《新能源汽车技术》教学教案

新能源汽车技术

教案

教案

项目一：新能源汽车概论参考学时：2学时

教学目标

一、知识目标

1.能源危机；

2.环境污染；

3.国家对策。

4技术发展现状。

二、能力目标

1.全面了解新能源汽车发展现状及趋势•

2.掌握新能源汽车的分类。

三、素质目标

1.能够自主学习汽车新知识、新结构；

2.能够通过各种媒体资源查找所需信息。

教学准备

1.多媒体教室。

2.多媒体教学课件资料。

教学方法和建议

1•教学方法：采用讨论问答方法。

2.教学建议：启发学生对电动汽车及其结构和技术的关注，提高其对新能源汽车认知程度和

兴趣。

教学方法

教学内容与过程备注

与手段

教学引入结合多媒引导学

教学方法：多媒体教学。体课件讲生思考

解

课时安排：2课时并回答

问题

一、发展新能源汽车的战略意义

1、能源安全

世界千人汽车保有量

中国汽车保有量预测

汽车对石油需求预测

高油价与能源危机

中国燃油汽车产业发展将不可持续

2、环境污染的严重性

中国是PM2.5最严重地区之一

PM2.5构成中70%-80%来自于汽车尾气

典型燃料与驱动技术的效率与碳排放

面临二氧化碳减排的巨大压力

二、新能源汽车类型

纯电动汽车（重点）

混合动力汽车（重点）

燃料电池电动汽车

天然气汽车

生物燃料汽车

氢燃料汽车

三、汽油机汽车与电动汽车能量利用效率比较

汽油机汽车能源转换效率WTT

汽油机汽车能量转换效率TTW

电动汽车能源转换效率WTT

四、世界电动汽车发展现状

主要国家发展战略及政策动向

我国电动汽车“三纵三横”技术体系

我国电动汽车标准体系初步建立

新能源汽车25个示范试点城市

各国新能源汽车销量

2011年全球新能源汽车销量品牌

五、部分新能源汽车车型

丰田普锐斯插电式混合动力汽车

GM雪佛兰VOIt增程式电动车

日产leaf电动汽车

宝马MINI-E电动汽车

2012年北京汽车展上部分电动汽车

课后反思

教案

项目二：电动汽车电能源及电池管理系统参考学时：4学时

教学目标

一、知识目标

1.动力电池的类型及性能指标。

2.电池管理系统。

二、能力目标

1.掌握动力电池组的性能检测及维护。

三、素质目标

具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；具有团队合作精神。具有良好的自身

形象。

教学准备

1.多媒体教室。多媒体教学课件。

2相关电机及控制器。

教学方法和建议

1•教学方法：采用任务教学法、分组教学法、情景模拟法等。

2.教学建议：利用课堂教学和实训操作进行讲授。使同学们能够掌握驱动电机及控制技术的

构造及原理。

教学方法

教学内容与过程备注

与手段

教学引入课堂讲授，引导学

教学方法：多媒体教学、教学演示、实训多媒体教生回答

课时安排：4课时学。问题

一、蓄电池的性能指标

工作原理：

电能一一化学能一一电能一一化学能的可逆变换过程

1.电压

电动势、开路电压、额定电压、工作电压、终止电压

2.电池容量

A理论容量

＞实际容量

＞标称容量（公称容量）

A额定容量（保证容量）

A充电状态（SOC）

3.能量

A标称容量

