项目四纯电动汽车

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新能源汽车教学目标教学重、难点1、理解新能源的概念和特点。2、了解常见的几种新能源及各自的特点。3、了解新能源的发展趋势和未来新能源。4、了解新能源汽车的发展方向。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源重点：常见的几种新能源及特点。难点：理解并能区分新能源的概念。课程导入项目四纯电动汽车任务一认识纯电动汽车

纯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，但由于动力电池的容量问题引起的续行里程短，影响了电动汽车的全面推广，因此各项技术尚处于开发阶段。一、纯电动汽车的定义纯电动汽车(BladeElectricVehicles，简称BEV)，它是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车，图4-1为我国长城汽车制造公司研制的欧拉纯电动汽车。虽然它已有140年的悠久历史，但一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。主要原因是由于各种类别的蓄电池，普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。

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二、纯电动汽车发展历史情况早在19世纪后半叶的1873年，英国人罗伯特·戴维森（RobertDavidsson）制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。这比德国人戴姆勒（GottliebDaimler）和本茨（KarlBenz）发明汽油发动机汽车早了10年以上。戴维森发明的电动汽车是一辆载货车，长4800mm，宽1800mm，使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池。其后，从1880年开始，应用了可以充放电的二次电池。从一次电池发展到二次电池，这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革，由此电动汽车需求量有了很大提高。在19世纪下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。1890年法国和英伦敦的街道上行驶着电动大客车，当时的车用内燃机技术还相当落后，行驶里程短，故障多，维修困难，而电动汽车却维修方便。在欧美，电动汽车最盛期是在19世纪末。1899年法国人考门·吉纳驾驶一辆44kW双电动机为动力的后轮驱动电动汽车，创造了时速106km的记录。三、发展背景

1、电动汽车电池发展电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。

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2、电动汽车行业发展美国在2012年第二季度在全世界范围内销售了7931台电动车，这一数字领先于其他所有市场，销量环比上涨28%。其他市场的数字分别是日本4240台，法国2056，德国1284。而在中国，今年的第一季度仅有235台电动汽车售出，比上一季度的343台下降了31%。日本将会是这个产业的领头羊，到2017年，日本将生产77.9万辆电动车，占其汽车生产总量的9.7%。德国和美国也有可能将电动汽车的产量推升至21.83万辆和36.23万辆，分别占汽车市场总产量的3.55%和3%.在此期间，中国的产量可能会达到273150辆，仅为汽车总产量的1%。3、中国汽车驶入“无油”时代新能源汽车的发展方向有多种，但其中之一的氢燃料电池技术不成熟，成本昂贵，是20年之后的技术。比亚迪先后展示了F6DM和F3DM双模电动车和F3e纯电动车。长安与加拿大绿色电池生产商Electrovay合作，共同拓展加拿大新能源汽车市场，首推奔奔纯电动版。美国通用汽车公司推出了以电动为主的ChevyVolt混合动力车，MiniCooper推出了其纯电动版。2011年江淮同悦推出纯电动版新车。纯电动车的缺点是它改变了传统汽车的使用生活方式，需要每天充电（如图4-2所示），甚至部分家庭的供施还得进行改造，传统的汽车使用习惯是大致一到两周加一次油，而且每次出行也有几百公里的距离限制，虽然一个家庭远距离出行可能一年就这么几次。

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四、电动汽车发展现状国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车,世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发,并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。美国目前正在大力研制和推广使用燃料电池电动汽车和纯电动汽车,政府能源部与通用、福特和戴-克三大汽车制造商联合开发燃料电池电动汽车。现在,美国已有7个州加入了零排放计划,到规定年限后这些地区销售的汽车必须为零排放,即只能为纯电动汽车和燃料电池电动汽车。以美国蓝鸟客车公司、英国的FRZAERNASH公司、日本丰田、日本本田为代表的电动客车和轿车已经上市,英国已有数万辆电动汽车在使用;

法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一,成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会,巴黎和拉罗舍尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施,制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策,且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车,甚至德国的博世(BOSCH)等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。美国已有近20个城市试验使用混合动力电动公交车,瑞典、法国、德国、意大利、比利时等国计划在9个欧洲城市开通混合动力电动公共汽车线路。

