模块三 电动汽车

模块三电动汽车重庆工商职业学院电动汽车目录电动汽车概述1电动汽车的结构与原理2电动汽车能源系统3电动汽车驱动系统4电动汽车辅助系统5重庆工商职业学院3.1概述

世界汽车保有量已达到8亿辆，并且还以2.3%的速度递增。汽车是一个能源消耗巨大的耐用消费品，据统计，目前世界石油消耗中，大约63%用于交通运输，其中的80%用于汽车燃料。汽车保有量的增加，不仅带来能源消耗的加剧，人类赖以生存的环境污染也日益恶化。

在欧洲，柴油车是比较成熟的节能环保技术，但它仍然无法摆脱对日渐稀少的石油资源的依赖。更重要的是，我国由于柴油品质以及国家政策的瓶颈，其发展前景不明。纯电动车绝对是最佳的节能环保技术，但仍然无法解决电池技术的能量密度、寿命、价格等方面的问题，限制了纯电动汽车的应用。3.1概述重庆工商职业学院

氢动力车被业界一致认为是未来解决能源问题的“终极方案”。但是氢的大规模分解制造目前还没解决，加氢站等基础设施铺设的昂贵费用更是令人咋舌。融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车异军突起。市场份额逐渐增大，已成为重点发展的新型汽车。

奔驰SLSElectricDrive搭载了四台电动机，这四台电动机将各自负责驱动一个轮毂，因而提供的是四轮驱动系统。这款SLSElectricDrive搭载的是一个548公斤的锂离子电池，能够提供的总电能为60千瓦时。并能提供最大740马力的动力输出，以及999牛米的最大扭矩。根据官方数据表明，奔驰SLSAMGElectricDrive的百公里加速时间仅为3.9秒，最高时速可以达到250公里/小时。在充满电的情况下，该车的最大续航里程可达到249公里。奔驰SLSAMG奔驰SLSAMG奔驰SLSAMG丰田Mirai氢动力汽车重庆工商职业学院丰田Mirai氢动力汽车重庆工商职业学院

丰田汽车在今年的洛杉矶车展上带来了一款划时代的产品——氢动力汽车。这台正式大批量生产销售的新概念汽车被命名为“Mirai”（日语：未来），在丰田看来，这台汽车代表了丰田对于未来的定义。丰田的氢燃料电池车MIRAI终于在2014年12月18日，日本上市了，新车售价723.6万日元(约37.8万人民币)，日本政府补贴后，实际价格520万日元(约27.1万人民币)。丰田Mirai氢动力汽车重庆工商职业学院Mirai量产车型的车身设计与之前的FCV概念车/验证车几乎完全相同，注重空气动力学的要求使得Mirai的造型和传统汽车并不相同：较小的风挡倾角、流线型的后风挡以及短小高耸的车尾。同时为了进一步减小空气阻力，Mirai在车身侧面还加入了几条连续的曲线。量产版本的Mirai车身长度大约在4870mm，宽度为1810mm，为了照顾实用性，车身的高度被设定为1535mm。丰田Mirai氢动力汽车重庆工商职业学院丰田Mirai氢动力汽车重庆工商职业学院Mirai使用了液态氢作为动力能源，液态氢被储存在位于车身后半部分的高压储氢罐中。Mirai所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的高压储氢罐可以承受70MPa压力，并分别置于后轴的前后。液态氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加注设备具有独立的安全标准。充满Mirai的储氢罐大约需要3-5分钟，在JC08工况下，Mirai的氢储量可以支持700公里续航里程。丰田Mirai氢动力汽车重庆工商职业学院氢燃料电池的电力可以直接用于驱动位于车辆前轴的交流同步电机，该电机的最大功率为122马力（90千瓦），最大扭矩为260牛米。电机输出的扭矩通过转速齿轮组传递到车轮上。而在减速工况时，电机被反拖，这样产生的电能被存储在后轴上方的镍氢电池中。Mirai的驱动系统除了不释放有害尾气外，还有着低噪声、高效率、低重心的特点。3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院世界汽车保有量已达到8亿辆，并且还以2.3%的速度递增。汽车是一个能源消耗巨大的耐用消费品，据统计，目前世界石油消耗中，大约63%用于交通运输，其中的80%用于汽车燃料。汽车保有量的增加，不仅带来能源消耗的加剧，人类赖以生存的环境污染也日益恶化。3.1.1电动汽车的发展统计表明在占80%以上的道路条件下，普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%。重庆工商职业学院3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院在欧洲，柴油车是比较成熟的节能环保技术，但它仍然无法摆脱对日渐稀少的石油资源的依赖。更重要的是，我国由于柴油品质以及国家政策的瓶颈，其发展前景不明。纯电动车绝对是最佳的节能环保技术，但仍然无法解决电池技术的能量密度、寿命、价格等方面的问题，限制了纯电动汽车的应用。氢动力车被业界一致认为是未来解决能源问题的“终极方案”。但是氢的大规模分解制造目前还没解决，加氢站等基础设施铺设的昂贵费用更是令人咋舌。融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车异军突起。市场份额逐渐增大，已成为重点发展的新型汽车。3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院