＞实际能量

A比能量

＞能量密度

4.功率

A比功率：电池单位质量中所具有电能的

攻略

＞攻略密度：电池单位体积中所具有的电

能的攻略

5.电池的内阻

6.循环次数

7.使用年限

8.放电速率

A时率电池

A倍率电池

9.自放电率

10.成本

11•其他

二、混合动力汽车对蓄电池的基本要求

1.比能量

2.充电时间短

3.连续放电率高，自放电率低

4.不需要复杂的运行环境

5.安全可靠

6.寿命长、免维修、制造成本低

锂离子电池

铅酸蓄电池：性能最差，但价格低廉

保氢蓄电池：性能最优，但价格昂贵

保镉蓄电池

三、铅酸蓄电池将几种动

1•种类力电池的

"移动式优缺点进

、固定式∫半密封式行对比

［密封式

＞特点：开路电压高，放电效率高，能够在常温下正常工作,

生产技术成熟，价格便宜，规格齐全。

＞动力铅酸电池：高比能量和比功率，高循环次数和使用寿命,

快速充电性等

2.基本单元：2V

3.工作原理

Pb02+Pb+2H2S04=2PbS04+2H2O

随着放电的进行，硫酸不断减少，与此同时电池中又有水生成,

这样就使电池中的电解液浓度不断降低；反之，在充电时，硫酸将

不断生成，因此电解液浓度将不断增加。

阀控铅酸电池(VRLA):电池容量大，无记忆效应，价格便宜

四、四-氢(Ni-MH)电池

1.标称电压：1.2V

2.比能量：70-80(W.h)∕kg

3.比功率：200W/kg

4.工作原理

负极

•

O.-MM

氢

合

金

通过存I仅H⅛抵离不起电.

5.铢-氢电池的充、放电特性

A放电特性

＞充电特性

A寿命

＞优点：起动加速性好，一次充电后的续航里程较长，不会对

周围环境造成污染，易维护，快速补充充电时间短。

*生型旧车型

6.锦-镉电池

比能量:55(W.h)∕kg

比功率：超过225W/kg

工作电压：较低

单体电池标称电压：12V

循环使用2000次以上

五、锂离子电池

1.特点重点讲解

厂单体电池工作电压：3.7V

重量轻、比能量大T50(W.h)/L

Y体积小-400(W.h)/L

循环次数：1000次

L无污染

高效率输出

高温时性能良好

安全性好

｛经500次循环，放电容量仍大于95%

2.钠硫电池

Load!窗Il)产Ee

e∣DCSource|_［力.CXL

NegativeElectrodeSolidElectrolytePositiveElectrode

(Na)(β-Aluaina)(S)

六、电池管理系统

1.电动汽车使用BMS的必需性

(1)大容量单体电池容易产生过热

eg.20Ah锂电池——135oC

50Ah锂电池——188oC

(2)电池的性能不完全一致

2.电池成组后的主要问题：

过充、过放

过大电流

温度过高

短路或者漏电

BMS的主要工作原理：

数据采集电路首先采集电池状态信息数据，再由电子控制单元

(ECU)进行数据处理和分析，然后根据分析结果对系统内的相关功

能模块发出控制指令，并向外界传递信息。

BMS的主要任务输入的信号执行部件

防止过充电池电压、电流、温度充电机

避免过放电池电压、电流、温度电动机功率转换

器

温度控制电池温度冷热空调(风扇

等)

