新能源汽车概论 2-1

新能源汽车概论

第1

页第2章新能源汽车类型2.1纯电动汽车2.2混合动力电动汽车2.3燃料电池电动汽车2.4气体燃料汽车2.5生物燃料汽车2.6氢燃料汽车2.7太阳能汽车新能源汽车概论

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页电动汽车分类电动汽车纯电动汽车(BEV)混合动力汽车(HEV)燃料电池汽车(FCEV)电动汽车示意图新能源汽车概论

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页2.1纯电动汽车新能源汽车概论

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页纯电动汽车结构新能源汽车概论

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页纯电动汽车是以电池为储能单元，以电动机为驱动系统的车辆。适合于行驶路线相对固定，有条件进行较长时间充电的车辆。结构相对简单生产工艺成熟充电速度慢续驶里程短优点缺点纯电动汽车特点新能源汽车概论

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页1.纯电动汽车分类纯电动轿车纯电动货车纯电动客车按用途电动轮电动汽车交流电机驱动的电动汽车双电机驱动的电动汽车按驱动形式双绕组电机电动汽车直流电机驱动的电动汽车新能源汽车概论

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页2.纯电动汽车组成与原理

由蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。新能源汽车概论

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页电动汽车组成电力驱动系统电源系统辅助系统电动汽车新能源汽车概论

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页2.纯电动汽车组成与原理1)．电力驱动系统电子控制器功率转换器电动机机械传动装置车轮构成牵引蓄电池电能车辆动能作用制动新能源汽车概论

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页2.纯电动汽车组成与原理电动汽车的控制系统性能直接影响着汽车的性能指标，控制汽车在各类工况下的行驶速度、加速度和能源转换情况。

包括电动机逆变器、控制器及各种传感器，其中最关键的是电动机逆变器。电动机不同，控制器也有所不同。控制器将蓄电池直流电逆变成交流电后驱动交流驱动电动机，电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮，使电动汽车行驶。新能源汽车概论

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页2.纯电动汽车组成与原理向电动机提供驱动电能监测电源使用情况、温度蓄电池充电电源充电机能量管理系统2)．电源系统铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池构成电源作用新能源汽车概论

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页2.纯电动汽车组成与原理辅助动力源空调动力转向系统导航系统刮水器收音机照明除霜装置3)．辅助系统构成动力转向温度控制辅助动力供给作用典型电动汽车组成框图新能源汽车概论

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页3.纯电动汽车驱动系统布置形式

电动汽车驱动系统布置取决于电机驱动系统的方式。

（1）第一种与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器。发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率。新能源汽车概论

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页驱动桥与传统汽车驱动系统的布置方式一致新能源汽车概论

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页3.纯电动汽车驱动系统布置形式（2）第二种取消了离合器和变速器。继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器。（3）第三种布置方式将电动机装到驱动轴上直接由电动机实现变速和差速转换。对电动机有较高要求，大的起动转矩和后备功率。新能源汽车概论

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页电动机装到驱动轴上新能源汽车概论

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页电动机与驱动轴平行外壳可是玻璃纤维制品48V，200AH,直流串励电机车速35KM/h新能源汽车概论

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页不用机械差速器新能源汽车概论

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页3.纯电动汽车驱动系统布置形式（4）第四种布置方式将电动机装到驱动轮上直接驱动车轮；对电动机有较高要求，大的起动转矩和后备功率；良好的可靠性新能源汽车概论

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页单电机或多电机驱动

采用双电机或者四个电机驱动，每个电机的转速可以有效地独立调节控制，实现电子差速，可以不用机械差速器。由三个微处理器组成的电子控制器，其中两个分别控制左右两个电机，另一个用于控制与协调，通过监测器来监视彼此的工作情况以改善其可靠性。车轮车轮outwinwinoutw>w差速器带固定速比的电机车轮车轮outwinwinoutw>w新能源汽车概论

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页直接由电动机实现变速和差速转换新能源汽车概论

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页电驱动的结构形式及发展趋势发展趋势新能源汽车概论

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页4.纯电动汽车的特点

纯电动汽车与燃油汽车相比，具有以下特点：（1）无污染，噪声低（2）能源效率高，多样化（3）结构简单，使用维修方便（4）动力电源使用成本高，续驶里程短

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页5.纯电动汽车的关键技术

1)．电机及控制技术电动汽车的驱动电机属于特种电机，是电动汽车的关键部件。要使电动汽车有良好的使用性能，电机应具有

较宽的调速范围及较高的转速足够大的启动转矩体积小质量轻效率高新能源汽车概论

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页5.纯电动汽车的关键技术随着电机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制模糊控制神经网络自适应控制专家系统遗传算法电动汽车再生制动控制系统可以节约能源、提高续驶里程。

减少刹车片磨损降低车辆故障率降低使用成本电动汽车用电动机主要有直流电动机（DCM）感应电动机（IM）永磁无刷电动机（PM-BLM）开关磁阻电动机（SRM）新能源汽车概论

