付铁军新能源汽车全套课件

新能源汽车主编：付铁军机械工业出版社目录第一章总述第一节新能源汽车的定义与分类第二节我国新能源汽车的现状和发展前景第三节我国新能源汽车的政策、法规和标准第四节国内外新能源汽车一览第二章电动汽车基础第一节电动机第二节蓄电池第三节其他类型动力蓄电池第四节逆变器与变频器第五节空调与转向系统第三章纯电动汽车第一节纯电动汽车的结构及其行驶性能第二节纯电动汽车的基础设施建设第三节纯电动汽车车型实例第四章混合动力汽车第一节混合动力汽车的结构第二节混合动力汽车分类和工作原理第五章燃料电池电动汽车第一节燃料电池电动汽车的类型与基本结构第二节燃料电池汽车的发展历史及现状第六章其他新能源汽车第一节燃气汽车第二节生物醇类汽车第三节太阳能汽车第七章电动汽车的维修与保养第一节电动汽车的故障维修第二节电动汽车的维护与保养第三节电动汽车故障维修经典实例第一章综述在断加剧的“人、车、自然”的矛盾之下，人们开始把目光从传统的燃油汽车转向新能源汽车。我国作为能源消费大国，发展新能源汽车产业是低碳经济时代必然的选择。我国是一个世界汽车生产和销售大国，传统汽车制造业落后于国外发达国家，但是在新能源汽车研发领域，我们有成本和市场优势，在技术水平及产业化方面，我国与国外基本处于同一起跑线上。因此，新能源汽车的产业发展也将成为汽车行业的新导向。本章主要对新能源汽车的定义、分类和发展以及相关的政策法规进行简单的介绍。第一节新能源汽车的定义与分类一、新能源汽车的定义新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式。也指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源汽车（英文名称：Newenergyvehicles）是指采用非常规的车用燃料（即除汽油、柴油发动机之外）作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。二、新能源汽车的分类1.混合动力汽车混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。2.插电式混合动力汽车（增程式、插电式）插电式混合动力汽车是可以在正常使用情况下从非车载装置中获取电能，以满足车辆具有一定的纯电动续驶里程的混合动力汽车，可分为增程式混合动力和混联插电式混合动力汽车。3.纯电动汽车电动汽车顾名思义就是由车载可充电蓄电池或其他能量储存装置提供电能、由电机驱动的汽车。（1）城市纯电动汽车（UrbanElectricVehicle,UEV）城市纯电动汽车的车速和续驶里程都较低，适合于城市短距离交通，主要车型是小型纯电动汽车和城市公交车。（2）全纯电动汽车（AllElectricVehicle，AEV）全纯电动汽车装有足够容量的动力电池，车速和续驶里程基本可满足日常较远距离的行驶要求。4.燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。5.氢动力汽车氢气不含碳，燃烧后不增加大气中温室气体，而且可以通过利用太阳能、风能等可再生能源电解水得到，因此被认为是人类的终极能源。6.天然气和甲醇汽车（1）天然气汽车天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车。天然气的甲烷含量一般在90%以上，是一种很好的汽车发动机燃料。按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为：1）压缩天然气（CNG）汽车。压缩天然气是指压缩到20.7—24.8MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。2）液化天然气（LNG）汽车。液化天然气是指常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。3）液化石油气（LPG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。（2)甲醇汽车甲醇汽车就是以甲醇作为主要燃料的汽车，也能以汽油或汽油-甲醇混合燃料为燃料，是一种甲醇-汽油燃料灵活转换的具有节能环保科技含量的新型汽车，也可以由普通汽车改装而成。第二节我国新能源汽车的现状和发展前景一、新能源汽车的发展现状进入21世纪以来，我国汽车产业高速发展，已经成为世界汽车生产和销售大国。新能源汽车方面，通过自主研制，开发出混合动力、插电式混合动力、纯电动和燃料电池汽车等各类整车产品，形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及配套体系，产业集中度不断提高，产品技术水平明显提升，初步掌握了电动汽车整车设计、系统集成等关键技术，但在总体的技术水平与国外相比尚存在较大差距，特别是产品工程化能力亟待加强。我国新能源汽车也在快速发展，对于中国这个石油资源匮乏和环境压力大的国家来说，大力发展新能源汽车有着非常重大的现实意义和战略意义。图1-8中国新能源汽车产业发展路线全景图二、新能源汽车的发展前景1、混合动力汽车发展现状2、插电式混合动力汽车发展现状3、纯电动汽车发展现状4、燃料电池发展现状第三节我国新能源汽车的政策、法规和标准从2009年2月国家科技部推出“十城千辆”计划开始，到2013年9月国务院及财政部、国家发展改革委、工业和信息化部已经发布了一系列的相关政策法规。电动车辆现有标准体系,自“九五”以来，组织制定并由标准化主管部门批准发布电动车辆相关的国家标准和行业标准49项。第四节国内、外新能源汽车一览一、美国新能源汽车1.凯迪拉克Escalade-混合动力汽车2.别克君越eAssist混合动力汽车二、德国新能源汽车1.奔驰S400混合动力汽车2.宝马i8混合动力超跑车3.大众途锐混合动力汽车4.奥迪Q5混合动力汽车三、日本新能源汽车1.雷克萨斯LS600hL混合动力汽车2.丰田凯美瑞尊瑞混合动力汽车3.