资料下载-现代汽车中电力电子技术的应用

同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity现代汽车中电力电子技术的应用同济大学汽车学院新能源汽车工程中心孙泽昌教授同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity内容提要内容提要能源与环境问题能源与环境问题现代汽车发展的电动化趋势现代汽车发展的电动化趋势电动汽车电力驱动系统应用及特点电动汽车电力驱动系统应用及特点电动汽车电动汽车DC/DCDC/DC变换器应用及特点变换器应用及特点电动汽车中辅助电动系统电动汽车中辅助电动系统车用逆变器电力电子器件车用逆变器电力电子器件““超越超越””燃料电池汽车简介燃料电池汽车简介同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity据世界能源组织预测据世界能源组织预测,,从从20102010年世界原油和天然年世界原油和天然气因过度使用，开采量将气因过度使用，开采量将迅速下降。迅速下降。20502050年，开采年，开采量将回落至量将回落至19651965年水平。年水平。风能、太阳能等可再生风能、太阳能等可再生能源的开发量将从能源的开发量将从20072007年年的的0.2GW0.2GW迅速增加至迅速增加至20302030年的年的4.4GW4.4GW。。能源问题能源问题同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity19801985199019952000200511.21.41.61.822.22.42.62.83x104YearCarbonDioxide(MillionMetricTons)随燃油量随燃油量的不断增加，的不断增加，世界二氧化碳世界二氧化碳排放量逐年上排放量逐年上升，升，20062006年世年世界二氧化碳排界二氧化碳排放量接近放量接近33百百亿吨。亿吨。20062006年中国年中国GDPGDP总量达世界第四总量达世界第四位，但二氧化碳排放量超过位，但二氧化碳排放量超过GDPGDP世界第世界第一的美国，并远远高于日本、德国、英一的美国，并远远高于日本、德国、英国等发达国家。国等发达国家。据国家环保中心预测据国家环保中心预测,,到到20202020年中国年中国汽车排放的汽车排放的CO2CO2将占全国将占全国CO2CO2排放量约排放量约30%30%。。2004年全球二氧化碳排放源比例24%23%19%15%6%6%3%2%2%发电站日常燃烧工业生物量燃烧卡车乘用车空中交通其他交通水运交通环境问题环境问题同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity现代汽车发展的电动化趋势现代汽车发展的电动化趋势能源与环境问题能源与环境问题现代汽车发展的电动化趋势现代汽车发展的电动化趋势电机电力驱动技术的应用电机电力驱动技术的应用电动汽车中电动汽车中DC/DCDC/DC技术特点技术特点电动汽车中辅助电动系统电动汽车中辅助电动系统电力电子器件的进展电力电子器件的进展超越燃料电池汽车超越燃料电池汽车同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity纯电动汽车纯电动汽车（（PureElectricalVehicle)PureElectricalVehicle)2009TeslaRoadster2009TeslaRoadsterMotorControlMotorBattry••电能作为能量源电能作为能量源••采用蓄电池或其它二次电能存储装置采用蓄电池或其它二次电能存储装置••只以电机提供驱动力（机电能量转装置）只以电机提供驱动力（机电能量转装置）特点：•零排放•动力系统结构简单•效率较高（well-to-tank,26%，tank-to-wheel,80%，Overallefficiency，21%）•续驶里程短（采用传统内燃发动机的汽车总效率约为10-15%）同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity燃料电池汽车燃料电池汽车（（FuelCellVehicle)FuelCellVehicle)••压缩氢气或液态氢为燃料（能压缩氢气或液态氢为燃料（能量源）量源）••燃料电池将燃料的化学能转换燃料电池将燃料的化学能转换成电能成电能••只以电机提供驱动力只以电机提供驱动力••根据动力系统有无二次储能装根据动力系统有无二次储能装置分为：纯燃料电池汽车置分为：纯燃料电池汽车（（FCV)FCV)和混合燃料电池汽车和混合燃料电池汽车（（FCHV)FCHV)特点：特点：••不依赖石油不依赖石油••零排放或超低排放零排放或超低排放••续驶里程取决于燃料加注量续驶里程取决于燃料加注量••高燃料效率高燃料效率（well-to-tank,58%，tank-to-wheel,50-70%，Overallefficiency，28-38%）燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversityToyotaToyotaPriusPrius混合动力汽车混合动力汽车(HybridVehicle)(HybridVehicle)••汽油、柴油为燃料（能量源）汽油、柴油为燃料（能量源）••配置内燃机和电力驱动系统两种动力装置配置内燃机和电力驱动系统两种动力装置••蓄电池（或其它二次储能器）作为电力驱动系统的电蓄电池（或其它二次储能器）作为电力驱动系统的电能存储装置能存储装置••混合动力汽车按结构又可分为串联、并联和混联式混混合动力汽车按结构又可分为串联、并联和混联式混合动力合动力••在串联和混联式混合动力系统中还借助发电机调节内在串联和混联式混合动力系统中还借助发电机调节内燃机负荷，进一步优化燃油效率燃机负荷，进一步优化燃油效率混联混合动力汽车混联混合动力汽车特点：•依旧依赖石油•动力系统结构较复杂•通过电力驱动系统调节发动机运行工作点，因而可实现高燃油效率和低排放对于汽油机汽车燃油效率为：well-to-tank,88%，tank-to-wheel,37%，Overallefficiency，30%）同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity混合动力系统的能量传递混合动力系统的能量传递混合动力汽车中，可以通过对电机和发动机合理的协混合动力汽车中，可以通过对电机和发动机合理的协调控制，在保证汽车行使工况和动力性的同时，使发动机调控制，在保证汽车行使工况和动力性的同时，使发动机工作在优化的经济区。