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中国电动汽车虽然没有欧美等国家起步早,但国家从维护能源安全,改善大气环境,提高汽车工业竞争力,实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑,从“八五”开始到现在,电动汽车研究一直是国家计划项目,并在2001年设立了“电动汽车重大科技专项”。通过组织企业、高等院校和科研机构,集中各方面力量进行联合攻关,现正处于研发势头强劲阶段,部分技术已经赶上甚至超过世界先进水平。“电动汽车重大科技专项”实施以来,已成功开发出燃料电池汽车样车,累计运行数千公里；混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过百万公里；纯电动汽车已通过国家有关认证试验。五、纯电动汽车优点

1、无污染、噪声小;2、结构简单，维修方便;3、能量转换效率高;4、平抑电网的峰谷差.六、基本分类（1）电动轿车是目前最常见的纯电动汽车。除了一些概念车，纯电动轿车已经有了小批量生产，并已进入汽车市场。（2）电动货车用作功率运输的电动货车目前还比较少，而在矿山、工地及一些特殊场地，则早已出现了一些大吨位的纯电动载货汽车。（3）电动客车，目前纯电动小客车也较少见；纯电动大客车用作公共汽车，在一些城市的公交线路以及世博会、世界性的运动会上，已经有了良好的表现。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

电动汽车驱动系统由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。后一种功能称作再生制动。电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。如图4-3所示的是典型电动汽车组成框图。电力驱动系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。汽车行驶时，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。

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一、电机驱动系统电机驱动系统主要包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮等。它的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。电机驱动系统是电动车中最关键的系统,电动车运行性能主要决定于电机驱动系统的类型和性能。现代纯电动汽车车驱动系统一般由牵引电机、控制系统(包括电动机驱动器、控制器及各种传感器)、机械减速及传动装置、车轮等构成。1、电动汽车对电机的要求电动车与其它电力驱动系统相比较,有其自身的特点。它对驱动系统有其相应的特殊要求：

(1)能够频繁地起动、停车,加减速,对转矩控制的动态性能要求高。

(2)电动车驱动的速度、转矩变化范围大,既要工作在恒转矩区,又要运行在恒功率区,同时还要求保持较高的运行效率。

(3)能在恶劣工作环境下可靠地工作。在确定了电动车的目标性能后,对与之相匹配的电机驱动系统的性能可提出如下要求：

①电机的转矩、速度特性能满足电动车对驱动性能的要求。②能实现对输出功率和转矩的迅速、平滑的控制。③系统整体效率高,功率密度大。④能够在恶劣的工作环境下可靠地工作。⑤成本低,易维修。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

2、电动车驱动系统的组合形式目前电动车驱动系统的组合形式主要有机械驱动系统、机电集成化驱动系统(它又分为平行轴式机电集成化驱动系统和同轴式机电集成化驱动系统两类)、机电一体化驱动系统和轮毂电机驱动几种，如表4-1所示。

现代电动车电机驱动系统的发展方向是机电一体化驱动和轮毂电机驱动。它们使电动车摆脱了机械传动系统的约束,使电气化集成控制成为可能,从而有可能充分实现电动车的优势。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

3、电机驱动系统的电机及其控制器目前正在应用或开发的电动车选用的电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机四类，如表4-2所示。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机的控制系统主要起到调节电机运行状态，使其满足整车不同运行要求的目的。针对不同类型的电机，控制系统的原理与方式有很大差别。（1）直流电机及其控制系统①直流电机构成及运行原理直流电机由定子、转子、换向器、电刷等组成，定子上有磁极，转子有绕组，通电后，转子上也形成磁场（磁极），定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N极和S极之间）的相互吸引下，是电机旋转。改变电刷的位子，就可以改变定转子磁极夹角（假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为另一边，由转子的磁极指向定子的磁极的方向就是电机的旋转方向）的方向，从而改变电机的旋转方向。

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②直流电机特点直流电机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，仍是主要研发对象。但由于普通直流电机的机械换向结构易产生火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。随着电子力子技术和控制理论的发展，相对于其它驱动系统而言，直流电机在电动汽车中的应用已处于劣势，目前已逐渐被淘汰。

