2纯电动汽车-2纯电动汽车

第二章纯电动汽车主要内容概述概念、发展简史、优点、关键技术纯电动汽车的系统组成传动系统结构及工作原理纯电动汽车的性能典型的纯电动汽车结构1、概述所谓的纯电动汽车是指利用动力电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动汽车前进的一种新能源汽车。其优点是：1.1纯电动汽车的概念零排放、零污染、噪声小、结构简单、维修方便，同时行驶平稳、乘坐舒适、安全性好及驾驶简单轻便、可使用多种能源、机械结构多样化等。先进的电驱动技术，设计有中里程(约165km)和长里程(约258km)两套电池组合，创新的双速大扭矩变速器实现卓越的效率和性能。如果需要，它能依靠150kW电机实现迅捷的加速性(0~100公里/小时小于7秒)和超过200公里/小时的最高车速；该车可实现30分钟内充电达到80%，实现100%充电也只需要不到4个小时。吉利EC7纯电动汽车纯电动汽车和燃油汽车相比的优点（1）不消耗石油资源，纯电动汽车在运行中不排放废气，噪声也比内燃机汽车低。（2）纯电动汽车具有比内燃机汽车高得多的能量转换效率。（3）纯电动汽车运行中消耗的电能可由多种能源转化。（4）纯电动汽车可以充分利用夜间电网低谷为电池充电，避免了电能的浪费。（5）纯电动汽车能够实现更好的控制性能，包括运动控制、舒适性、故障诊断等，同时可以更容易地实现智能化交通管理。1.2纯电动汽车的特点纯电动汽车也具有以下缺点：（1）低的电池能量密度。（2）过重的电池组。（3）有限的续驶里程与汽车动力性能。（4）电池组昂贵的价格及有限的循环寿命。（5）汽车附件的使用受到限制。2、纯电动汽车的系统组成纯电动汽车系统可分为三个子系统：电动机驱动子系统由车辆控制器、电力电子变换器、电机、机械传动装置和驱动车轮组成能源子系统由能源、能量管理单元和能量的燃料供给单元构成辅助子系统由功率控制单元、车内气候控制单元和辅助电源组成纯电动汽车的系统结构车辆控制器发出相应的控制指令来控制电力电子变换器的功率装置的通断功率转换器的功能是调节电机和电源之间的功率流能量管理系统和车辆控制器一起控制再生制动及其能量的回收，能量管理系统和充电器一同控制充电并监测电源的使用情况辅助动力供给系统供给电动汽车辅助系统不同等级的电压并提供必要的动力车辆控制器电力电子变换器电机机械传动装置能量管理单元能源辅助电源功率控制单元能量的燃料供给单元温度控制单元车轮制动踏板加速踏板方向盘车轮电动机驱动子系统能源子系统辅助子系统能源双线表示机械连接，粗实线表示电气连接，细线表示控制信号连接典型纯电动汽车的基本结构电子控制器三相PWM转换器三相感应电机固定速比变速器和差速器能量管理系统镍氢电池辅助动力源动力转向系统蓄电池充电器冷风和暖气车轮制动踏板加速踏板方向盘车轮电驱动子系统能源子系统辅助子系统交流电源奥运纯电动客车构型3、传动系统结构及工作原理MGBDCMGBDMFGDMFGFGMFGFGMMMMC:离合器；D:差速器；FG:固定速比变速箱；GB:变速箱；M:电机MGBDC3.1配置多档传动装置和离合器的传统驱动系AMTATCVTDSGMGBD借助于电动机在大范围转速变化中所具有的恒功率特性，可用固定档的齿轮传动装置替代多档变速箱，并缩减了对离合器的需要。减小机械传动装置的尺寸和重量，且不需要换挡，简化驱动系的控制。3.2无离合器需求的单档传动装置3.2.1纯电动汽车的传动装置电动机的力矩变化范围不能满足电动汽车行驶性能的要求，因此，在电动机和驱动轮之间需要安装一个机械减速箱或变速箱。另一方面，可以使电动机经常保持在高效率的工作范围内工作，减轻电动机和动力电池组的负荷。采用一个两档变速箱，即可满足电动汽车行驶阻力变化范围的要求，同时可以减轻电动机和动力电池组的负荷，提高工作效率，而传动装置的结构也不复杂。