《电动汽车传动系统》课件

电动汽车传动系统电动汽车传动系统是电动汽车的核心组件之一。它将电能转换为机械能，驱动汽车前进。课程目标理解电动汽车传动系统的基本原理深入了解电动汽车传动系统核心部件，包括电动机、电池组、功率电子系统、整车控制系统。掌握电动汽车传动系统的关键技术学习电机控制技术、电池管理技术、功率电子技术、整车控制策略。分析电动汽车传动系统的性能和效率评估电机效率、电池性能、功率电子效率，并学习整车能耗测试方法和能耗优化设计。了解电动汽车传动系统发展趋势掌握电动汽车传动系统未来的发展方向，包括高效率、高性能、高安全性。电动汽车发展历程1830年代苏格兰发明家罗伯特·安德森发明了第一辆电动汽车，它使用电池为电动机供电。19世纪末电动汽车在美国、法国和英国等国家开始流行，但由于汽油发动机的出现，电动汽车的发展一度停滞。1970年代由于能源危机，电动汽车再次受到关注，一些汽车制造商开始开发电动汽车。1990年代至今随着电池技术和电动机技术的进步，电动汽车逐渐走向成熟，并开始在全球范围内推广。电动汽车传动系统概述电动汽车传动系统由电机、电池组、功率电子系统和整车控制系统组成。电动汽车传动系统将电能转换为机械能，驱动车辆行驶。电动汽车传动系统具有效率高、污染少、噪音低等优点。电动机的工作原理电磁感应原理电动机利用电磁感应原理产生旋转力。电流通过线圈产生磁场，磁场与定子磁场相互作用，产生旋转力。电流方向控制控制线圈中的电流方向，从而控制磁场方向，最终实现电动机的转动。磁场相互作用电动机中，定子和转子之间的磁场相互作用，产生旋转力，带动电动机旋转。电池组的构成电池组由多个电池单元组成，每个单元包含一个或多个电池芯。电池单元通常采用并联或串联连接方式，以满足整车的电压和电流需求。电池组通常集成有电池管理系统（BMS），负责监控电池组的电压、电流、温度等参数，并执行保护和管理功能，确保电池组安全稳定运行。电池管理系统11.电池组状态监控电池管理系统实时监控电池组的电压、电流、温度等参数，确保电池组处于安全工作状态。22.电池组均衡电池管理系统通过均衡算法，使每个电池单元的电量保持一致，延长电池组寿命。33.电池组保护电池管理系统设置过充、过放、过流、过温等保护措施，防止电池组损坏。44.电池组管理电池管理系统记录电池组使用情况，提供电池组的健康状态信息。功率电子系统功率电子系统功率电子系统主要包括DC-DC转换器、DC-AC逆变器和充电机等，它负责将电池组的直流电转换为驱动电机所需的交流电。充电机充电机负责将外部交流电转换为直流电，为电池组充电，充电机的效率对电动汽车的充电时间和整体能耗影响很大。逆变器逆变器将电池组的直流电转换为驱动电机所需的交流电，逆变器的效率影响着电动汽车的续航里程和动力性能。整车控制系统大脑整车控制系统是电动汽车的“大脑”，它负责协调管理各个子系统，确保车辆安全平稳运行。例如，控制电机扭矩输出、电池充电和放电、制动系统、驾驶辅助系统等。核心整车控制系统由多个ECU组成，通过CAN总线等通信网络进行数据交互和信息传递。通过对传感器信息的实时采集和分析，做出决策，并发送控制指令到执行机构。电动汽车主要部件性能指标部件性能指标单位电机功率kW电机扭矩Nm电机效率%电池容量kWh电池电压V电池循环寿命次功率电子转换效率%功率电子功率密度kW/L电机性能指标电机性能指标对电动汽车的加速性能、续航里程和效率有着重要的影响。电池性能指标电池性能指标是衡量电动汽车续航里程和充电效率的关键参数。300Wh/kg能量密度电池的能量密度决定了电池的存储容量。1C充电倍率充电倍率是指电池在单位时间内充入的电量。1000次循环寿命电池的循环寿命是指电池在充放电过程中可以承受的循环次数。10年使用寿命电池的使用寿命是指电池在正常使用条件下可以保持性能的时长。功率电子系统性能指标指标单位说明效率%功率电子器件的能量转换效率开关频率kHz功率电子器件开关速度功率密度W/cm³功率电子器件的功率输出能力可靠性MTBF功率电子器件的无故障运行时间成本元功率电子器件的生产成本整车控制系统性能指标整车控制系统是电动汽车的核心控制单元，它负责协调和管理所有子系统，以确保车辆的正常运行和驾驶性能。100ms响应时间对驾驶员指令的快速响应，提高驾驶体验。95%控制精度精确控制电机扭矩、电池能量，优化车辆性能。5km续航里程电池管理系统优化，最大限度延长续航里程。10%能量效率优化能量管理策略，提升整车能效。电动汽车传动系统拓扑结构电动汽车传动系统拓扑结构是指电动机、电池组、功率电子系统和整车控制系统之间的连接方式。