③直流电机的控制直流电机控制系统主要由斩波器和中央控制器构成，根据直流电机输出转矩的需要，通过斩波器来控制电机的输入电压、电流，来控制和驱动直流电机的运行。直流电机用斩波器作为其功率变换器。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波。它通过均匀地改变电动机的端电压来控制通过电动机的电流,实现电动机的无级调速。随着电力电子技术的发展,其他电力晶体管斩波调速装置也逐渐投入使用,并有取代晶闸管斩波器的趋势。

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（2）交流三相感应电机及其控制系统

①交流三相感应电机构成及运行原理交流三相感应电机主要由转子和定子构成，在转子与定子之前没有相互接触的滑环、换向器等部件。在运行时，定子通过交流电而产生旋转磁场，旋转磁场切割转子中的导体，在转子导体中产生感应电流，转子的感应电流产生一个新的磁场，两个磁场相互作用则使转子转动。

②交流三相感应电机特点交流三相感应电机结构简单，可靠性好，使用寿命长，其功率范围宽，转速可达到12000~15000r/min。可采用空冷或水冷的方式，对环境适应性好，并能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较高，质量轻，价格便宜，修护方便。其不足之处在于耗电量较大，转子容易发热，功率因数较低，并且调速性能相对较差。

③交流三相感应电机的控制由于交流三相感应电机不能直接使用直流电，因此需要逆变装置进行转换控制。应用于感应电机的控制技术主要有三种：V/F控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要使用前两种控制方式，但是因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车并不适合。近几年来，交流感应电机几乎都是采用矢量控制技术。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

（3）永磁同步电机及其控制系统在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生磁场，这种方法既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断供给能量以维持电流流动，例如普通的直流电机和同步电机。另一种是由永磁体来产生磁场，这种方法既可简化电机结构，又可节约能量。由永磁体产生磁场的电机就是永磁电机。

①永磁同步电机构成及运行原理永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

②永磁同步电机特点永磁同步电机与其他电机的主要区别是转子磁路结构。按照永磁体在转子位置的不同可分为三种：表面突出式、表面插入式和内置式。永磁电机具有效率高、比功率大、功率因数高、可靠性高和便于维护等优点，采用矢量控制的变频调速系统，可使永磁电动机具有宽广的调速范围，因此，以丰田汽车和本田汽车为代表的国际化制造商以及国内一汽、东风、长安、奇瑞等厂商均在其电动汽车中采用了永磁电机方案，推动了车用电机向永磁化方向发展。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

③永磁同步电机的控制永磁电机的控制技术与感应电机类似，控制策略上主要集中在提高低速转矩特性和高速恒功率特性上。永磁同步电机低速时常采用矢量控制，包括气隙磁场定向、转子磁链定向、定子磁链定向等；而在高速运行时，永磁同步电机通常采用弱磁控制。

④永磁电机作为驱动电机的优越性转矩、功率密度大、起动力矩大。永磁电机气隙磁密度可大大提高，电机指标可实现最佳设计，使得电机体积缩小、重量减轻，同容量的稀土永磁电机体积、重量、所用材料可以减轻30%左右。永磁驱动电机起动转矩大，在汽车启动时能提供有效地启动转矩，满足汽车的运行需求。力能指标好。Y系列电机在60%的负荷下工作时,效率下降15%,功率因数下降30%，力能指标下降40%。高效节能。在转子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子绕组无感生电流,不存在转子电阻和磁滞损耗,提高了电机效率。结构简单、可靠性高。随着纯电动汽车的快速发展，永磁驱动电机将迎来一个更为快速发展的时期，其发展趋势也将呈现以下特点：高功率密度、高转矩密度、高可控性、高效率、高性能、高价格比等，以满足混合动力汽车和纯电动汽车的实际需求。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

（4）开关磁阻电机及其控制系统

①开关磁阻电机构成及运行原理开关磁阻电机有很多不同的结构形式，各有起不同的性能特点。但它的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成定，转子冲片均有一齿槽，构成双凸极结构，依定子和转子片上齿槽的多少，形成不同的极数。开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”——磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因此磁场扭曲而产生磁阻性质的电磁转矩。