两档变速器和差速器一体化奥运客车一体化电机驱动系统采用交流异步电机额定功率100kw峰值功率150kw最高转速4500rpm冷却方式：风冷三挡变速器最大输入转矩1100Nm，静扭安全系数2.5最高输入转速4500rpm最大输入功率150KW可靠性达到30万次@1100Nm@1860rpm变速器噪声79dB@1860rpm输出端符合无轨电车附加绝缘连接标准传统车AMT系统组成自动离合器齿轮式机械变速器电子控制系统3.2.2电机与AMT传动控制单元输入：驾驶员意图——加速踏板，制动踏板，档位的选择；汽车的工作状态——发动机转速、节气门开度、车速等。控制单元根据换挡规律、离合器控制规律、发动机节气门自适应调节规律产生的输出，对节气门开度、离合器、换挡操作三者进行综合控制，有效配合。电机整车控制器电机控制器AMT控制器CANBus250K驾驶员加速信号制动信号车轮AMT……电机——AMT控制系统组成换挡过程电机工作模式控制策略换挡前转矩模式根据踏板信号输出目标力矩摘空挡自由模式目标力矩为0，电机自由旋转等待同步调速模式给定目标转速换挡操作自由模式目标力矩为0，电机自由旋转换挡完成转矩模式根据踏板信号输出目标力矩电机与AMT控制系统换挡过程中电机工作模式及控制策略优点：AMT的系统集成性好，容易布置，开发时间短，成本低，省油。一般用于重型汽车及城市公交车上，如环卫车、奥运大客车等。缺点：AMT会因挡位变动引起换挡过程中动力中断，车辆失速快，冲击大，同时，由于AMT控制策略与电机配合的问题，可能出现掉挡、换挡失败及其它机械故障等问题！电机与AMT控制系统的特点传统手动箱动力传动系统效率匹配曲线AMT动力传动系统效率匹配曲线MFGD3.3固定档的传动装置和差速器的集成MFGFGM差速器被两个牵引电动机所替代。双侧独立驱动，转向则通过控制两个电机以不同的转速运转来实现。3.4两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置FGFGMM3.5配置两个独立电动机和固定档传动装置的直接驱动电机安装在车轮内——轮式驱动。一个薄型的行星齿轮组可用以降低电机转速，增大转矩。该薄型行星齿轮组具有高减速比，以及输入输出轴纵向配置的优点。MM3.6两个分离的轮式驱动形式轮毂电机驱动如果将驱动电机直接安装在车轮上，可以缩短甚至可以去掉电机与车轮之间的机械传递装置高速内转子电机低速外转子电机轮毂电机驱动制动鼓轴承行星齿轮车轮轮胎轮胎轮辐编码器轴承电机绕组电机绕组PMPM轮辐制动鼓车轮高速内转子电机：必须装固定速比的减速器来降低车速。轮毂电机驱动轮胎轮辐PM电机绕组编码器制动鼓轴承轮胎轮辐PM电机绕组制动鼓轴承车轮车轮低速外转子电机：可以完全去掉变速装置，外转子就安装在车轮轮缘上，而且电机转速和车轮转速相等，因而就不需要减速装置。但它是以低速电机的体积、重量和成本为代价的。四轮轮毂电机驱动清华研制的四轮独立驱动微型电动轿车4.电动汽车的能源结构形式BP所选用的蓄电池应该能提供足够高的比能量和比功率。B:蓄电池；P:功率转换器BPB两种不同的蓄电池，其中一种能提供高比能量，另外一种提供高比功率。RFCBP带小型重整器的电动汽车的结构简图，燃料电池所需的氢气由重整器随车产生。B:蓄电池；FC:燃料电池P:功率转换器R:重整器FCBP燃料电池能提供高的比能量但不能回收再生制动能量，因此最好与高比功率且能高效回收制动能量的蓄电池结合在一起使用。B:蓄电池；FC:燃料电池P:功率转换器R:重整器CBPP当用蓄电池与电容器进行混合时，所选的蓄电池必须能提供高比能量，因为电容器本身比蓄电池具有更高的比功率和更高效回收制动能量的能力B:蓄电池；C:电容器FW:超高速飞轮P:功率转换器FWBPP超高速飞轮是具有高比功率和高效制动能量回收能力的储能器。超高速飞轮与具有两种工作模式（电动机和发电机）的电机转子相结合，能够将电能和机械能进行双向转换。所选用的蓄电池应能提供高比能量。飞轮最好与无刷交流电机结合使用，在蓄电池和飞轮之间加一个AC/DC转换器。