电池组件电压和电池电压和温度平衡装置

温度的平衡

预测电池的SOC电池电压、电流、温度显示装置

和剩余行驶里程

3.电池管理系统结构

广电压、电流与温度测量

计算电池SOC

计算电池放电深度DOD

Y计算最大允许放电电流

计算最大允许充电电流

预测蓄电池寿命指数和SOH

故障诊断

课后反思

项目二：纯电动汽车参考学时：12学时

子项目1：电动汽车电能源及电池管理系统参考学时：2学时

教学方

教学内容与过程法与手备注

段

教学引入

教学方法：多媒体教学、操作演示、实践技能训练相结合

学生分

课时安排：2课时

组进

启发示行。先

一、学习目标

提问引导学

生回答

(-)知识目标

上节课

的问题

1.熟悉电动汽车常用的动力电池；

2.掌握各动力电池组的性能特点和工作原理；

3.掌握电池管理系统的结构、功能。

理实一

(二)能力目标

体化教

学，结合

1.通过课程学习使学生能够按照使用、设计要求选择蓄电池的种类。

多媒体

课件讲

2.通过电池状态，对其故障进行诊断、维修。

解

(≡)素质目标

1.形成良好的工作作风，培养与人合作、与人沟通能力。

熟悉电

2.锻炼学生的判断能力。

动汽车

常用的

二、预习要点

动力电

池；掌握

1.蓄电池的种类及特点；

各动力

2.电池管理系统的结构、功能。电池组

的性能

三、学习方法特点和

工作原

1.复习第1章的学习内容，进一步了解新能源汽车的特点。理；掌握

电池管

2.收集汽新能源汽车动力电池的相关素材，了解动力电池组的种类和理系统

特点。的结构、

功能。

3.学习课程内容，掌握各动力电池组的性能特点和工作原理，了掌握（占用

电池管理系统的结构、功能。课时10）

4.通过学习，能对电池组得故障进行诊断、维修。

5.完成思考题

四、学习内容

（一）蓄电池的性能指标

结合实

际，提问

工作原理：

一些经

常遇到

电能一一化学能一一电能一一化学能的可逆变换过程

的一些

1.电压问题。

电动势、开路电压、额定电压、工作电压、终止电压

2.电池容量

＞理论容量

A实际容量

A标称容量（公称容量）

A额定容量（保证容量）

＞充电状态（SoC）

3.能量

A标称能量

A实际能量

A比能量

A能量密度

4.功率

A比功率：电池单位质量中所具有电能的功率

A功率密度：电池单位体积中所具有的电能的功率

5.电池的内阻

6.循环次数

7.使用年限

8.放电速率

A时率电池

A倍率电池

9.自放电率

10.成本

11.其他

（三）混合动力汽车对蓄电池的基本要求

1.比能量

2.充电时间短

3.连续放电率高，自放电率低

4.不需要复杂的运行环境

5.安全可靠

6.寿命长、免维修、制造成本低

（四）铅酸蓄电池

1.种类

「移动式

Y

［固定式/半密封式

L封式

A特点：开路电压高，放电效率高，能够在常温下正常工作，生

产技术成熟，价格便宜，规格齐全。

A动力铅酸电池：高比能量和比功率，高循环次数和使用寿命，

快速充电性等

2.基本单元：2V

「正极板

单体电池J负极板

、隔板

(五)镖-氢和裸-镉电池

1.锦-氢(Ni-MH)电池

标称电压：1.2V

比能量:70-80(W.h)∕kg

比功率：200W∕kg

2.保-镉电池

比能量：55(W.h)∕kg

比功率：超过225W/kg

(六)锂离子电池和钠硫电池

1.锂离子电池

单体电池工作电压：3.7V

重量轻、比能量大T50(W.h)/L

体积小-400(W.h)∕L

循环次数：1000次

无污染

2.钠硫电池

(七)BMS的必需性和BMS系统结构

1.电池成组后的主要问题：

,过充、过放

过大电流

温度过高

【短路或者漏电

2.BMS的主要工作原理：

数据采集电路首先采集电池状态信息数据，再由电子控制单元

