电动汽车原理与应用技术 第2版 课件 第2章 电动汽车的基本结构与工作原理

第2章电动汽车的基本结构与工作原理1

纯电动汽车

混合动力电动汽车

插电式混合动力电动汽车

燃料电池电动汽车目录3纯电动汽车纯电动汽车是指利用动力电池作为储能动力源，通过动力电池向驱动电机提供电能，驱动电机运转，从而驱动电动汽车的一种新能源汽车。纯电动汽车基本结构示意图纯电动汽车示意图4纯电动汽车相对于燃油汽车，纯电动汽车所具有的优点如下：零排放、零污染、噪声小。结构简单、使用维修方便。能量转换效率高，同时可回收制动时和下坡时的能量，提高能量利用效率。可在夜间利用电网廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。制动能量回收零排放，绿色环保5纯电动汽车纯电动汽车集成了机械、电子、能源、计算机、信息等多种高新技术，是典型的高新技术产品，其最终目标是实现车辆的智能化、数字化和轻量化。纯电动汽车关键技术主要有：动力电池驱动电机电机控制车身和底盘设计能量管理技术6纯电动汽车机械子系统由底盘和车身、驱动装置、变速器等组成，与之相关的特性包括道路特性、被动安全性、汽车内部空间、装配时间、适用性以及价格等。从电气工程的角度来分，纯电动汽车可以分为机械子系统、电力电子子系统和信息子系统。电力电子子系统由动力网、电机及其控制器和能源系统组成，与之相关的特性有安全、规则、标准、效率、可靠性、重量以及价格等。信息子系统用于处理驾驶员的意图，并监控汽车的运行以及电源、电机、控制器和充电器的状态，与之相关的有通信网络、数据处理的算法以及和通信相关的故障诊断和充电控制等。纯电动汽车的构型与结构纯电动汽车的工作原理纯电动汽车的行驶性能电动汽车的发展现状8燃油汽车与电动汽车的主要区别在于它们的驱动系统不同，传统的燃油汽车以内燃机驱动，而电动汽车由电机驱动。纯电动汽车纯电动汽车的构型与结构与燃油汽车相比，电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于电动汽车具有以下三个独特的特点：91.能量传递方式不同。电动汽车的能量主要是通过柔性电缆电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递的，因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。纯电动汽车纯电动汽车的构型与结构传统燃油汽车能量传递方式电动汽车能量传递方式10纯电动汽车2.驱动系统布置不同。例如独立的四轮驱动和轮毂电机驱动等系统与传统燃油车的驱动系统结构区别很大，采用不同类型的驱动电机也会影响到电动汽车的重量、尺寸和形状。纯电动汽车的构型与结构轮边电机驱动轮毂电机驱动11纯电动汽车3.储能装置不同。不同的补充能源装置需要不同的硬件和机构，例如动力电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用替换动力电池的方式，将替换下来的动力电池进行集中充电。纯电动汽车的构型与结构充电机充电方式替换动力电池的方式12纯电动汽车电动汽车可分为三个子系统：1.电驱动子系统，由电子控制器、功率转换器、电机、机械传动装置和驱动车轮组成。2.能源子系统，由主电源、能量管理系统和充电系统构成。3.辅助控制子系统，有动力转向、温度控制和辅助动力源等功能。纯电动汽车的构型与结构纯电动汽车的构型与结构纯电动汽车的工作原理纯电动汽车的行驶性能电动汽车的发展现状14纯电动汽车纯电动汽车传动系统布置的常规形式：依托于传统内燃机汽车，采用驱动电机替代原有的内燃机，由驱动电机、离合器、变速器和差速器组成。纯电动汽车的工作原理15纯电动汽车采用固定速比减速器的驱动系统：由于驱动电机能在较长的速度范围内提供相对恒定的功率，因此多级变速器可以被一个固定速比减速器所代替，并且离合器也可以省去，即无变速器的传动形式。纯电动汽车的工作原理16纯电动汽车整合式布置形式：驱动电机、固定速比减速器和差速器被进一步整合为一体，布置在驱动轴上，整个驱动传动系统被大大简化和集成，并且从再生制动的角度出发，容易实现电能从车轮再到电机的回收。纯电动汽车的工作原理17纯电动汽车无机械差速器的分布式驱动形式：在整合式布置形式的基础上，差速器被两个独立的驱动电机所代替，每个驱动电机单独完成一侧车轮的驱动任务。在车辆进行曲线行驶时，两侧的电机就会分别工作在不同的速度下。纯电动汽车的工作原理18纯电动汽车轮边电机驱动型式：为了进一步简化驱动系统，牵引电机与车轮之间取消了传统的传动轴，由轮边电机直接驱动车轮前进。同时用一个单排的行星齿轮来减小转速和增强转矩，以满足不同工况的功率要求。纯电动汽车的工作原理19纯电动汽车轮毂电机驱动型式：完全舍弃驱动电机和驱动轮之间的机械传动装置，轮毂电机的外转子直接接在驱动轮上，电机与车轮的转速控制融为一体，使车速控制变得简单，但需要驱动电机提供更高的转矩来起动和加速车辆。纯电动汽车的工作原理纯电动汽车的构型与结构纯电动汽车的工作原理纯电动汽车的行驶性能电动汽车的发展现状纯电动汽车的行驶性能21电动汽车驱动力和行驶阻力驱动力