5、纯电动汽车的性能电动汽车和传统内燃机汽车的性能既有相同之处又有区别这两种汽车的转向装置、悬架装置及制动系统基本上也是相同的。它们之间的主要差别是采用了不同的动力源。内燃机汽车是燃油混合气体在内燃机中燃烧作功，从而推动汽车前进。电动汽车是由蓄电池提供电能，经过驱动系统和电动机，驱动电动汽车行驶。因此，电动汽车的操纵稳定性、平顺性及通过性与内燃机汽车完全相同。电动汽车本身除具有再生制动性能外，与内燃机的制动性能也是相同的。对于电动汽车不存在燃油经济性。电动汽车的能量供给和消耗，与蓄电池的性能密切相关，直接影响电动汽车的动力性和续驶里程，同时影响电动汽车行驶的成本效益，这是研究电动汽车经济性的课题。5.1牵引电动机的特性npnnpp95499549NnnPTNnNPT01000200030004000500060000100200300400500600700800转矩/Nm转速/r/min转矩功率效率0306090120150功率/kW60708090100效率5.2电动汽车的驱动力电动汽车的的驱动力：式中：Ft——驱动力（N）；Tm——电动机输出转矩（N·m）；ig——减速器或者变速箱传动比；io——主减速器传动比；ηt——电动汽车机械传动效率；rd——驱动轮半径（m）。m0ttgMTiim0tddgttTiiMFrr行驶阻力计算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：式中Ft——电动汽车驱动力；Ff——电动汽车行驶时的滚动阻力(N)；Fw——电动汽车行驶时的空气阻力(N)；Fj——电动汽车行驶时的加速阻力(N)；Fi——电动汽车行驶时的坡道阻力(N)；tfwijFFFFF驱动力与行驶阻力平衡通常对汽车的动力性的评价指标有三种，即汽车的最高车速，最大加速能力和最大爬坡度。汽车的最高车速是指汽车在无风的条件下，在水平良好硬路面上所能到达的的最高车速。汽车的加速能力用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加速性的指标。汽车的爬坡能力是指汽车在良好道路上以最低行驶车速上坡行驶的最大坡度。tfwFFiG()tfwdvgFFdtGmaxdmax00.377gnrVii5.3电动汽车的续驶里程电动汽车上动力蓄电池组两次充足电之间的总行驶里程称为电动汽车的续驶里程，以公里（km）表示影响因素行驶的环境状况行驶规范蓄电池的性能电动汽车的总质量辅助装置的能量消耗续驶里程s的理论计算3600tairFPEu1000bDQUDsEFt——电动汽车驱动力（N）Pair——空调功率(kW)u——行驶车速（km/h)Q——电池组容量（A.h）Ub——电池组电压（V）DD——放电深度（%）5.4纯电动汽车燃料经济性电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下以一定的行驶工况，能连续行驶的最大距离，单位为km.能量消耗率(EnergyConsumption)：电动汽车经过规定的试验循环后对动力蓄电池重新充电至试验前的容量，从电网上得到的电能除以行驶里程所得到的数值，单位为Wh/km;比能量消耗率：电动汽车能量消耗率与整车质量的比值，单位为Wh/(km×ton)能量经济性：电动汽车以各种预定行驶规范达到的续驶里程与蓄电池再充电恢复到原有的充电状态所需要的交流电能量之比。单位：km/kWhac工况续驶里程：电动汽车单位里程的能耗在0.11～1.07Wh/km范围内变化。电动汽车比能耗在0.035～0.11kWh/(kmton)范围内变化0emEeESBB国内外电动汽车比能耗与续驶里程的统计数据车型总质量/kg总能量/kWh续驶里程/km能耗/(kWh/km)比能耗/(kWh/km·t)Impact134516.2950.1450.107G型厢式电动汽车353033.5597.60.3440.097U.S电动轿车16420130120.71.0770.066大发HJ－IET