②开关磁阻电机特点开关磁阻电机具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象运行、响应速度快、成本较低等优点。但开关磁阻电机有转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性特性等缺点，所以目前应用还受到限制。4、电动车驱动方案现在使用较多的电动车用驱动电机中,交流异步电机采用的控制方案有矢量控制和直接转矩控制两种；永磁同步电机驱动因为控制系统比较复杂,为达到最佳控制效果,常常将两种或几种控制方案结合运用,如采用最大转矩控制和弱磁控制原理以实现电机的效率最佳化和宽范围的调速方案,集转矩控制和PWM控制于一身的控制方案等。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

通过表4-3对电动车用电机的比较可见,交流电机仍将是未来电动车电机驱动系统的首选,其控制系统将随着电力电子技术的发展不断优化,交流电机控制装置与控制技术将得到不断发展。随着现代控制理论的发展,现在各种现代控制技术和微处理器已经在电动车驱动控制系统中发挥着重要的作用。电动车驱动控制系统必将向着各学科交叉、融合的方向发展,成为一个机电集成的智能化系统。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

5、驱动电机及控制系统的发展趋势驱动电机系统是电动汽车的核心，未来我国电动汽车用驱动电机系统将朝着永磁化、数字化和集成化方向发展。相对动力电池而言，驱动电机系统并不是电动汽车发展的障碍。（1）电机永磁化（2）逆变器数字化

（3）系统集成化二、电源系统电源系统包括电源、能量管理系统和充电机等。它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。纯电动汽车的常用电源有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。（1）第一代EV电池-铅酸电池（2）第二代高能电池包括镍—镉电池、镍—氢电池、钠—硫电池、钠—氯化镍电池、锂离子电池、锂聚合物电池、锌—空气电池和铝—空气电池等。（3）第三代电池包括飞轮电池、超级电容器。

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纯电动汽车能量管理主要是指电池管理系统，它的主要功用是对电动汽车用电池单体及整组进行实时监控、充放电、巡检、温度监测等。对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一致性。纯电动汽车电池管理系统作为电池系统的重要组成部分，具有实时监控电池状态、优化使用电池能量、延长电池寿命和保证电池的使用安全等重要作用。电池管理系统对整车的安全运行、整车控制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都有很大影响。电池管理系统无论在车辆运行过程中还是在充电过程中都要可靠地完成电池状态的实时监控和故障诊断，并通过总线的方式告知车辆集成控制器或充电机，以便采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用电池的目的。电池管理系统采用集散式系统结构，每套电池管理系统由1台中央控制模块（或称主机）和10个电池测控模块（或称从机）组成。电池管理系统检测模块安装在电池箱前面板内；电池管理系统主控模块安装在车辆尾部高压设备仓内，电池管理系统的功能如下：

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电池管理系统的功能如下：

（1）电体电池电压的检测（2）电池温度的检测（3）电池组工作电流的检测（4）绝缘电阻检测（5）冷却风机控制（6）充放电次数记录（7）电池组SoC的估测（8）电池故障分析与在线报警（9）各箱电池充放电次数记录（10）各箱电池离散性评价（11）与车载设备通信，为整车控制提供必要的电池数据CAN1（12）与车载监控设备通信，将电池信息送面板显示CAN2（13）与充电机通信，安全实现电池的充电RS—485（14）有简易的设备实现纯电动汽车电池管理系统的初始化功能，能满足电池快速更换以及电池箱重新编组的需要。项目四纯电动汽车任务二纯电动汽车的结构原理

三、辅助系统主要包括辅助动力源、空调器、动力转向系统、导航系统、刮水器、收音机以及照明和除霜装置等。辅助动力源主要由辅助电源和DC/DC功率转换器组成。它的功用是向动力转向系统、空调器及其它辅助设备提供动力。四、电动汽车的结构电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施等六部分组成，如图4-4所示的是四轮为轮毂电机驱动的纯电动汽车。由于电动机具有良好的牵引特性，因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。图4-5为电动汽车的传动示意图，图4-6为电动汽车控制原理图。

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项目四纯电动汽车任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

一、纯电动汽车驱动系统布置形式（1）机械驱动系统机械驱动系统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。只是将发动机换成电动机，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。如图4-7所示就是电机取代发动机的布置形式，这种布置方式电大的优点就是有利于传统汽车的改造，制造成本低，但也有传动效率低、电机匹配困难等明显的缺点。