在19世纪30年代，英、法等国曾有人研究电动汽车，到1881年在法国巴黎街上出现了世界上第一辆电动汽车，它是由法国工程师GusiavcTrouvc装配的以铅酸蓄电池为动力的三轮车。1882年在英格兰由W.E.Ayrion和John.Pcrry两位教授组装了第二辆电动三轮车。3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院

丰田公司于1996年11月在第13届国际电动车会议上推出日本第一辆燃料电池电动汽车。东京电力公司和日本研究开发公司，联合研制成功“IZA"豪华型电动车，采用288V镍镐电池，4台直流无刷电动机，输出功率为100kW，最高车速达到176km/h,每次充电后，以40km/h行驶时续驶里程达548km。3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院

从2003年开始，丰田就在Prius身上使用了第二代混合动力系统，俗称THS-Ⅱ系统。这是一种使用两种动力组合的混联式混合动力系统。

除了Prius之外，还有Camry、Estima以及其高端品牌雷克萨斯RX400h,GS450h,LS600hL等车型均采用了混合动力系统3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院2012年7月，国务院在其颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》（以下简称《规划》）中对汽车油耗进行了明确规定，“到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6.9升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至5.9升/百公里以下3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院

但是由于纯电动汽车需要改变整个动力体系，要花一部分额外的成本来装电机、电池，而电机控制系统的成本较高，带动整车销售价格也提高。从目前各国试运行和部分产业化的情况来看，包括低性能两轮电动车在内的小型纯电动汽车产业化情况较好，而高性能较大型纯电动汽车的设计目的本就有较远距离、较大速度的需求，直接的后果的就是加大车身重量、对电机功率和电池容量要求比较大、成本加重、经济性下降。3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院3.1.1电动汽车的发展重庆工商职业学院3.1.2电动汽车的分类重庆工商职业学院

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。通常地，容量型动力电池即可满足使用要求。电动汽车的特点是结构相对简单，生产工艺相对成熟，缺点是充电速度慢，续驶里程短。因此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。3.1.2电动汽车的分类重庆工商职业学院1、按用途分类

按用途不同，纯电动汽车可以分为以下几类：

（1）纯电动轿车；

（2）电动货车；

（3）电动客车。3.1.2电动汽车的分类重庆工商职业学院2、按驱动形式分类

按动力驱动控制系统结构形式不同，纯电动汽车可以分为以下几类：

（1）直流电动机驱动的电动汽车；

（2）交流电动机驱动的电动汽车；

（3）双电动机驱动的电动汽车；

（4）双绕组电动机电动汽车；

（5）电动轮电动汽车。3.1.2电动汽车的分类重庆工商职业学院3、按使用的电池类型分类

按使用的电池类型不同，电动汽车可以分为以下几类：

（1）铅酸蓄电池电动汽车；

（2）镍氢电池电动汽车；

（3）锉离子电池电动汽车；

（4）燃料电池电动汽车。3.2电动汽车结构与原理重庆工商职业学院

电动汽车主要由电力驱动系统、电源系统和辅助系统三部分组成。3.2.1电动汽车的结构与原理重庆工商职业学院3.2.1电动汽车的结构与原理重庆工商职业学院一、电力驱动系统

电力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人蓄电池。

电动汽车的控制系统的性能直接影响着汽车的性能指标。该控制系统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。它类似于燃油汽车的加速踏板和变速器，包括电动机驱动器、控制器及各种传感器，其中最关键的是电动机逆变器。

3.2.1电动汽车的结构与原理重庆工商职业学院二、电源系统

电源系统主要包括电源、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。3.2.1电动汽车的结构与原理重庆工商职业学院三、辅助系统