工作在优化的经济区。并联混合动力的能量传递及分配并联混合动力的能量传递及分配同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity面对日益严峻的石油能源枯竭以及环境污染，现代汽车面对日益严峻的石油能源枯竭以及环境污染，现代汽车发展的电动化成为必然趋势。发展的电动化成为必然趋势。各种汽车动力技术的污染气体排放、燃料效率比较同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity电机电力驱动技术的应用电机电力驱动技术的应用能源与环境问题能源与环境问题现代汽车发展的电动化趋势现代汽车发展的电动化趋势电机电力驱动技术的应用电机电力驱动技术的应用电动汽车中电动汽车中DC/DCDC/DC技术特点技术特点电动汽车中辅助电动系统电动汽车中辅助电动系统电力电子器件的进展电力电子器件的进展超越燃料电池汽车超越燃料电池汽车同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity电机与电力驱动技术的应用电机与电力驱动技术的应用••电机的机械特电机的机械特性几乎理想地性几乎理想地满足汽车牵引满足汽车牵引力需求，无需力需求，无需复杂的机械传复杂的机械传动机构。动机构。••电机驱动系统电机驱动系统具有再生制动具有再生制动能力，可有效能力，可有效回收汽车制动回收汽车制动状态下的动状态下的动能能。。////Nm车速单档传动装置的电动机五档传动装置的内燃机驱动区再生制动区同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity典型城市行驶工况牵引与制动能量消耗典型城市行驶工况牵引与制动能量消耗88.853.027.564.748.3Percentageofbrakingenergytototaltractionenergy(%)461213120392182Perkm87888895341951934TotalBrakingEnergy(KJ)519402437606377Perkm9981675347864804000TotalTractionEnergy(KJ)NewyorkcityJapan1015ECE-15Austr.UrbanEPA75Urban88.853.027.564.748.3Percentageofbrakingenergytototaltractionenergy(%)461213120392182Perkm87888895341951934TotalBrakingEnergy(KJ)519402437606377Perkm9981675347864804000TotalTractionEnergy(KJ)NewyorkcityJapan1015ECE-15Austr.UrbanEPA75Urban同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity电动汽车电机的应用特点电动汽车电机的应用特点•为了满足短时高加速性能的要求，驱动电机需要2-3倍的功率过载倍数。Pmax/Pe=2-3•为了满足宽的行驶速度范围，并简化机械传动装置。电动机的最高转速要求达到额定速度的3-5倍nmax/ne=3-5.•高比功率和高功率密度（Kw/Kg，Kw/L).•宽转速和转矩范围内都有较高的效率。（减低车重，提高转换效率，增加续驶里程）•高可靠性（防水、防尘，耐高低温、耐冲击震动）。同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity各种驱动电机性能比较各种驱动电机性能比较较成熟成熟成熟成熟当前技术状态最好足够好好一般可靠性一般高较高一般峰值效率较高较高较高易控制难度最低廉高低廉昂贵电机价格一般高一般一般功率密度高较高高一般转速范围SRMPMIMDCM同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity集中电机与机械传动装置一体化设计集中电机与机械传动装置一体化设计驱动电机与减速差速器一体化设计（驱动电机与减速差速器一体化设计（11））驱动电机与减速差速器一体化设计（驱动电机与减速差速器一体化设计（22））驱动电机、发电机与发动机一体化设计驱动电机、发电机与发动机一体化设计ISGISG电机电机同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity分布式电机与机械传动装置一体化设计分布式电机与机械传动装置一体化设计电子控制器功率转换器电动机功率转换器电动机无减速器的驱动电子控制器功率转换器电动机功率转换器电动机电子控制器功率转换器电动机功率转换器电动机无减速器的驱动带减速器的驱动电子控制器功率转换器电动机传动装置功率转换器电动机传动装置带减速器的驱动电子控制器功率转换器电动机传动装置功率转换器电动机传动装置电子控制器功率转换器电动机传动装置功率转换器电动机传动装置theLancerEvolutionMIEVtheLancerEvolutionMIEV•使用轮毂电机，可以简化传动系统，降低整车自重。••利用带减速器的内利用带减速器的内转子轮边电机，直接驱转子轮边电机，直接驱动车轮，可以进一步降动车轮，可以进一步降低电机的重量和体积。低电机的重量和体积。同济大学汽车学院CollegeofAutomotive,TongjiUniversity电机驱动控制器的应用特点电机驱动控制器的应用特点功率控制单元功率控制单元PCUPCU•宽