清洁燃料汽车-电动汽车

第五章电动汽车（ＥＶ） 第一节概述一、电动汽车的发展产生：1859年，法国人Plante发明了蓄电池为电动汽车的发展创造了条件。1881年法国工程师Gustavetrouve研制了世界上第一辆可充电铅酸电动电池三轮车；1890年、1899年、1900年，美国、法国、德国相继制造了电动汽车，1912年美国生产了大量电动汽车，使电动汽车的保有量占38%，而内燃机汽车占22%。1895年~1915年是电动汽车的黄金时代。1912年美国工程师CharlesKettering发明了起动机，以及四乙基铅抗暴剂的发明，促进了内燃机汽车的发展，另外电动汽车的储能问题，从1915年到20世纪六、七十年代，电动汽车的发展几乎停滞。EV—主要是指由蓄电池供电的电动汽车复苏和发展：20世纪60、70年代，汽车的污染和石油危机，推动了电动汽车的发展。1975年出现第一辆汽油-电动混合动力汽车；1986年福特公司开发了ETX-Ⅰ、Ⅱ型电动汽车；1990年福特开发了“冲击牌”电动汽车，最高车速128km/h，续驶里程144km；1994年克莱斯勒的甲醇燃料电池汽车问世；1996年日本推出RAV4-EV四人电动汽车，采用镍氢电池，最高车速125km/h，续驶里程215km；我国：90年代的85计划、2001年的863计划，将电动汽车列位重点开发项目。应用：交通运输车站、码头、仓库等—电动叉车、牵引车游览、娱乐场所—电动游览车、高尔夫球场车二、电动汽车的特点优点：1、零排放2、低噪音—60dB（内燃机70dB）3、电能来源丰富4、能量利用率高—暂停时不消耗电能，减速充电5、结构简单—部件少，维修方便缺点：1、技术不完善—电池容量小、寿命短、价格高、充电长等2、动力性差—加速差、最高车速低、续驶里程短三、主要类型按用途分：电动轿车（2-9人）；电动客车（9人以上）电动货车；电动牵引车；电动赛车；电动娱乐车；电动特种作业车（售货车、叉车、救护车等）按动力源分：纯电动汽车（PEV））—用蓄电池为动力源；燃料电车电动汽车（FCEV）—用燃料（H2、甲醇）与空气电化学反应产生电能；混合型电动汽车（HEV）—内燃机+电动机为动力源。混合动力电动汽车又分：串联型（SHEV）—内燃机→发电机→动力电池→电机→传动系并联型（PHEV）—内燃机→传动系动力电池→电机↗并串型（PSHEV）—加动力分配装置（行星齿轮机构）按传动系分：①传统驱动式：电机→变速器→传动轴→后桥→驱动轮②简化传动驱动式：无变速器驱动式；双电机半轴驱动式（无差速器）；变速齿轮驱动式(电机驱动车轮上的变速齿轮)③电动轮驱动式：车轮安装在电动轮（电机+行星齿轮变速器） 第二节电动汽车的结构及布置一、电动汽车与内燃机汽车的主要区别动力源不同二、电动汽车的结构组成：车体（底盘和车身）、驱动电机及控制器、车载电源（电池和充电器）1、电源目前主要是铅酸电池：比能量低、充电慢、寿命短其它：钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等2、驱动电动机目前主要采用：直流串激电动机—换向火花、比功率小、效率低其它：直流无刷电机（BCDM）、开关磁阻电机（SRM）、交流异步电机等3、电动机调速控制装置作用：控制电机的电压或电流，以对电机的驱动转矩和旋转方向的控制。目前采用：晶闸管斩波调速，可均匀改变电机电压，实现无级调速4、传动装置作用：将电机驱动转矩传递给驱动轮可省去离合器、变速器、差速器5、行驶装置将转矩转变成地面驱动力，车轮、轮胎、悬架等6、制动装置带有电磁制动装置，可进行减速充电二、电动汽车的布置主要是电源、驱动装置和调速控制装置的布置1、电机中央驱动一只驱动电机、改装方便2、电动轮驱动将电机及减速器布置在车轮上。需2或4只电机大客车传动系统的布置汽车的布置 第三节电动汽车的基本特性一、电动汽车的能量传递特性能量的交换、传递与损失二、蓄电池的放电特性和电机运行特性1、蓄电池的放电特性蓄电池内阻不变时，蓄电池放电时端电压Ub、放电功率Pb、放电效率与放电电流Ib的关系U0=Ub+Ri+Ib蓄电池的效率与Ib成反比，与Ub成正比，因此，选择电机的工作电流尽量小，但电流太小，Pb也会下降。