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。辅助系统除辅助动力源外，其余的依据车型不同而不同。

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、空调器及其他辅助设备提供动力。3.2.2电动汽车的布置及参数重庆工商职业学院3.2.2电动汽车的布置及参数重庆工商职业学院3.2.2电动汽车的布置及参数重庆工商职业学院3.2.2电动汽车的布置及参数重庆工商职业学院3.2.2电动汽车的布置及参数重庆工商职业学院3.2.2控制技术重庆工商职业学院1、电动机及控制技术

随着电动机及驱动系统技术的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制，以及专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将应用于电动汽车的电动机控制系统。它们的应用将使系统结构简单、响应迅速、抗十扰能力强，参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个系统的综合性能。

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。再生制动还可以减少汽车制动片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。3.2.2控制技术重庆工商职业学院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，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。

减小包内不均匀的温度分布以避免模块间的不平衡，以此避免电池性能下降，且可以消除相关的潜在危险。由于电池包的设计既要密封、防水、防尘、绝缘等，又要考虑空气流流场分布、均匀散热，所以电池包的散热通风设计，成为电动车研究的一个重要领域。3.2.2控制技术重庆工商职业学院3、整车控制技术

新型电动汽车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。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，网络化实现的通信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技术提供了有力的支撑。3.2.2控制技术重庆工商职业学院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。但可以采用以下措施减轻整车质量。3.2.2电动汽车的参数重庆工商职业学院1、起步加速性能。车辆在设定时间内由静止加速到额定车速或走过预定的距离的能力。2、以额定车速稳定行驶的能力。对电动汽车来说，蓄电池和电动机应该能提供车辆以额定车速稳定行驶的全部功率需求，并且根据我国的道路状况至少能克服坡度为3%的路面阻力。3.2.2电动汽车的参数重庆工商职业学院3、以最高车速稳定行驶的能力。在电动汽车上，电动机发出的功率应该能够维持车辆以最高车速行驶。4、爬坡能力。电动汽车能以一定的速度行驶在一定坡度的路面上。

另外，电动汽车的蓄电池所输出的电能和电量应该能够维持电动汽车在一定工况下行驶额定的里程。3.3电动汽车能源系统重庆工商职业学院

电池是电动汽车的动力源，是能量的存储装置，也是目前制约电动汽车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院一、电池的组成电池一般由电极、电解质、隔膜、外壳四部分组成。电极（正极和负极）一般由活性物质和导电骨架组成。电解质在电池内部阴、阳极之间担负传递电荷（带电离子）的作用。隔膜为阴、阳极之间起到绝缘作用的薄膜、板材或胶状物等。外壳是盛放和保护电池电极、电解质、隔膜的容器。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院二、电池的常识1、电池的组合

蓄电池作为动力源，一般要求有较高的电压和电流，所以需要将若干个单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组使用。

电池组合中对单体电池性能有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽可能一致的单体电池。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院2、电池的放电

电池放电是将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池向外电路输送电流。

蓄电池的放电参数主要有放电深度、放电率和连续放电时间。

放电深度是指电池当前的放电状态，用实际放电容量与额定容量的百分比来表示。

放电率是指放电时的速率，常用时率或倍率表示。时率是指一定的放电电流放完额定容量所需的小时数，倍率是指规定时间内放出其额定容量时所输出电流的数值与额定值的倍数。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院3、电池的充电

电池充电是将外部电源输入蓄电池的直流电能转换为化学能储存起来的过程。

蓄电池的充电参数主要有充电特性、完全充电和充电率。充电特性是指充电时蓄电池的电流、电压与时间之间的关系。完全充电是蓄电池内所有可利用的活性物质都已转变成完全荷电的状态。充电率是指充电时的速率，也用时率和倍率来表示。

蓄电池的荷电状态是指蓄电池充放电后剩余的容量与全荷电容量的百分比。充电的方式又分为恒压充电，恒流充电，涓流充电，浮充电。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院4、电池的极化

极化是电池由静止状态转入工作状态产生的电池电压、电极电位的变化现象。极化现象反映了由静止状态转入工作状态能量损失的大小，极化损失越小越好。

极化现象也可理解为对平衡现象的偏离。热力学平衡过程与可逆现象紧密相连。可逆过程或平衡过程的变化率是很小的，但实际过程必须有一定的速率，有时还要求有很高的速率。

常见的极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化（电阻极化）、浓差和电化学极化等。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院5、记忆效应

记忆效应是指电池在没有完全放电之前就重新充电，电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上，但在以后的放电过程中，电池将只记得这一低容量。

同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池容量逐渐变低。主要表现在镍镉电池中。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院三、电池的分类电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1、化学电池