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页5.纯电动汽车的关键技术2)．电池及管理技术电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池要求比能量高比功率大使用寿命长新能源汽车概论

第32

页5.纯电动汽车的关键技术

3)．整车控制技术新型纯电动轿车整车控制系统是两条总线的网络结构，实现整车网络化控制驱动系统的高速CAN总线车身系统的低速总线新能源汽车概论

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页5.纯电动汽车的关键技术4)．整车轻量化技术整车轻量化始终是汽车技术重要的研究内容。纯电动汽车由于布置了电池组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。

（1）合理选择电池和电动机参数。

通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能等车辆参数的整体优化。新能源汽车概论

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页5.纯电动汽车的关键技术（2）减轻动力总成、车载能源系统的重量。

对电动机及驱动器、传动系、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计，使系统得到优化；电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。（3）积极采用轻质材料

电池箱结构框架、箱体封皮、轮毂采用轻质合金材料。（4）利用CAD技术对车身承载结构件有限元分析研究

如前后桥、新增的边梁、横梁等，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。新能源汽车概论

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页1混合动力电动汽车的分类

（1）按连接方式分类：

串联式混合动力汽车（SHEV）并联式混合动力汽车（PHEV）混联式混合动力汽车（PSHEV）Hybrid-ElectricVehicleserialparallelserialandparallel2.2混合动力电动汽车新能源汽车概论

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页（2）按混合程度分类微混混合动力汽车（Microhybrids

）

电机仅作为内燃机的启动机/发电机使用,“起－停混合”。

BSG（Belt-drivenStarterGenerator）简称BSG系统

正常行驶工况下BSG电机和常规车发电机一样由发动机驱动电机发电，给蓄电池充电。

当车辆停下时，发动机运转停止，消除怠速状态，再启动时，BSG电机快速启动发动机。代表车型：丰田混合动力版Vitz皮带驱动启动电机

1混合动力电动汽车的分类新能源汽车概论

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页

采用BSG自动启停技术奇瑞A5BSG节油约10%减少二氧化碳排放12%左右1.6L汽油机＋5速手动变速器＋2kW电机＋12V铅酸电池新能源汽车概论

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页轻混混合动力电动汽车（Mildhybrids）

车辆还是以发动机为主要动力来源，助动电机被安装在发动机和变速器之间，作为辅助动力源与主要动力相联。

当行驶中需要更大驱动力时，被用作电动机。当需要重新启动发动机时，被用作起动机。

IntegratedStarterGenerator，简称ISG系统

代表车型：通用的混合动力皮卡车

集成启动电机

1混合动力电动汽车的分类新能源汽车概论

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页1.3L汽油机＋5速手动变速器＋15kW电机＋144V镍氢电池第一辆自主品牌混合动力车奇瑞A5ISG综合工况油耗4.9L

最高时速可达168km/h新能源汽车概论

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页1.混合动力电动汽车的分类

插电式混合（Plug－inhybrids）

通过接入家用电源为电池充电，可仅凭充电电池作为电动汽车行驶。电池电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，利用由此产生的电力为蓄电池充电，继续用电动机行驶。

全混混合动力电动汽车（Fullhybrids）

既可以使用汽油引擎或电动机单独驱动车辆也可以同时使用两种动力的汽车。

代表车型：本田混合动力的Insight,Accord代表车型：丰田的Prius新能源汽车概论

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页混合动力电动汽车混合程度电动汽车传统汽车续驶里程延伸型双模式型助力型H混合动力汽车电动机功率发动机功率H<0.5H>0.5H=0.5混合度新能源汽车概论

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页2混合动力电动汽车的组成与原理串联式混合动力电动汽车组成：串联式结构是由发动机、发电机和驱动电动机三大主要部件总成组成各部件功用：

发动机仅仅用于发电发电机发出的电能直接输送到电动机部分电能向电池充电电动机产生的电磁力矩驱动汽车行走新能源汽车概论

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页发动机仅仅用于发电串联式混合动力电动汽车结构电气连接传递电能机械连接传递动能新能源汽车概论

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页串联式混合动力电动汽车结构新能源汽车概论

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页普锐斯串联式混合动力汽车新能源汽车概论

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页串联式混合动力电动汽车的特点优点：（1）发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的运转状态，使有害排放气体控制在最低范围；（2）总体结构上看，比较简单，易于控制，只有电动机的电力驱动系统，其特点更加趋近于纯电动汽车；（3）三大部件总成在电动汽车上布置起来，有较大的自由度。新能源汽车概论

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页串联式混合动力电动汽车的特点缺点：（1）三大部件总成各自的功率较大，外形较大，质量也较大，在中小型电动汽车上布置有一定的困难；（2）另外在发动机—发电机—电动机驱动系统中的热能—电能—机械能的能量转换过程中，能量损失较大。