本田Insight混合动力汽车4.日产聆风纯电动汽车四、中国新能源汽车1.上汽荣威E50纯电动汽车2.比亚迪E6纯电动汽车3.长城哈弗M3EV纯电动汽车4.沃尔沃C30纯电动汽车五、韩国新能源汽车2013现代索纳塔混合动力汽车第二章电动汽车基础蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引起了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，是生产和消费从工业化向自动化，智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。21世纪伊始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上；电动车（包括纯电动车，混合动力汽车，燃料电池电动车）概念的提出，将会是未来世界汽车工业发展的新方向。不过就当今世界科技水平来说，电动汽车的电动机、蓄电池等核心的研究更具有现实意义，应该作为新能源汽车发展新方向的第一步。第一节电动机一、电动汽车电动机相关的概念1.电动机的定义电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。2.负载性质负载性质是指负载类型及其机械特性，是连续运行的负载还是断续运行的负载，是恒定的力矩，还是变化的力矩，是恒转速运行还是变速运行等。3.负载容量负载容量是针对电动机功率和转矩的大小而确定，电机功率的选择应满足配套机械负载必需的容量，不要过大也不可以过小。二、电动汽车用电动机分类电动汽车驱动电动机种类：三、电动汽车常用的电动机电动汽车驱动电机主要包括直流电机和交流电机，目前广泛使用的交流电机有：交流感应电机、开关磁阻电机和永磁电机（包括无刷直流电机和永磁同步电机）。1.直流电动机（DCM）1）定义：直流电动机（directcurrentmotor，DCmotor）将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。2）特点（1）调速性能好。（2）起动力矩大。（3）高速性能不佳。3）构造直流电动机的结构分为定子与转子两部分。2.交流感应电动机（inductionmotor）1）交流感应电动机定义交流感应电动机又称交流异步电动机，由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。2）特点交流感应电动机具有结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、低转矩脉动和低噪音特点。近年来被广泛应用于汽车。最大缺点是驱动电路复杂，相对于永磁电机而言，感应电机（异步电机）效率和功率密度偏低。3）工作原理异步电动机定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导体切割磁力线，并产生感应电动势，判断感应电动势方向。转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。3.永磁无刷电动机简介与传统的电励磁电动机相比，永磁电动机特别是稀土永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高，以及电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。4.开关磁阻电动机1）开关磁阻电动机的定义开关磁阻电动机（SwitchedReluctanceDrive：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。2）系统特点①结构简单；电动机结构简单、成本低、可用于高速运转。②起动优点；起动转矩大，起动电流低。③频繁起停；适用于频繁起停及正反向转换运行。④性能好；可控参数多，调速性能好。⑤效率高损耗小；效率高，损耗小。缺点：转矩脉冲大，噪音大，相对于永磁电机而言，功率密度和效率偏低。5.永磁电机永磁电机包括反电动势为方波的无刷直流电机和反电动势为正反弦波的永磁同步电机。1）无刷直流电机无刷直流电机具有高转矩密度、高功率密度、位置检测和控制方法简单、效率高优点。2）永磁同步电机永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；永磁同步电机有如下的特点:（l）高起动力矩、高过载能力（2）运行效率高、节能效果尤为明显四、电动汽车电动机的选用策略车用驱动电机应满足如下要求：1.体积小，质量轻2.在整个运行范围内的高效率。3.低速大转矩特性及宽范围恒功率特性4.良好的环境适应性和高可靠性。5.价格低第三节蓄电池一、电池的定义与分类1、电池的定义电池（Battery）指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。2、电池的记忆效应和消除方法如果电池属镍镉电池，长期不彻底充、放电，会在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象被称为电池记忆效应。3、电池的分类电池的分类有不同的方法，其分类方法大体上可分为四大类：1）按电解液种类分类2）按工作性质分类3）按贮存方式划分4）按电池所用正、负极材料划分图2-6化学蓄电池的分类3.电池主要性能指标①比能量②能量密度③比功率④功率密度⑤寿命⑥充放电效率⑦自放电率⑧按一定标准规律的放电二、电动汽车常用的蓄电池1、动力电池的定义动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。动力电池组是电动汽车的关键装备，它储存的电能、质量和体积，对电动汽车的性能起到决定性的影响。2、动力电池的分类电动汽车的动力电池可以分为二次电池、超级电容器和飞轮电池三大类。①二次电池-也称可充电电池。主要有铅酸蓄电池、镍-氢电池、锂