项目四纯电动汽车（2）机电集成化驱动系统机电集成化驱动系统也就是整体驱动桥式，如图4-8所示，其结构与传统的传动系相比取消了离合器和变速器。整体驱动桥式的布置的优点是保留了原来传动系统中的主减速器和差速器，取消了变速器、离合器和传动轴，减少了制造成本。但缺点是由于保留了部分传统的机械传动系统，从而影响了驱动系统的传动效率。（3）机电一体化驱动系统机电一体化驱动系统如图4-9所示。将电动机装到驱动轮的传动半轴上，直接由电动机驱动两个驱动轮，电机的转速实现变速，左右电机的转速差来实现车辆不同路况下的差速转换。从图4-9可以分析出，独立驱动方式比上述两种布置方式传动效率高，左右车轮由两个双联式电机分别驱动，在双联式电机间用电子差速器来代替机械差速器；整车采用电子集中控制，实现网络化和自动化

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车4、轮毂电机驱动方式轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。轮毂电机驱动方式与独立驱动方式相比更优化了结构，结构更简单，传动效率更高。轮毂电机的驱动方式可以分为减速驱动和直接驱动两大类。在减速驱动方式下，电机一般在高速下运行，而且对电机的其他性能没有特殊要求，因此可选用普通的内转子电机。减速机构放置在电机和车轮之间，起减速和增加转矩的作用。减速驱动的优点是：电机运行在高转速下,具有较高的比功率和效率;体积小、重量轻，通过齿轮增力后，扭矩大、爬坡性能好；能保证在汽车低速运行时获得较大的平稳转矩。不足之处是：难以实现液态润滑,齿轮磨损较快、使用寿命短，不易散热，噪声偏大。减速驱动方式适用于丘陵或山区以及要求过载能力较大等场合。图4-10是带轮边减速器的轮毂电机驱动方式。

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

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在直接驱动方式下，电机多采用外转子(即直接将转子安装在轮辋上)。为了使汽车能顺利起步，要求电机在低速时能提供大的转矩；为了使汽车能够有较好的动力性，电机需具有较宽的调速范围。直接驱动的优点有：不需要减速机构，不但使得整个驱动轮结构更加简单、紧凑，轴向尺寸也减小，而且效率进一步提高，响应速度也变快。其缺点是：起步、顶风或爬坡时驱动力偏小等。承载大扭矩时需大电流，易损坏电池和永磁体；电机效率峰值区域很小，负载电流超过一定值后效率急剧下降。此方式适用于平路或负载较轻的场合。图4-11是轮毂电机直接驱动方式。如果电动汽车的行驶条件需要四轮驱动，用轮毂电机驱动另外两个车轮也方便易行。由此可见，轮毂电机驱动方式真正实现了全车传动的无任何机械连接、全车软连接（线）传动；电机直接装在轮毂中，直接驱动车轮，提高传动效率；节省空间、减轻悬挂质量。

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车二、纯电动汽车的关键技术（一）电机及控制技术电动汽车的驱动电机属于特种电机，是电动汽车的的核心部件，它是唯一的驱动部件。驱动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、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。此外，还要求可靠性高、耐高温及耐潮、结构简单、成本低、维护简单、适合大规模生产等。电机驱动系统工况复杂，可以说是随机变化的。车辆的启动、加速、制动、停车、上坡、下坡、转弯、变道等是随机的，这就要求电机具有如下特点：

１、转矩、功率密度大２、电机工作速域宽

3、系统效率高

4、系统适应环境能力强

5、电磁兼容性好

6、性价比高

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

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电动汽车再生制动控制系统可以节约能源、提高续驶里程，具有显著的经济价值和社会效益。制约电动汽车发展的一个关键因素是它的续驶里程问题，而再生制动可以节约能源、提高续驶里程，具有显著的经济价值和社会效益。同时，再生制动还可以减少剎车片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。当车辆制动时，电机工作于发电机工况，将一部分动能或重力势能转化为电能储存在超级电容或飞轮中，由于超级电容或飞轮的功率密度大，因此可以更快速、高效地吸收电机回馈能量。在车辆起动和加速时，利用双向DC/DC将存储的能量释放出来，协助电池向电机供电，不但增加了电动汽车一次充电的行驶里程，而且避免了蓄电池的大电流放电，达到了节省能源、降低剎车片磨损和提高蓄电池寿命的目的。电动汽车再生制动控制系统工作原理如图4-12所示