2、电机运行特性—电池与电机的匹配若蓄电池功率不变，电机输出转矩、功率与电机转速关系：串激式直流电机在连续、小时、瞬时工况时特性曲线：理想的电机特性： 第四节电动汽车的动力驱动系统一、电动汽车动力驱动系统的基本组成组成：牵引电机、电机控制器、机械减速与传动装置、车轮等机械传动装置—减速器、传动轴、差速器、半轴；能量再生—减速时，电机制动能量向电池充电；电动轮—将电机、减速与传动装置、车轮成一体；无差速器、传动轴、半轴二、电动汽车驱动系统的分类按电机类型分：直流驱动系统—控制简单、技术成熟等；有电刷、换向器等易损件，效率低于交流电机。交流驱动系统—效率高，质量轻，再生制动更有效永磁同步电动机交流驱动系统—效率最高，体积最小，质量最轻，免维护。开关磁阻电动机驱动系统—工作可靠，高低速转矩大；但振动和噪音大。电机组成：牵引电机、电机控制器、机械减速与传动装置、车轮等三、电动汽车驱动系统的工作特性（转矩—转速特性）以直流驱动系统为例：传动路线：电机→两挡自动变速箱→主减速器→差速器→车轮三、电动汽车驱动系统的工作特性（转矩—转速特性）以直流驱动系统为例：传动路线：电机→两挡自动变速箱→主减速器→差速器→车轮工作原理：1挡（起步加速时）：电机→齿圈（太阳轮制动）→行星架→中间齿轮→主减速器→差速器→车轮传动比：据行星齿轮机构运动方程：n1=0,故1挡传动比为：i1=n2/n3=1+1/>12挡：车速升高，制动器松开，离合器接合，行星齿轮机构成一体，传动比为1。四、电动汽车驱动系统关键技术1、电机技术总要求：体积小、重量轻、维修方便、耐用可靠。2、功率电子器件—晶体管、场效应管、可控硅等作用：电源的交换与调节要求：工作可靠3、控制技术开环控制：小型电动汽车，非高速公路使用、低速低功率电动汽车闭环控制：高速公路使用的电动汽车自适应控制模糊控制交流电机驱动控制系统电动汽车：第五节电动汽车的动力源及能量管理系统难点：电池和充电技术一、电动汽车动力源多种能源(油、煤、水力、太阳能等)→电能→化学能（电池储存）采用动力源条件：比能量高、比功率大、寿命长、成本低目前电动车辆采用的储能电源：铅酸(Pb-H2SO4)蓄电池、镍镉(Ni-Ca)电池、钠硫(Na-S)电池;镍氢(Ni-MH)电池、锂(Li)电池、锌(Sn)-空气电池、飞轮电池、燃料电池、太阳能电池等。1、铅酸电池目前电动车辆的主要电源再电动车辆上，将2V的单体电池串联成蓄电池组。铅酸电池的工作原理：放电过程正极板：负极板：少量Pb溶入电解液生成Pb++外电路接通后，正极的Pb++++生成Pb++，正负极板的Pb++与SO4--反应生成PbSO4，电解液密度下降。充电过程正极板：部分PbSO4溶入电解液生成Pb++,在电源的作用下又生成Pb++++，然后生成PbO2.负极板：部分PbSO4生成Pb++与SO4--，在外电源的作用又生成Pb。铅酸电池的性能：额定容量：3h或5h放电率下的输出电量。2、钠硫电池利用350℃熔融态的钠和硫作为正负极的工作物质，其工作温度为350~380℃。钠硫电池的性能：单格电压1.9V，比能量100Wh/kg，循环寿命600次。3、镍镉电池特点：属于碱性电池，单格电压1.3V，比功率较大：190KW/Kg，可快速充电，循环寿命长：2000次，成本不比铅酸电池高；但镉会造成严重环境污染。结构：正极—氢氧化镍负极—镉和铁化合物电解液—氢氧化钾镍镉电池的原理：4、镍氢(Ni-MH)电池（M—Co、Mn、Ni等金属）属于碱性电池，无重金属污染，被称为“绿色电池”工作原理：正极—氢氧化镍；负极—储氢合金（LaNi6)；电解液—氢氧化钾30%。特点：单格电压1.2V，比功率160~500W/Kg，可快速充电，从满容量40%充到80%用15min，循环寿命长：1000次，成本高，为同容量的铅酸电池的5~8倍；5、锂电池(Li)电池特点：比能量高，体积小，但工作温度高，隔板造价高。工作原理：正极—(LiMO2)锂化金属氧化物；负极—碳化锂(LixC)；电解液—有机溶液或固体聚合物。6、燃料电池（FC）将储存在燃料和氧化剂的化学能通过电极反应直接转化成电能的发电装置。使用的燃料包括：氢、甲醇、乙醇、天然气、煤制气等。比能量高，能连续大功率放电，污染少。结构：负极—燃料为工作物质，氧化反应正极—氧(空气)为工作物质，还原反应按电解液不同的分类：