纯电动汽车的行驶性能22电动汽车驱动力和行驶阻力驱动力机械传动装置:与驱动电机输出轴有运动学联系的减速齿轮传动箱或者变速器、传动轴以及主减速器等机械装置。纯电动汽车的行驶性能23电动汽车驱动力和行驶阻力驱动力功率损失:齿轮啮合点处的摩擦损失、轴承中的摩擦损失、旋转零件与密封装置之间的摩擦损失以及搅动润滑油的能量损失等。

对于单排行星减速器的效率值一般取0.97~0.98，万向传动轴的效率取0.98纯电动汽车的行驶性能24电动汽车驱动力和行驶阻力驱动力汽车在各种行驶工况下行驶时，所需的转矩和功率是行驶速度的函数，取决于不同车速行驶时所遇到的行驶阻力。假设原动机在不同转速时的功率保持不变，则

在原动机的工作转速范围内，转矩与转速成反比、转矩特性是一条在第一象限内的双曲线。转速低时转矩大，转速高时转矩小。这种特性比较接近汽车的行驶工况。但是各种原动机的转矩特性与这种理想的特性是有区别的。纯电动汽车的行驶性能25电动汽车驱动力和行驶阻力驱动力串激式直流驱动电机的功率与转矩特性加载时间不同时，串激式直流驱动电机的功率与转矩特性纯电动汽车的行驶性能26电动汽车驱动力和行驶阻力驱动力串激式交流驱动电机的功率与转矩特性加载时间不同时，串激式交流驱动电机的功率与转矩特性纯电动汽车的行驶性能27电动汽车驱动力和行驶阻力行驶阻力电动汽车在坡道上上坡加速行驶时，作用于电动汽车上的阻力与驱动力保持平衡，建立如下的汽车行驶方程式：

纯电动汽车的行驶性能28电动汽车驱动力和行驶阻力

电动汽车在硬路面上行驶，由于橡胶轮胎的弹性迟滞形成的能量损失，相当于汽车车轮在前进方向上遇到的一个阻力消耗了汽车的能量。

滚动阻力系数f数值由试验确定，通常滚动阻力系数与路面的种类，行驶车速和轮胎的材料、构造、气压等因素有关。纯电动汽车的行驶性能10电动汽车驱动力和行驶阻力

汽车在行驶过程中由于空气动力的作用，在汽车行驶方向上作用在汽车上的分力称为空气阻力。空气阻力通常与气流相对速度的动压力成比。

纯电动汽车的行驶性能30电动汽车驱动力和行驶阻力

车身表面上的空气法向压力分布纯电动汽车的行驶性能31电动汽车驱动力和行驶阻力

纯电动汽车的行驶性能32电动汽车驱动力和行驶阻力

道路的坡度角除以角度表示外，道路工程上常以坡度表示，将坡度角的正切值定义为坡度，

纯电动汽车的行驶性能33电动汽车驱动力和行驶阻力

电动汽车的质量换算系数可进一步作理论分析计算，通常由试验确定。对于电动汽车还缺乏实验数据和近似的计算方法，可参考内燃机汽车的质量换算系数的计算方法。加速阻力：

纯电动汽车的行驶性能34电动汽车的驱动力与行驶阻力的平衡电动汽车在行驶过程中，驱动力与行驶阻力始终保持平衡。利用行驶方程式通过解析法或者图解法分析电动汽车的动力性能。