化学电池是利用物质的化学反应发电。

化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院（1）原电池

原电池又称一次电池，是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池，如锌一二氧化锰十电池、锉锰电池、锌空气电池、一次锌银电池等。

（2）蓄电池

蓄电池又称二次电池，是指电池在放电后可通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池，这种充放电可以达数十次到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院（3）燃料电池

燃料电池又称连续电池，是指参加反应的活性物质从电池外部连续不断地输人电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再生型燃料电池等。

（4）储备电池

储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触，使用前注人电解液或者使用其他方法使电解液与正负极接触，此后电池进人待放电状态，如镁电池、热电池等。

化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池等。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院2、物理电池

物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。3、生物电池

生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。

迄今已经实用化的车用动力蓄电池有传统的铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。在物理电池领域中，超级电容器也应用于纯电动汽车和混合动力汽车中。生物燃料电池在车用动力中应用前景也十分广阔，以氢为燃料的燃料电池和氧化物燃料电池的研发已进人重要发展阶段。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院四、动力电池的性能指标

电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要是看电池的性能指标。电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有差异。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院1、电压

电压分为端电压、开路电压、额定电压、放电电压和终止电压等。

（1）端电压

电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。

（2）开路电压

电池在开路状态下的端电压称为开路电压，即电池在没有负载情况下的端电压。电池的开路电压等于电池正极的电极电势与负极电极电势之差。

（3）电动势

电池的电动势等于组成电池的两个电极的平衡电位之差。

（4）额定电压

额定电压是指电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院（5）放电电压

电池的工作电压是指电池接通负载后在放电过程中显小的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。

（6）终止电压

终止电压是指电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。当电池的电压下降到终止电压后，再继续使用电池放电，化学“活性物质”会遭到破坏，减少电池寿命。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院2、容量

电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安时(Ah)，它等于放电电流与放电时间的乘积。电池的容量可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。（1）理论容量

理论容量是把活性物质的质量按法拉第电磁感应定律计算而得到的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/L、或Ah/kg。

（2）实际容量

实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院（3）标称容量

标称容量是用来鉴别电池的近似安时值。

（4）额定容量

额定容量也称保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电流在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。

（5）荷电状态

荷电状态(SOC)是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。反映电池容量的变化。SOC=1即表示电池充满状态。随着电池的放电，电池的电荷数逐渐减少，此时电池的充电状态，可以用SOC的百分数的相对量来表示电池中电荷的变化状态。一般电池放电高效率区为50%-80%的SOC。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院3、内阻

电流流过电池内部受到的阻力，使电池电压降低，此阻力称为电池内阻。由于电池内阻作用，电池放电时端电压低于电动势和开路电压。充电时端电压高于电动势和开路电压。4、能量

电池的能量是指在一定放电制度下，电池所能输出的电能，单位是Wh或kWh。它影响电动汽车的行驶距离。

（1）理论能量

理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积，指一定标准所规定的放电条件下，电池所输出的能量。

3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院（2）实际能量

实际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积，表示在一定条件下电池所能输出的能量。

（3）比能量

比能量也称质量比能量，是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Wh/kg。常用比能量来比较不同的电池系统。

比能量有理论比能量和实际比能量之分。理论比能量是指lkg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量;实际比能量是指lkg电池反应物质所能输出的实际能量。由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。

3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院（4）能量密度能量密度也称体积比能量，是指电池单位体积所能输出的电能，单位是Wh/L。5、功率

电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为W或kW。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。

（1）比功率

单位质量电池所能输出的功率称为比功率，也称质量比功率，单位为W/kg或kW/kg。

（2）功率密度

单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，也称体积比功率，单位为W/I、或kW/L。

3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院6、输出效率

动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。

（1）容量效率

容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输人的容量之比，影响电池容量效率的主要因素是副反应。当电池充电时，有一部分电量消耗在水的分解上。此外，自放电、电极活性物质的脱落、结块、孔率收缩等也降低容量输出。

（2）能量效率

能量效率也称电能效率，是指电池放电时输出的能量与充电时输人的能量之比，影响能量效率的原因是电池存在内阻，它使电池充电电压增加，放电电压下降。内阻的能量损耗以电池发热的形式损耗掉。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院

3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院8、放电速率(放电率)

放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比值来表示。

（1）时率(时间率)

电池以某种电流强度放电，放完额定容量所经过的放电时间。汽车用电池一般用小时率容量表示。

（2）倍率(电流率)