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车（二）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，但目前的电池能量密度低，电池组过重，续驶里程短，价格高，循环寿命有限。在锂离子电池技术、超级电容技术相结合的基础上，许多企业进行技术改造与集成，研发了双电源电动汽车、多能源电动汽车等，或者进行换电站系统建设试验，开发超快充电技术，其目的都是为了克服纯电动车补充电能困难与续行里程短的缺陷。（三）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，高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU。低速总线按物理位置设置节点、基本原则是基于空间位置的区域自治。实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-Wire技术提供有力的支撑。所谓“X-by-Wire”就是“线控技术”，如图4-13所示。线控技术是从应用于飞机驾驶控制上的Fly-By-Wire发展而来。该技术利用传感器将驾驶者输入信号传递到中央处理器、通过中央处理器的控制逻辑发送信号给相应的执行机构完成驾驶者的相关操作。这样可取代传统的机械结构，实现对汽车各种运动的电子线控。

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

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项目四纯电动汽车（四）整车轻量化技术

1、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，合理选择电池和电动机参数。

2、通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的重量。

3、积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。

4、利用CAD技术对车身承载结构件（如前后桥、新增的边梁、横梁等）进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。三、纯电动汽车电机的匹配

1、电机最高功率的选择汽车行驶时，驱动力和行驶阻力互相平衡，电动机功率和汽车行驶的阻力功率也总是平衡的。即在汽车行驶的每一瞬间，电动机发出的功率始终等于机械传动损失和全部运动阻力所消耗的功率。因此所谓汽车的功率平衡，就是指电动机发出的有效功率在各种阻力间的分配。

任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车任务三纯电动汽车驱动系统布置形式与关键技术

项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例实例一：高尔夫电动汽车（Golfblue-e-motion）全球销量第一的畅销车型带来了他的电动车型高尔夫电动车的行驶里程已达150公里，完全满足日常出行需要，如图4-14所示为高尔夫电动汽车外形，图4-15为高尔夫电动汽车充电接口。项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例1、高尔夫电动汽车实现零排放行驶

5门5座高尔夫电动汽车的展车由安装在引擎舱内的电动机驱动，其最高功率为85千瓦/115马力，连续输出功率为50千瓦/69马力，运行起来安静无声。与其它电动机一样，高尔夫电动汽车所装备的电动机能够提供强劲的动力输出，最大扭矩为270牛·米，从而为驾驶者带来不尽的、“零排放”的，且充满乐趣的感受。驱动车辆的电能存储在容量为26.5千瓦时的锂离子蓄电池中。2、可满足绝大多数人的出行需求高尔夫电动汽车采用前轮驱动方式，行驶里程可达150公里，当然这也取决于驾驶方式和其它因素，如：空调和暖风等的使用情况。尽管如此，这一续航里程完全能够满足绝大多数人的日常出行要求。3、能效更高乐趣更多为尽量提高行驶里程，高尔夫电动车采取了诸多技术措施。这款空气动力学特性非常出色（风阻系数为：0.295）的高尔夫电动车最高时速可达135公里/小时，可提供充分的功率储备，同时尽量降低能耗，并尽可能以“滑行”方式前进。所谓“滑行”就是指驾驶者通过采用预判性驾驶方式，提前释放油门或者更准确的说是电动加速踏板。这时，电动机的扭矩输出为零，车辆在尽可能最小的阻力下向前滑行。高尔夫电动车还可以通过能量回收系统将动能转化为电能储存于电池中，从而使这款零排放的高尔夫电动车具备了充分的快速行驶潜力。这款电动车从静止到时速100公里的加速时间仅11.8秒，足显出色的动态性能。项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例

图4-16所示为高尔夫电动汽车的中控仪表台，由图可见其操纵台显示部分与传统汽车并无太大差距，使驾驶者能尽快适应电动汽车的操作。

4、锂离子电池高尔夫电动车的电池系统是由以180个锂离子电池单元组成的30个电池模块组成，容量为26.5千瓦时。整个蓄电池组件的重量为315公斤。电池系统的安装要与车辆的构造相配合。电池系统安装于后备箱下面底部(后备箱总容积237升)、后排座椅下面以及前后排座椅之间下面的底部。