根据不同的拓扑结构，电动汽车的性能和效率会有所不同。常见的电动汽车传动系统拓扑结构主要有三种：单驱动电机系统、双驱动电机系统和轮毂电机系统。单驱动电机系统结构单驱动电机系统通常位于车辆后轴。电机通过传动轴连接到差速器，最终驱动后轮。优点结构简单，成本较低，易于制造和维护。在大多数情况下，单驱动电机系统能提供足够的动力和操控性。双驱动电机系统独立控制前后轴分别配备独立电机，通过控制系统实现精确的扭矩分配，提升车辆操控性。转向灵活性独立控制的电机可实现更敏捷的转向响应，提高车辆在复杂路况下的操控能力。加速性能提升两个电机同时驱动，车辆加速性能得到显著提升，满足驾驶者对动力性能的需求。轮毂电机系统集成式设计电机直接安装在车轮上，简化传动系统结构，提高空间利用率。高扭矩输出电机紧贴车轮，直接驱动，有效提升扭矩输出，增强车辆的加速性能。提高效率省略传动轴、变速箱等部件，降低能量损耗，提升整车续航里程。电动汽车传动系统效率分析1电机效率电机效率是指电机输出功率与输入功率的比值，影响因素包括电机类型、转速、负载等。2电池效率电池效率指电池输出能量与储存能量的比值，受电池类型、温度、充放电速率等因素影响。3功率电子系统效率功率电子系统效率是指系统输出功率与输入功率的比值，主要受功率器件、控制策略和散热等因素影响。电机效率电动汽车电机效率是指电机输出功率与输入功率之比。效率受负载、转速、温度等因素影响，通常空载效率较高，负载越高效率越低。电动汽车电机效率越高，能量利用率越高，续航里程越长。电池效率充电效率放电效率能量转换效率充电效率是指将电网能量转换为电池能量的效率。放电效率是指将电池能量转换为电机能量的效率。能量转换效率是指电池能量最终转化为车轮动能的效率。功率电子系统效率功率电子系统效率指标影响因素DC-DC转换器90%以上开关频率、元件损耗DC-AC逆变器95%以上开关频率、谐波抑制AC-DC整流器98%以上功率因数校正、元件损耗整车能耗测试方法电动汽车能耗测试方法是评估电动汽车能效的关键。通过测试，可以确定电动汽车在不同工况下的能耗水平，为优化设计提供依据。1标准工况测试模拟实际驾驶条件2实路测试实际道路行驶3数据分析评估能耗水平能耗优化设计电机效率优化电机效率优化是通过改进电机设计、降低电机损耗等方式提高电机效率。电池管理系统优化电池管理系统优化包括提高电池充电效率、降低电池自放电率等措施。控制策略优化控制策略优化主要通过优化电机控制算法、提高整车控制系统的效率来降低能耗。车身轻量化设计车身轻量化设计能够有效降低整车重量，从而降低能耗。电动汽车传动系统安全性要求11.电池安全电池安全是电动汽车安全性的关键，需要防止电池过充、过放、短路、高温等问题。22.电机安全电机安全需要防止过热、过载、短路等问题，同时确保电机正常运行。33.功率电子安全功率电子系统安全需要防止过压、过流、短路、高温等问题，并确保稳定可靠的能量转换。44.整车安全整车安全需要综合考虑电池、电机、功率电子等部件的安全性，并确保整车的稳定性和可靠性。电机安全性过热保护电机过热可能导致性能下降，甚至损坏。因此，电动汽车传动系统必须配备过热保护机制，例如温度传感器和冷却系统。绝缘保护电动汽车传动系统的高压电机需要可靠的绝缘保护，防止电流泄漏，确保用户安全。短路保护电机短路会造成巨大的电流，产生大量热量，甚至引发火灾，需要设置短路保护装置。电池安全性11.热失控防止电池内部短路，热量积累，引发火灾。采用安全隔离材料，电池管理系统监控温度和电流22.机械损伤电池组安装牢固，防止碰撞或振动导致电池损坏。采用坚固外壳和缓冲材料33.电解液泄漏采用密封良好的电池结构，防止电解液泄漏。泄漏会造成腐蚀和环境污染44.过充和过放电池管理系统监控电池状态，避免过度充电或放电。延长电池使用寿命，降低安全风险功率电子安全性短路保护功率电子器件发生短路时，会产生大量的电流和热量。短路保护电路能够及时切断电路，防止器件损坏。过流保护功率电子器件在过电流状态下会产生过热，过流保护电路能够限制电流，防止器件过热。过压保护功率电子器件在过压状态下会损坏，过压保护电路能够将电压限制在安全范围内。温度保护功率电子器件在高温下会失效，温度保护电路能够检测器件温度，并在温度过高时采取措施。整车安全性碰撞安全车身结构设计，减轻碰撞伤害。主动安全车道偏离预警、自动紧急制动，避免事故发生。电池安全电池管理系统，防止电池过热或短路。防火墙隔离电池和乘客舱，降低火灾风险。电动汽车传动系统发展趋势1电机技术更高效率、更紧凑2电池技术能量密度更高、循环寿命更长3功率电子技术更高功率密度、更高效率4智能化更先进的控制算