电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院9、使用寿命

使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。

电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数。

除此之外，成本也是一个重要的指标。电动汽车发展的瓶颈之一就是电池价格高。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院10、电动汽车对动力电池的要求

电动汽车对动力电池的要求主要有:

（1）比能量高。为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。

（2）比功率大。为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。

（3）充放电效率高。电池中能量的循环必须经过充电一放电一充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。

（4）相对稳定性好。电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。

（5）使用成本低。除了降低电池的初始购买成本外，还要提高电池的使用寿命以延长其更换周期。

（6）安全性好。电池应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院3.3.1电池的基本常识重庆工商职业学院3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院

铅酸蓄电池作为纯电动汽车动力电源在比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂离子电池差，不适合于电动轿车。但由于其价格低廉，国内外将它的应用定位在速度不高、路线固定、充电站设立容易规划的车辆。3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院正极板表面上附着一层褐色的二氧化铅，负极板是海绵状的铅板，颜色为深灰色，电解液是浓度为（27～37）%的稀硫酸水溶液。当电池两端加上负荷时，在电池外部，电路电子流动形成电流，而在电池内部，化学能转换为电能，电以离子的形式从一个电极到另一个电极。正电极在放电时，是由外界电路接收电子，形成还原反应；负电极释放电子到外界电路，形成氧化反应；电解液的作用是给正负电极之间流动的离子创造一个液体环境，或者说充当离子流动的介质作用。3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院正极板表面上附着一层褐色的二氧化铅，负极板是海绵状的铅板，颜色为深灰色，电解液是浓度为（27～37）%的稀硫酸水溶液。当电池两端加上负荷时，在电池外部，电路电子流动形成电流，而在电池内部，化学能转换为电能，电以离子的形式从一个电极到另一个电极。正电极在放电时，是由外界电路接收电子，形成还原反应；负电极释放电子到外界电路，形成氧化反应；电解液的作用是给正负电极之间流动的离子创造一个液体环境，或者说充当离子流动的介质作用。3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院1—单格电池2—盖3—负极接线柱4—电解液加入口5—外壳6—电极连接板

7—负极板8—隔板9—正极板10—沉淀物存储槽11—外隔板12—极板连接板

13—单格电池正极接线柱14—单格电池负极接线柱15—活性物质3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院3.3.2铅酸电池重庆工商职业学院铅酸蓄电池的充放电特性3.3.3镍氢电池重庆工商职业学院镍氢电池分为圆形和方形，主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组成。3.3.3镍氢电池重庆工商职业学院3.3.3镍氢电池重庆工商职业学院

镍氢电池是将物质的化学反应产生的能量直接转化成电能的一种装置。镍氢电池由镍氢化合物正电极、储氢合金负电极以及碱性电解液(如30%的氢氧化钾溶液)组成。密封一次镍氢电池的性能特点主要取决于本身体系的电极反应。

当镍氢电池以标准电流放电时，平均工作电压为1.2V。当电池以8C率放电时，端电压降至1.1V时，则认为放电已完。电压1.1V称为8C率放电时的放电终止电压((0.6V-0.8V)。3.3.3镍氢电池重庆工商职业学院3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院

锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。1、正极正极物质在锰酸锂离子电池中以锰酸锂为主要原料，在磷酸铁锂离子电池中以磷酸铁锂为主要原料，在镍钴锂离子电池中以镍钴锂为主要材料，在镍钴锰锂离子电池中以镍钴锰锂为主要材料。2、负极负极活性物质是由碳材料与黏合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基上，呈薄层状分布。3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院

锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。3、隔板隔板的功能是关闭或阻断通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。

4、电解液电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。5、安全阀为了保证锂离子电池的使用安全性，一般通过对外部电路的控制或者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院

如下图所示为锂离子电池的工作原理，电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌人到负极中;放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌人到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院

如下图所示为锂离子电池的工作原理，电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌人到负极中;放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌人到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院3.3.4锂离子电池重庆工商职业学院各种锂离子电池的比较3.3.5燃料电池重庆工商职业学院3.3.6质子交换膜燃料电池重庆工商职业学院3.3.7质子交换膜燃料电池重庆工商职业学院3.3.8飞轮储能器重庆工商职业学院3.4电动汽车驱动系统重庆工商职业学院电动机是电动汽车驱动系统的核心部件，其性能的好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能，特别是影响电动汽车的最高车速、加速性能及爬坡性能等，因此，在开发电动汽车之前初步确定电动机类型及其参数进而对电动机进行选择是至关重要的。3.4电动汽车驱动系统重庆工商职业学院