(ECU)进行数据处理和分析，然后根据分析结果对系统内的相关功能

模块发出控制指令，并向外界传递信息。

3.电池管理系统结构

电池组管理系统

X热(温度)管理系统

L电压平衡控制系统

(A)电池管理系统的功能

(电压、电流与温度测量

计算电池SOC

计算电池放电深度DOD

/计算最大允许放电电流

计算最大允许充电电流

预测蓄电池寿命指数和SOIl

I故障诊断

五、思考题

1.蓄电池的种类？

2.锂离子电池的特点？

3.电池管理系统的功

课后反思

项目二：纯电动汽车参考学时：12学时

子项目3：电动汽车相关技术参考学时：4学时

教学方

教学内容与过程法与手备注

段

教学引入

教学方法：多媒体教学、操作演示、实践技能训练相结合

课时安排：2课时

学生分

一、学习目标启发示

提问组进

（-）知识目标行。先

引导学

1.掌握DC/DC转换器的结构和工作原理；生回答

上节课

2.掌握电动汽车动力转向系统的构造及原理；的问题

3.掌握电动制动系统的构造及原理；

4.掌握普锐斯汽车线控制动系统构造及工作原理；

5.掌握电动汽车能量回馈控制原理；

6.掌握纯电动汽车和混合动力汽车空调的构造及工作原理；

7.掌握纯电动汽车和混合动力汽车仪表的功能。

（-）能力目标

1.能够根据仪表显示判断、检测故障并维修。

2.掌握检测设备的正确使用。

（三）素质目标

1.形成良好的工作作风，培养与人合作、与人沟通能力。

2.训练学生使用设备的规范性。

3.培养团队协作精神。

二、预习要点

1.DC/DC转换器的结构和工作原理

2.电动汽车动力转向系统的构造及原理

3.电动制动系统的构造及原理

4.普锐斯汽车线控制动系统构造及工作原理

5.纯电动汽车和混合动力汽车空调的构造及工作原理

6.电动汽车能量回馈控制原理

7.纯电动汽车和混合动力汽车仪表的功能

三、学习方法

1.观看相关媒体素材

2.学习课程内容

3.理论联系实践，参与完成实验、实训课程

5.总结，完成思考题

四、学习内容

理实一

体化教

（一）直流/直流转换器学，结合

多媒体

1.电动汽车辅助子系统课件讲

解

2.单、双向DC/DC转换器工作原理

（-）电动汽车动力转向系统

1.电动转向系统分类

电动转向助力系统EPS的再次分类

能源消耗效果

100%

横向类

比讲解，

HHPS

加深及

[EEHPS

理解记

(DEPS

忆。

10%

EHPSEPS

①HPS对比:90%的能源消耗效果

(^EHPS对比25%的能源消耗效果

2.EPS的元件组成和工作原理

传感器

「磁性转子

扭力杆检测线圈校正线圈转向柱连接块\

I//磁阻传感

鬲/厂亓,件

输出轴

7阜NNl扭转杆J

转向小齿

冷测环3检测环2检测环1轮连接块一

(三)行动制动和电动机再生制动

1.电动真空助力制动系统

结合实

1)基本工作原理际，提问

一些经

2)再生制动常遇到

的一些

2.PRIUS混合动力汽车线控制动系统问题。

(1)PRIUS主组件功能

(2)电动机再生制动

(3)电动汽车的行车制动EBD、ABS和助力操作

(4)VSC+系统

(5)自诊断和安全保护

3.电动汽车能量回馈控制原理

(1)无刷直流电动机的基本控制方法

(2)采用无刷直流电动机驱动系统的回馈制动方法

(四)电动汽车空调系统

电动汽车空调装置以及车环境特点：

＞应具有足够抗振动冲击和良好的系统气密性能

＞具有快速制冷、制热和低速运行能力

＞压缩机工作效率高，控制可靠性高，维护方便

＞车内漏热严重

＞难以做到气流分布均匀

1.电动汽车空调的制冷方式布置任

务，学

A早期一一没有配备空调系统生分组

完成。

A将燃油发动机带动的压缩机替换成直流电动机直接驱

动的压缩机

汽车空调压缩机分类

「传统发动机驱动的类型