利用上述计算结果，即可画出驱动力图。纯电动汽车的行驶性能35电动汽车的驱动力与行驶阻力的平衡

驱动力-行驶阻力平衡图纯电动汽车的行驶性能36电动汽车的驱动力与行驶阻力的平衡

五种不同主减速比的电动汽车爬坡坡度曲线纯电动汽车的行驶性能37电动汽车的驱动力与行驶阻力的平衡

五种不同主减速比的电动汽车加速曲线纯电动汽车的行驶性能38电动汽车的动力性评价参数电动汽车的动力性也可以用最高车速、加速能力和最大爬坡度来进行描述，但是与燃油汽车不同的是，驱动电机存在不同的工作制，如1min工作制、5min工作制、30min工作制等，即存在瞬时功率、连续功率和小时功率。最高车速：指汽车在无风条件下，在水平、良好的路面上所能达到的平均最高车速。加速能力：汽车原地起步的加速能力和超车加速能力来表示，通常采用电动汽车加速过程中所经过的加速时间和加速距离作为评价汽车的加速性能指标。爬坡能力：指汽车在良好的路面上，以低车速行驶的上坡的最大坡度，坡度值一般用百分比来表示。对于电动汽车而言，不同的用途和使用工况，对于汽车的爬坡能力的要求是不一样的。39纯电动汽车电动汽车上动力电池组充满一次电后的最大行驶里程称为电动汽车的续驶里程。纯电动汽车的行驶性能电动汽车的续驶里程问题思考充电时长低温衰退容量衰减40纯电动汽车纯电动汽车的行驶性能电动汽车的续驶里程的计算

41纯电动汽车

纯电动汽车的行驶性能电动汽车的续驶里程如何更合理地用电？智慧电网智慧交通42纯电动汽车电动汽车续驶里程的影响因素:纯电动汽车的行驶性能电动汽车的续驶里程环境状况:道路状况较差、交通拥挤环境温度:温度由25℃降低到0℃的过程中，电动汽车的阻力增加10%，增加的电动汽车能耗使得续驶里程大为减少。电动汽车的总质量:车身的轻量化。在工况一定时，电动汽车的能耗和质量基本呈线性关系。辅助装置的能量消耗:照明、音响、通风、取暖、空调都需要消耗动力电池的电能。电池的性能:动力电池组的一致性、动力电池的可用放电容量等是影响电动汽车续驶里程的重要因素。43纯电动汽车

实际情况并没有计算式那样简单。由于空气阻力消耗的能量与质量无关，同时动力电池受到放电效率、放电深度、放电电流以及自放电现象的影响，有的动力电池每天自放电率高达1％以上，这些因素都会影响动力电池组的输出总能量。另外，行驶工况的差别等因素都将影响电动汽车的续驶里程，因此，上式只能近似地估算电动汽车的续驶里程。纯电动汽车的行驶性能电动汽车的续驶里程纯电动汽车混合动力电动汽车

插电式混合动力电动汽车

燃料电池电动汽车目录45混合动力电动汽车混合动力汽车：汽车动力传动系由两个或多个能同时运转的单个动力传动系统联合组成的汽车分类：按结构分类串联式混合动力并联式混合动力混联式混合动力按混合度分类微混轻混中混重混按是否插电分类插电式混合动力非插电式混合动力46混合动力电动汽车混合动力汽车的优点：可以结合内燃机较大的续驶里程和电驱动零排放的优点。通过起停功能降低燃油消耗，通过制动回收为电池充电，提高整车燃油经济性。可以实现电动机对发动机的功率补偿，改善动力性，或通过调节发动机转速使发动机工作点尽可能在发动机的最佳燃油经济性曲线附近，提高经济性。VS丰田Prius纯电动汽车47混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车的结构示意图串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车具有如下特点：

①车载能量源环节和混合

②单一的动力装置

③车载能量源由两个以上的能量联合组成48混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车具有如下特点：①机械动能的混合；

②具有两个或多个动力装置；

③每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。并联式混合动力电动汽车结构49混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车动力传动系统中通常有两个电机，在车辆行驶过程中可以根据整车的功率需求调整发动机、驱动电机、发电机的工作状态，可以实现多种工作模式的切换。案例丰田THS混动系统比亚迪DM-i混动系统50混合动力电动汽车利用了行星轮系3个自由度实现发动机、发电机以及驱动轴的动力耦合。功率分流式