5、能量回收系统的个性化设置位于功率显示器和里程显示器之间的多功能显示屏还可以显示能量回收的强度，这也是一个全新系统。驾驶者可以通过自动变速器的排档或方向盘上的换挡拨片分4级（D-D3）来调节制动能量回收系统的强度。最低一级为D级，这时，只要驾驶者松开电动机加速踏板，汽车就开始滑行，车辆几乎没有拖拽阻力，只依靠轮胎的滚动阻力和空气阻力进行制动减速。如果调整为D3级，或“B”工作模式，在制动过程中，系统将最大化回收动能，并将能量存储于蓄电池中。此外，多功能显示屏中还会实时显示自动空调以及风扇系统的耗电情况。

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6、三种驾驶模式带来不同的动力性、舒适性和经济性高尔夫电动车可设定三个工作模式，分别为：“正常”、“舒适+”（舒适性优先）、“行驶+”（行驶里程优先）。在“舒适+”模式下，电动机可提供85千瓦的全负荷最大功率。而在“正常”模式下，电动机可提供的最大功率则被限定在65千瓦。在“行程+"模式下，电动机的最大输出功率被限定在50千瓦。空调系统也被完全关闭。系统通过多功能显示屏显示当前所设定的驾驶模式。7、通过大众汽车车标内的充电接口进行充电高尔夫电动车通过位于前格栅上可翻转的大众汽车车标后面隐藏的充电接口进行充电。在充电过程中，电池储能显示器的LED灯会闪动，通过仪表实时显示充电状态。8、装备和系统高尔夫电动车采用一体化的电驱动系统，其核心部件包括重约80公斤的电动机和变速器以及差速器。能量管理则通过集成于驱动系统中的高压脉冲逆变器进行。该逆变器内部集成了DC/DC转换器，与12V车载电源和充电设备一起构成了一套集成式的驱动单元。整个驱动单元结构紧凑，重量也很轻。这也就是为什么这款5门5座的电动车，尽管车重达1545千克，但其总重却只比配备TDI发动机和DSG变速器的高尔夫“蓝驱”车型重205公斤的原因之一。而在安全性能方面，高尔夫电动车依然达到同样的标准，也就是碰撞测试5星级的最高评级。

项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例实例二：雷诺ZOE电动车

ZOE曾经在日内瓦车展上亮相，此次亮相巴黎的则是ZOE量产车型的全球首演，ZOE拥有一副标准的紧凑两厢车身材，尺寸为（长×宽×高）4084×1730×1562毫米，轴距2588毫米，如图4-17所示。

1、ZOE电动汽车的布局与结构

ZOE车型使用了像大多数电动车一样的布局，如图4-18所示。驱动模块位于前部，由转换器、动力控制单元、驱动电机等组成，如图4-19、4-20所示；乘员舱底部则是车辆的动力电池。ZOE的电池包支架和底盘的加固都提高了车辆的被动安全性，如图4-21、4-22所示。ZOE由一台88马力的电动机驱动，可输出220牛•米的扭矩，极速可达135公里/小时，百公里加速时间13.5秒。

项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例（项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例2、210公里续航里程“锱铢必较”的节能技术--省出来的210公里续航里程。ZOE运用了雷诺创新的“RangeOptimiZEr”系统，这一技术包含了新一代制动/减速能量回收技术、热泵技术和米其林EnergyTME-V轮胎三大要素，如图4-23所示，通过对能耗的斤斤计较，让ZOE拥有了笑傲同级的续航能力。据称，这三项技术的应用让ZOE的续航里程延长了25%，使ZOE成为目前唯一在NEDC测试中续航里程超过200公里的量产电动车.项目四纯电动汽车任务四纯电动汽车车型实例（1）新一代制动/减速能量回收技术新一代制动/减速动能回收技术由雷诺与博世共同开发，相比以往能量回收效率大大提高，它采用了全电控的液压制动系统，使制动力度在任何工况下都能够更智能地分配，据悉这套系统在制动/减速时回收的能量是传统电动车的2~3倍，可见其高效，如图4-24所示。电动液压制动系统的制动液压由带高压蓄能器的供压单元提供，如图4-25所示。当驾驶员踩下制动踏板时，控制单元就会确定制动的强度和回馈能量的强度，如图4-26所示。

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