V使用发动机和电动机驱动的混合动力型

I单纯使用变频电动机驱动的类型

（1）制冷系统的组成

混动压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发箱和控

制电路等组成。

（2）制冷系统部件功能

学生看

5¾图

按照分

安全阀电动压缩机解步骤

Γπl禹区液体逐步进

D

S^低压沿馋行

贮液干燥器畲

车前空气-I低压气体车内空气

。冷凝器

制冷剂压力传感器

/或压力开关

^M^

电子扇2SriSzmSriiS"4鼓风机马达

蒸发堂J

U/BQSrgsrMNBr疝N

发动机仓内

曜膨胀阀U

车内空气

2.空调制热方式空调压缩机

（1）空调制冷/制热方式

半导体式制冷/制热

基本器件：热电偶对

特点：不需要任何制冷济，可连续工作，没有污染源没有

旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件,

工作时没有振动、噪音，寿命长，安装容易。

制冷效率一般不高，但制热效率很高。

热泵型空调系统制冷/制热

驻车加热器制热

PTC加热器的电制热方式

车内温度车外热交换器

逆变器传感器

'NNNRN&春RNR

驱动电机'&NNR&R春RNH

7nRnr&缴r课课h

'RRMNSSlSfRRR4

WWUWWW

四通阀WMMWWW

压缩机

mwsf^

"RNReNRRRR

W⅞ra⅞⅞w¾ro

WΛVΛ∙ΛV

V**ΛVΛT*W

⅛WWirΛW轴流风扇

ΛTΛWW!Λ

"NENE梅Nm车内热交换器

VΛVW⅛W,膨胀阀

1ΛVW⅛'

WΛWWΛ'

m^NNNR；

离心风扇

制热工作方式制冷工作方式

(2)电动变排量涡旋式制冷压缩机

3.PriUS空调系统

(1)空调变频器

空调变殃器

(2)系统图和主组件位置图

(3)空调其他部件介绍

(4)自诊断

电动汽车充电及高压安全

一、学习目标

(-)知识目标

1.熟悉电动汽车主要充电方式；

2.掌握充电机功能;

3.熟悉电动汽车传导式充电接口；

4.掌握TN网络原理及电动汽车高压用电安全。

（-）能力目标

1.能够采用正确的方法给电动汽车充电。

2.掌握电动汽车高压用电安全知识。

（三）素质目标

1.形成良好的工作作风，培养与人合作、与人沟通能力。

2.训练学生使用设备的规范性。

3.培养团队协作精神。

二、预习要点

1.电动汽车主要充电方式；

2.充电机功能；

3.电动汽车传导式充电接口；

4.电动汽车高压用电安全。

三、学习方法

1.观看相关媒体素材

2.学习课程内容

3.理论联系实践，参与完成实验、实训课程

5.总结，完成思考题

四、学习内容

（一）电动汽车充电方式

1.常规充电方式

采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电。

典型的充电时间：8-10h

2.快速充电方式

以IC-3C的大充电电流在短时间内为蓄电池充电。

典型的充电时间：10-3Omin

r=^5≡o。-

j

3.更换电池充电方式

通过使用机械设备，整个电池更换过程

IOmin以内，与现有的燃油汽车加油时间大致相当。

4.无线充电方式

(-)充电机功能

1.充电机功能

自动设定方式

手动设定方式

2.充电功能

充电模式智能三阶段充电模式

特殊功能数据转储和处理

3.监控功能

4.显示功能

5.通讯功能

6.典型电动汽车智能充电及管理系统功能

（三）电动汽车传导式充电接口

1.交流充电接口

2.直流充电接口功能

供电设备电动汽车

充电播头i充电插座

..........j...........

交流电源（LD二一IiI..1

交流电源（L2）—：一IJ__1

交流.电源（L3）——I!I__2

中线（N）I!I..

