版新能源汽车概论PPT课件

第1页第2章新能源汽车类型2.1纯电动汽车2.2混合动力电动汽车2.3燃料电池电动汽车2.4气体燃料汽车2.5生物燃料汽车2.6氢燃料汽车2.7太阳能汽车第2页2.1纯电动汽车2.1.1纯电动汽车的类型2.1.2纯电动汽车的结构原理2.1.3纯电动汽车驱动系统布置形式2.1.4纯电动汽车的特点2.1.5电动汽车的关键技术2.1.6纯电动汽车车型实例第3页2.1.1纯电动汽车的类型纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。一般采用高效率充电蓄电池为动力源。纯电动汽车无需再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。纯电动汽车可分为2种类型，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。第4页2.1.1纯电动汽车的类型1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组，它的电力和动力传输系统如图所示。蓄电池组传输系统车轮电动机电池变换器电力传输动力传输第5页2.1.1纯电动汽车的类型2.装有辅助动力源的纯电动汽车用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积较大。因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源，如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能和增加续驶里程。装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图所示。蓄电池组电动机电流变换器或超级电容器发动机-发电机组传输系统车轮电力传输动力传输第6页2.1.2纯电动汽车的结构原理燃油汽车主要由发动机，底盘、车身和电气四大部分组成，纯电动汽车的结构与燃油汽车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机，电力驱动控制系统的组成与工作原理如图2.4所示，它由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。当汽车行驶时，由蓄电池输出电能(电流)通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。第7页2.1.2纯电动汽车的结构原理驾驶室显示操纵台蓄电池电源充电控制器辅助动力源动力转向单元能源管理系统中央控制单元辅助装置（照明、空调等）车轮车轮机械传动装置电机驱动控制器电网电源加速踏板制动踏板档位杆车载电源模块辅助模块电力驱动主模块方向盘控制信号流向；动力电源流向；机械方式连接第8页2.1.2纯电动汽车的结构原理1．电力驱动主模块电力驱动主模块主要包括中央控制单元、驱动控制器、电机、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入蓄电池。中央控制单元根据加速踏板和制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行启动、加速、减速、制动控制。驱动控制器是按中央控制单元的指令和电动机的速度、电流反馈信号，对电动机的速度、驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器必须和电动机配套使用。电机在电动汽车中被要求承担电动和发电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要的电动机功能，将电能转化为机械能；在减速和下坡滑行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转化为电能。机械传动装置是将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。第9页2.1.2纯电动汽车的结构原理2．车载电源模块电源电源模块主要包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。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。纯电动汽车的能量管理主要是指电池管理系统，它的主要功用是对电动汽车用电池单体及整组进行实时监控、充放电、巡检、温度监测等。充电控制器是把交流电转化为相应电压的直流电，并按要求控制其电流。第10页2.1.2纯电动汽车的结构原理辅助系统主要包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。辅助系统除辅助动力源外，依据不同车型而不同。辅助动力源主要由辅助电源和DC/DC功率转换器组成，其功用是供给电动汽车其它各种辅助装置所需要的动力电源，一般为12V或24V的直流低压电源，它主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。动力转向系统是为实现汽车的转弯而设置的，它由转向盘、转向器、转向机构和转向轮等组成。作用在转向盘上的控制力，通过转向器和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。第11页2.1.2纯电动汽车的结构原理驾驶室显示操纵台类同于传统汽车驾驶室的仪表盘，不过其功能根据电动汽车驱动的控制特点有所增减，其信息指示更多地选用数字或液晶屏幕显示。辅助装置主要有照明、各种声光信号装置、车载音箱设备、空调、刮水器、风窗除霜清洗器、电动门窗、电控玻璃升降器、电控后视镜调节器、电动座椅调节器、车身安全防护装置控制器等。它们主要是为提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的，根据需要进行选用。第12页2.1.3纯电动汽车驱动系统布置形式电动汽车的驱动系统是电动汽车的核心部分，其性能决定着电动汽车运行性能的好坏。电动汽车的驱动系统布置取决于电机驱动系统的方式，可以有多种多样。常见的驱动系统布置形式如图所示。第13页2.1.3纯电动汽车驱动系统布置形式(1)传统的驱动模式。图（a）与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器，只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率。(2)电动机-驱动桥组合式驱动模式。图（b）和（c）取消了离合器和变速器，但具有减速差速机构，由1台电动机驱动两车轮旋转。