单电动机驱动的纯电动汽车中使用的电动机，不需要太大的变速范围，可有效使用较小容量的永磁电动机；因为有差速减速器，并且不需要太大的变速范围，故可采用无离合器和传动装置的传动系统。没有传动装置，运转更加容易，但这样也需要低速大转矩、速度变化区域大的电动机。3.4.1电动机的分类重庆工商职业学院一、按工作电源分类根据电动机工作电源不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中，直流电动机又分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机;交流电动机分为单相电动机和三相电动机。二、按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机、异步电动机和同步电动机。直流电动机又分为无刷直流电动机和有刷直流电动机;异步电动机分为感应电动机和交流换向器电动机；同步电动机分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。3.4.1电动机的分类重庆工商职业学院三、按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。四、按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。五、按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。电动汽车最早采用的是直流电动机。随着电子技术和自动控制技术的发展以及电动汽车技术要求的提高，无刷直流电动机、异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机等显示出比直流电动机更为优越的性能，在电动汽车中应用越来越广泛。3.4.2电动机的参数重庆工商职业学院一、额定功率额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率(W或kW)。二、额定电压额定电压是指外加于线端的电源线电压(V)。三、额定电流额定电流是指电动机额定运行(额定电压、额定输出功率)情况下电枢绕组(或定子绕组)的线电流(A)。四、额定频率额定频率是指电动机额定运行情况下电枢(或定子侧)的频率(Hz)。五、额定转速额定转速是指电动机额定运行(额定电压、额定频率、额定输出功率)的情况下，电动机转子的转速(r/min)。3.4.3电动汽车对电机的要求重庆工商职业学院

1、电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的要求;在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求；2、电动机应具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能力强、加速性能好、使用寿命长等特点；3、电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高一次充电的续驶里程;3.4.3电动汽车对电机的要求重庆工商职业学院

4、电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率；5、电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作;6、电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2-1/3;7、电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护;8、价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比;9、运行时噪声低，减少污染。3.4.3电动汽车对电机的要求重庆工商职业学院

4、电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率；5、电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作;6、电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2-1/3;7、电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护;8、价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比;9、运行时噪声低，减少污染。3.4.4直流电动机重庆工商职业学院

直流电动机就是将直流电能转换成机械能的电动机，是电动机的主要类型之一，具有结构简单、技术成熟、控制容易等特点，在早期的电动汽车或希望获得更简单结构的电动汽车中得到应用，特别是场地用电动车和专用电动车上应用更为普遍。3.4.4直流电动机重庆工商职业学院3.4.4直流电动机重庆工商职业学院基本转速以下为恒转矩区，基本转速以上为恒功率区。在恒转矩区，励磁电流保持不变，改变电枢电压来控制转矩。在高速恒功率区，电枢电压不变，改变励磁电流或弱磁来控制转矩。这种特性很适合汽车对动力源低速高转矩、高速低转矩的使用需求。直流电动机结构简单，易于平滑调速，加之控制技术成熟，所以几乎所有早期的电动车都是采用直流电动机。3.4.5交流异步电动机重庆工商职业学院

异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，定子和转子之间存在气隙，此外，还有端盖、轴承、机座和风扇等部件。图所示为三相异步电动机的典型结构1—轴承盖2—端盖3—接线盒4—定子铁心5—定子绕组

6—转轴7—转子S—风扇9—轴承10—机座11—罩壳3.4.5交流异步电动机重庆工商职业学院

异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成，定子和转子之间存在气隙，此外，还有端盖、轴承、机座和风扇等部件。图所示为三相异步电动机的典型结构1—轴承盖2—端盖3—接线盒4—定子铁心5—定子绕组

6—转轴7—转子S—风扇9—轴承10—机座11—罩壳3.4.5交流异步电动机重庆工商职业学院3.4.6开关磁阻电动机重庆工商职业学院

开关磁阻电动机由双凸极的定子和转子组成，其定子、转子的凸极均由普通的硅钢片叠压而成。3.4.5交流异步电动机重庆工商职业学院定子极上绕有集中绕组，把沿径向相对的两个绕组串联成一个两级磁极，称为“一相”；转子既无绕组又无永磁体，仅由硅钢片叠成。开关磁阻电动机有多种不同的相数结构，如单相、二相、四相及多相等，且定子和转子的极数有多种不同的搭配。定子和转子极数组合方案见下表。相数3456789定子极数681012141618转子极数46810121416步进角/（°）3015994.253.212.53.5电动汽车辅助系统重庆工商职业学院