_______5_______I15

设备地（金）1iI-------

控制确认i（CP）T一®—I._____2

控制确认2（PP）-^~~--i

插头插座

PEPE

（四）电动汽车高压安全

1.TN网络原理

2.现代电动汽车的安全措施

3.电动汽车绝缘电阻检测方法

五、实训与练习

六、思考题

1.电动汽车主要充电方式？

2.充电机功能？

3.电动汽车传导式充电接口？

4.电动汽车高压用电安全？

5.DC/DC转换器的结构和工作原理？

6.电动汽车动力转向系统的构造及原理？

7.电动制动系统的构造及原理？

8.普锐斯汽车线控制动系统构造及工作原理？

9.纯电动汽车和混合动力汽车空调的构造及工作原理？

10.电动汽车能量回馈控制原理？

11.纯电动汽车和混合动力汽车仪表的功能？

课后反思

—

教案

项目三纯电动汽车参考学时：10学时

任务一电动汽车电动机参考学时：4学时

教学目标

一、知识目标

1、掌握驱动电机及控制技术的构造及原理。

二、能力目标

1、能认识各种驱动电机及控制器。

三、素质目标

具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；具有团队合作精神。具有良好的自身

形象。

教学准备

1、多媒体教室。多媒体教学课件。

2、相关电机及控制器。

教学方法和建议

1、教学方法：采用任务教学法、分组教学法、情景模拟法等。

2、教学建议：利用课堂教学和实训操作进行讲授。使同学们能够掌握驱动电机及控制

技术的构造及原理。

教学方法

教学内容与过程备注

与手段

教学引入课堂讲授，引导学

教学方法：多媒体教学、教学演示、实训多媒体教生回答

课时安排：2课时学。问题

一、电力驱动系统

电动汽车电力驱动系统是电动汽车的心脏，其任务是在驾驶员

的控制下，高效地将蓄电池的能量转化为车轮的动能，或者（刹车

时）将车轮上的动能反馈到蓄电池中。

电动机驱动系统分为电气和机械两大部分。电气部分由电动机、

功率转换器和电子控制器三个子系统组成：机械部分主要由机械传

动装置（变速器和差速器）和车轮构成。电子控制器分为三个功能

单元：传感器、中间连接电路和处理器。

在驱动和能量再生过程中，能量源与电机之间的能量流动是通

过功率转换器进行调节的。

二、电力驱动系统的种类

根据电动汽车驱动轮的布置方式有全轮驱动、后轮驱动和全轮

驱动等方式。

根据电动汽车驱动系统的组成特点，其基本布置方式可分为机

械驱动系统、半机械驱动系统和纯电气驱动系统等。

根据电动汽车驱动系统中是否采用轮毂电动机，可分为轮毂电

动机驱动系统和非轮毂电动机驱动系统。

根据电动汽车驱动系统中电动机的数量可分为单电机和多电

机驱动系统。

三、电动汽车对驱动电动机性能的基本要求

（1）高电压；

（2）高转速；

（3）质量轻，体积小。

（4）电动机应具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，

以满足启动、加速、行驶、减速、制动等所需要的功率和转矩。

（5）电动机需要有4-5倍的过载，以满足短时加速行驶和最

大爬坡度的要求。

（6）电动机应具有较高的可控性、稳态精度、动态性能，以

满足多部电动机协调运作。

（7）电动机应具有高效率、低损耗、并在车辆减速时，可进

行制动能量回收。

（8）电气系统和控制系统的安全性应达到有关的规定和标准。

（9）能够在恶劣条件下可靠工作。

（10）结构筒单,适合量生,使用维修方便,价格便宜等。

驱动电机除了要满足上述性能要求外，在设计是还应注意一下

几点：

a）单电动机与多电动机结构。

一种是采用单个电动机驱动车轮，另一种是采用多个电动机和

一起单独驱动每一个车轮。单电动机结构的优点是：由于只用一个

电动机，它最大限度的减少体积、质量和成本。而多电动机结构能

减小单个电动机的电流和功率的额定值，并能均衡电动机的尺寸和

质量。另外，在电子减速器起作用时，考虑过失容限的能力，多电

动机驱动需采取额外的预防。

b）单电动机与多电动机结构比较。

C）固定速比（单速传动）与可变速比（多速传动）齿轮减速。

d）有/无齿轮传动。

四、系统电压

电动汽车的电压等级对驱动电动机系统的设计有很大影响。采

用合理的高电压电动机可以减小逆变器的成本和体积。但如果电压

选择过高，需要串联蓄电池增多，引起车辆的重量、成本增加，车

辆性能下降，车内空间和行李箱空间减小。

系统电压受蓄电池重量限制，一般约占整车的30%左右；另

外，电动机功率越大，所采用的电压等级越高。通用汽车EVl采用

102kW电动机的电压等级为312V,而RevaEV的13kW电动机采用

48V电压。

五、驱动电动机

电动机的发展已经经历了一个多世纪，不像电子和计算机科

学，电动机的发展时间较长发展速度较慢。然而，借助于新材料技

术、高度发展的拓扑学、功能强大的计算机辅助设计（CA［））、先进

的功率电子和微电子技术，电动机得以不断地发展。

六、驱动电机分类

（-）直流电动机

1、直流电机模型

最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设

了一对直流励磁的静止的主磁极N和S,在旋转部分（转子）上装

设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。

固定部分有磁铁（主磁极）、电刷。转动部分有电枢铁心和绕

在铁心上的绕组。

在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈

的首端利末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。

换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固

定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一

对固定不动的电刷Bl和B2,当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片

和电刷与外电路接通。

（1）主磁极：包括励磁绕组、主极铁心

主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是

用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主

磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一

端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁

极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿

槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用1〜1.5mm的低碳钢板冲压一

定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆

固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使

得相邻主磁极的极性按N,S极交替出现。

（2）电刷装置

是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷、刷握、刷杆和

连线等部分组成，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握

内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面

形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷

组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。

（3）换向极

是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，由换向极铁心和套

在铁心上的换向极绕组构成。

换向极的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产

生有害的火花。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很

小的直流电机中，也有不装或少装换向极的。换向极绕组在使用中

是和电枢绕组相串联的，要流过较大的电流，和串励绕组一样，导

线截面较大。

（4）机座

有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构

框架。机座中作为磁通通路叠部分称为磁辗。机座一般用厚钢板弯

成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机座

的两端装有端盖。

（5）电枢（转子）

直流电机的转动部分称为转子（即电枢）。

包括电枢铁心1、电枢绕组3、转轴5、轴承、换向器、风扇2

等。

电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电

枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，

铁心一般用冲有齿、槽的硅钢片叠压夹紧而成。

小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁

心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。为改善通

风，冲片可沿轴向分成儿段，以构成径向通风道。

电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，是直

流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量

转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两

层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善

地绝缘，并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组

支架上。

换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因

此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的

换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹

紧而构成。每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片

的升高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成

圆筒，再用塑料通过热压制成。

2、直流电动机的工作原理

将直流电通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。

电动机内部有磁场存在。

电枢电枢载流导体将受到电磁力f的作用f=Blia（其方向

用左手定则判断）

所有导体产生的电磁力作用于转子（电枢），使电枢以n转/

分旋转。

3、直流电动机的机械特性

将直流电机的电势方程和转矩方程代入直流电动机电压平衡

方程式中，并略加整理后，可得他励直流电机的机械特性方程为：

77=-------------------------------%

K/KeKtφ2

（二）永磁电动机分类

j永磁直流电动机

I永磁同步电动机■

永磁无刷直流电动机,永磁无刷电动机

1永磁混合式电动机•

1、永磁直流电动机

用永磁体代替励磁线圈和磁极。

优点：节省空间、减少励磁损失，功率密度和效率较高，永磁

体的磁导率低，因而可以减少永磁直流电动机的电枢反应，使换向

得以改善。

缺点：存在换向器和电刷。

2、永磁同步电动机

永磁无刷电动机优点：

对于给定的输出功率，它的质量和体积能够大大减小，使得功

率密度提高；效率高于感应电动机；易于采取措施散热；可靠性较

高；转子电磁时间常数小，动态性好。

3、永磁无刷直流电动机

交换永磁直流电动机的定子和转子。

优点：无刷，消除了电刷带来的许多问题，且方波电流和方波

磁场相互作用可产生更大转矩。有更好的动态性和弱磁控制能力。

4、永磁混合式电动机

一般采用串联和并联结构。

特点：漏磁最小，结构紧凑；材料消耗减少；气隙磁通密度和

功率密度高；转矩一一转速特性能满足电动汽车驱动的特殊要求:

恒功率运行的速度范围显著提高；提高电动汽车驱动如爬坡时低速

高转矩和巡航时高速低转矩工作去的效率。

（三）感应电动机

1、感应电机系统结构

（1）单电动机驱动

由三相笼型感应电动机、三相电压型PWM逆变器、电子控制器、

减速器和差速器组成。

（2）多电动机驱动

由多个电动机、多个逆变器、集中或分布式控制器和可变速比

的变速器组成。

2、感应电动机动力系统

这种电动机需要专门设计，转子铁芯和定子铁芯由薄硅钢片叠

加而成，以减少铁损，鼠笼采用铜条减少线圈损失，定子铁芯采用

C级绝缘，可直接用低黏度的油来冷却，采用铸铝机座来减小电动

机总质量。

3、转速控制

为了实现感应电动机的理想控制，许多新的控制方法被应用到

电动汽车的感应电动机驱动中来，其中较为成功的是，变压变频

（VVVF）控制、磁场定向控制（FOC）（也称矢量控制或解耦控制）、

变极控制。

（四）开关磁阻电动机

1、工作原理

遵循磁阻最小的原则，当B相绕组受到激励时，为减小磁路的

磁阻，转子顺时针旋转，直到转子极2与定子极B相对，此时磁路

的磁阻最小（电感最大）。然后，切断绕组B的激励，给绕组A施

加激励，磁阻转矩使转子极1与定子极A相对

2、开关磁阻电动机的控制

(1)电动机结构简单成本低

(2)功率电路简单可靠

(3)系统可靠性高

(4)启动转矩大，起动电流低

(5)适用于频繁起停及正反向转换运行的场合

(6)可控参数多，调速性能好

(7)效率高损耗小

(五)轮毂电动机

轮毂电动机就是轮中央部分放电动机，有时也叫电动轮。

1、类型：

(1)内转子式：采用内转子式，配备固定传动比的行星减速

器，也称轮边减速器。电动机转速高达10000r/mi∏o

(2)外转子式：采用低速外转子电动机，最高转速在

1000-1500r∕mi∏o

2、轮毂电动机的优点

(1)省略大量传动部件，让车辆结构更简单

(2)可实现多种复杂的驱动方式

(3)便于采用多种新能源技术

3、轮毂电动机的缺点

(1)增大簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆的操控有所影

响

(2)电制动性能有限，维持制动系统运行需要消耗不少电能

(3)增加初始成本，可靠性较差

课后反思

—

项目三纯电动汽车参考学时：10学时

任务二电动机控制器和整车控制器参考学时：2学时

教学目标

一、知识目标

整车控制器的构造及原理。

二、能力目标

掌握整车控制器的构造及原理。

三、素质目标

具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；具有团队合作精神。具有良好的自身

形象。

教学准备

1、多媒体教室；多媒体教学课件。

2、相关电机及控制器。

教学方法和建议

1、教学方法：采用任务教学法、分组教学法、情景模拟法等。

2、教学建议：利用课堂教学和实训操作进行讲授。使同学们能够掌握驱动电机及控制

技术的构造及原理。

教学方法

教学内容与过程备注

与手段

教学引入

教学方法：多媒体教学、教学演示、实训

课时安排：2课时引导学

课堂讲授，

生回答

多媒体教

一、电动机控制器问题