100公里/小时的加速性能。电子限制的最高车速为152公里/小时。46雪佛兰Volt增程型1.4升电动车47中国纯电动众泰2008EV48上海牌纯电动轿车 竞悦纯电动车型采用400V聚合物离子电池,实现电池管理系统等多项关键技术的突破。最大功率为125KW，百公里加速度为12.6秒，最高时速161公里，最大续航里程为177公里。49指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车： 可消耗的燃料或可再充电能/能量储存装置。5.3.2混合动力电动汽车根据动力系统结构形式可分为以下三类：串联式混合动力汽车（SHEV）：车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。结构特点是发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。另外，动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。50发动机发电机电动机/发电机车轮蓄电池串联式混合动力电动汽车结构图串联式混合动力汽车工作模式：51纯电驱动纯发动机驱动52混合驱动行车充电53制动能量回收停车充电54并联式混合动力汽车（PHEV）：车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。

蓄电池电动机发动机变速器车轮并联式混合动力电动汽车结构图并联式混合动力汽车的工作模式：55纯电驱动纯发动机驱动56混合驱动停车充电57停车充电制动能量回收58混联式混合动力汽车（CHEV）：同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。混联式混合动力电动汽车结构图混联式混合动力驱动系统混联式混合动力汽车工作模式：59纯电驱动串联驱动60发动机单独驱动行车充电61停车充电制动能量回收62并联驱动全加速63 目前那些通常采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。混合动力电动汽车优点：可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。缺点：长距离高速行驶基本不能省油。64混合动力车的国内外发展现状采用串联式插入混合动力技术的帝豪EC7

插入式混合动力作为目前较为成熟的新能源技术，吉利已经完成串联、并联两种方式的技术储备并做好了量产准备，搭载于帝豪EC7上的串联式GPECs系统，采用碳酸铁锂电池和1.0升发动机，纯电动驱动可行驶60公里。采用并联式插入混合动力技术的帝豪EC865 长安混合动力S460是长安汽车主力产品在长期积淀的产品优势上，搭载技术领先、系统成熟的混合动力系统而成，具备比传统微车节油15%的最优油耗性。

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混合动力和悦轿车，采用双动力系统，是一种将控制发电机和电动机两种混合力量相结合的先进技术，不仅降低了油耗及排放，且极大地提高了动力和操纵性能，实现了既可充电又可加油的多种能量补充方式，实现了真正意义上的双动力混合系统。和悦混合动力车，在动力上以电为主，以油为辅，当动力电池电量低于某一定值后，内燃机起动发电机发电，与同类型燃油车相比可降低燃油消耗30%。当内燃机工作时可驱动发电机发电，从而满足整车高速行驶时的电量平衡。在动力方面，和悦混合动力车最高车速能达到每小时120公里，最大爬坡度大于30度，如果纯电力行驶，可驶里程超过50公里。67大众新途锐混合动力版混合动力的途锐使用了一台245kw(329hp)的3.3升V6发动机，配合一台可以产生34kw(46hp)的电动马达，总共产生280kw(375hp)的功率和580N.m的扭矩，百公里加速时间6.5秒，百公里油耗为6.8升。而大众宣称其可以在纯电力驱动模式下，帮助车子加速到48km/h(30mpg)。68奔驰S400hybrid

搭载一款275马力的3.5升V6汽油发动机与一款20马力的电动机，这款S400混合动力车是一款将被大多数人称为“轻型”混合动力车的车型。该车能够获得19mpg市区/24mpg高速路的EPA燃油经济性。而S级车型阵容中的另一款车型S550的燃油经济性为14mpg市区/21mpg高速路的燃油经济性。装备7G-Tronic7速自动变速箱，2010款奔驰S400混合动力车还能够在7.2秒的时间内完成0-62英里/小时的提速过程。最高时速被电子限定在156英里/小时。69凯美瑞混合动力车 这款将环保作为第一指标的2.4L直列四缸VVT-i发动机将压缩比提升至12.5的新高度，辅以输出功率强劲的电动机，实现了超凡脱俗的动力输出，其综合功率可高达140千瓦，百公里加速时间仅为9.5秒；根据广汽丰田的测试显示，60-80km/h的中段加速时间为2.58秒，加速性能足以媲美3.5LV6发动机。70普锐斯PLUG-ihybrid

PRIUSPLUG-INHYBRID的目标是每公升汽油可行驶55公里以上(二氧化碳排放量42g/km以下)，在充满电的情况下作为纯电动车的行驶距离为20km以上。充电时间方面，以100V电源约180分钟，200V电源约100分钟充满为目标。715.3.3燃料电池汽车以燃料电池作为动力电源的汽车。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2-3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。燃料电池与蓄电池的区别:燃料电池是能量转换装置，蓄电池是能量储存装置;燃料电池的放电特性是连续进行的，蓄电池的放电特性是间断进行的。单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。72近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒－克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司在2004年将燃料电池汽车投向市场。以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：零排放或近似零排放。减少了机油泄露带来的水污染。降低了温室气体的排放。提高了燃油经济性。提高了发动机燃烧效率。运行平稳、无噪声。73747576777879长安志翔燃料电池汽车80通用燃料电池汽车81奔驰B级燃料电池车是世界上第一款量产的燃料电池车，它以经过优化的新一代燃料电池系统为基础，结合B级车“三明治”车身结构的特点，已经能够全面满足零排放的日常和长途