优点是可以继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器。这种方式对电动机的要求较高，不仅要求电动机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。第14页2.1.3纯电动汽车驱动系统布置形式(3)电动机-驱动桥整体式驱动模式。图（d）是将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速和差速转换。这种传动方式同样对电动机有较高的要求，大起动转矩和后备功率，不仅要求控制系统有较高的控制精度，而且要具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶的安全、平稳。(4)轮毂电机驱动模式。图（e）和（f）同图（d）布置方式比较接近，将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车轮行驶。第15页2.1.4纯电动汽车的特点（1）无污染，噪声低。纯电动汽车不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，有“零污染”的美称；电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机噪声小。（2）能源效率高，多样化。电动汽车的能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。第16页2.1.4纯电动汽车的特点（3）结构简单，使用维修方便。电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，当采用交流感应电动机时，电动机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。（4）动力电源使用成本高，续驶里程短。目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电池的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但随着电动汽车技术的发展，电动汽车存在的缺点会逐步得到解决。第17页2.1.5电动汽车的关键技术1．电池及管理技术电池是一直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，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。电池组性能直接影响整车的加速性能、续驶里程以及制动能量回收的效率等。电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优化。为了达到最佳的性能和寿命，需将电池包的温度控制在一定范围内，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。第18页2.1.5电动汽车的关键技术2．电机及控制技术电动汽车的驱动电机是电动汽车的关键部件。要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩，体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。电动汽车所用的电动机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。随着电机及驱动系统的发展，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、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合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、抗干扰能力强，参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个系统的综合性能。第19页2.1.5电动汽车的关键技术3．整车控制技术新型纯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，网络化实现的通讯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技术提供有力的支撑。第20页2.1.5电动汽车的关键技术4．整车轻量化技术(1)通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能等车辆参数的整体优化，合理选择电池和电动机参数。(2)通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的重量。(3)积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。(4)利用CAD技术对车身承载结构件进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。第21页2.1.6纯电动汽车车型实例1.奇瑞瑞麒纯电动汽车第22页2.1.6纯电动汽车车型实例2.奇瑞QQ纯电动汽车第23页2.1.6纯电动汽车车型实例3.比亚迪E6第24页2.1.6纯电动汽车车型实例4.吉利熊猫纯电动汽车EK-1第25页2.1.6纯电动汽车车型实例5.长安奔奔第26页2.1.6纯电动汽车车型实例6.宝马MiniE纯电动汽车第27页2.1.6纯电动汽车车型实例7.三菱iMiEV纯电动汽车第28页2.1.6纯电动汽车车型实例8.日产Leaf纯电动汽车第29页2.1.6纯电动汽车车型实例9.奔驰smartfortwo纯电动汽车第30页2.2混合动力电动汽车2.2.1混合动力电动汽车的定义与分类2.2.2混合动力电动汽车的结构原理2.2.3混合动力电动汽车的特点2.2.4混合动力电动汽车车型实例第31页2.2.1混合动力电动汽车的定义与分类1.混合动力电动汽车的定义从狭义上讲，混合动力电动汽车是指同时装备两种动力源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力电动汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。也可以认为混合动力电动汽车通常是指既有蓄电池可提供电力驱动，又装有一个相对小型内燃机的汽车。第32页2.2.1混合动力电动汽车的定义与分类从广义上来讲，混合动力电动汽车指的是装备有两种具有不同特点驱动装置的车辆。这两个驱动装置中有一个是车辆的主要动力来源