串联式混合动力驱动系统较适合在大型客车上使用新能源汽车概论

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页并联式混合动力电动汽车组成：并联式结构是由发动机、电动机/发电机两大部件总成组成可以单独使用发动机或电动机做为动力源；也可以同时使用电动机和发动机作为动力源。新能源汽车概论

第49

页并联式混合动力电动汽车结构新能源汽车概论

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页并联式混合动力电动汽车结构新能源汽车概论

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页普锐斯并联式混合动力汽车耦合器新能源汽车概论

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页并联式驱动系统的动力合成装置

（1）驱动力合成式

采用一个小功率发动机，单独驱动汽车的前轮；另外一套电动机驱动系统单独驱动汽车后轮。

可以在汽车启动、爬坡或加速时增加混合动力电动汽车的驱动力。新能源汽车概论

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页并联式混合动力汽车的驱动方式

两套驱动系统可以独立驱动汽车，也可以联合驱动汽车，使汽车变成四轮驱动电动汽车新能源汽车概论

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页（2）转矩合成式(双轴式和单轴式)

发动机通过传动系统直接驱动混合动力电动汽车，并直接（单轴式）或间接（双轴式）带动电动机/发电机转动向蓄电池充电。

并联式驱动系统的动力合成装置

蓄电池也可以向电动机/发电机提供电能，此时电动机/发电机转换成电动机，可以用来启动发动机或驱动汽车。

并联式混合动力汽车的驱动方式新能源汽车概论

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页（3）转速合成式

发动机和电动机通过离合器和一个“动力组合器”来驱动汽车。可以利用普通内燃机汽车的大部分传动系统的总成，电动机只需通过“动力组合器”与传动系统连接，结构简单，改制容易，维修方便。为获得最佳传动效果，控制装备往往十分复杂。并联式驱动系统的动力合成装置

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页混联式混合动力电动汽车

混联式驱动系统是串联式与并联式的综合:发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥，另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或蓄电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。

混联式驱动系统的主要控制策略：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。新能源汽车概论

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页由发动机、发电机、电动机、行星齿轮机构和蓄电池组等部件组成。丰田Prius所采用的混合驱动方式，将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来。动力从发动机输出到与其相连的行星架，行星架将一部分转矩传送到发电机，另一部分传送到电动机并输出到驱动轴。混联式混合动力电动汽车组成

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页混联式混合动力电动汽车结构与串联式相比增加了机械动力的传递路线；与并联式相比增加了电能的传输路线。

新能源汽车概论

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页混联式混合动力电动汽车结构新能源汽车概论

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页普锐斯混联式混合动力汽车新能源汽车概论

第63

页行星齿轮机构新能源汽车概论

第64

页行星齿轮机构新能源汽车概论

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页单排单级行星齿轮机构实物图

行星齿轮机构各种运动情况分析固定件主动件从动件

转速转向太阳轮行星架齿圈

增速同向太阳轮齿圈行星架

减速同向齿圈行星架太阳轮

增速同向齿圈太阳轮行星架

减速同向行星架齿圈太阳轮

增速反向行星架太阳轮齿圈

减速反向新能源汽车概论

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页行星齿轮机构动力分配正反转齿数之和为0有固定件无固定件转速虚拟齿数

m1+m2新能源汽车概论

第68

页行星齿轮机构动力分配转矩有固定件新能源汽车概论

第69

页行星齿轮机构动力分配转矩无固定件输入输出总功率代数和为0太阳轮行星架齿圈行星齿轮普锐斯混合动力汽车行星齿轮机构新能源汽车概论

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页发电机普锐斯混合动力汽车行星齿轮机构简图新能源汽车概论

第72

页减速时，车轮的动能被回收并转化为电能，并通过MG2为蓄电池充电。PRIUS混合动力车的工作原理

逆变器行星齿轮机构发动机车轮蓄电池新能源汽车概论

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页停车时，MGl由发动机通过行星齿轮带动旋转为蓄电池充电PRIUS混合动力车的工作原理

逆变器行星齿轮机构发动机车轮蓄电池新能源汽车概论

第74

页3混合动力电动汽车的特点

混合动力电动汽车与纯电动汽车比较：（1）由于有原动机作为辅助动力，蓄电池的数量和质量可减少，因此汽车自身重量可以减小；（2）汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平；（3）借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器，无需消耗蓄电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。新能源汽车概论

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页混合动力电动汽车与内燃机汽车比较：（1）可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大为降低；（2）在人口密集的商业区、居民区等地可用纯电动方式驱动车辆，实现零排放；（3）可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。

3混合动力电动汽车的特点

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第76

页混合动力电动汽车类型的比较

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第77

页4混合动力电动汽车的关键技术

驱动电动机及其控制技术混合动力电动汽车对驱动电动机的要求是能量密度高、体积小、重量轻、效率高。对于高速、匀速行驶工况，采用感应电动机驱动较为合适；而对于经常起动停