锂离子电池电动汽车结构与原理.ppt

电动汽车结构与原理第二章 蓄电池电动汽车1 1精选精选pptppt第二章 蓄电池电动汽车 2.0 概述 2.1 电动汽车驱动系统 2.2 驱动电机及其控制系统 2.3 蓄电池结构及性能 2.4 电动汽车能量管理系统 2.5 电动汽车车辆管理系统 2.6 纯电动汽车实例分析2 2精选精选pptppt第二章 蓄电池电动汽车重点纯电动汽车的结构和性能各种类型的电动汽车用驱动电机各种类型的蓄电池及其性能难点各种类型驱动电机的控制系统以蓄电池能量管理为核心的电动汽车能源管理系统、再生制动系统3 3精选精选pptppt2.0 概 述 2.0.1 定义 2.0.2 特点 2.0.3 基本组成 2.0.4 关键技术 2.0.5 发展趋势4 4精选精选pptppt2.0.1 定义蓄电池电动汽车（纯电动汽车）蓄电池电动汽车（纯电动汽车）EV(Electric EV(Electric Vehicle)Vehicle)是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车辆行驶的辆行驶的道路车辆。道路车辆。5 5精选精选pptppt2.0.1 定义结构示意图结构示意图6 6精选精选pptppt2.0.2 特点节能节能，不消耗石油；，不消耗石油；环保环保，无污染；噪声和振动小。，无污染；噪声和振动小。能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递，转轴传递，各部件的布置各部件的布置具有很大的具有很大的灵活灵活性。性。驱动系统布置不同会使系统结构区别很大；采用不同驱动系统布置不同会使系统结构区别很大；采用不同类型的电机类型的电机(如直流电机和交流电机如直流电机和交流电机)会影响到纯电动会影响到纯电动汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置也会汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。影响电动汽车的质量、尺寸及形状。不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄电池可通过电池可通过感应式和接触式的充电器充电感应式和接触式的充电器充电，或者采用，或者采用替换蓄电池替换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。充电。7 7精选精选pptppt2.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源2.2.电池管理系统电池管理系统3.3.驱动电动机驱动电动机4.4.控制系统控制系统5.5.车身及底盘车身及底盘6.6.安全保护系统安全保护系统8 8精选精选pptppt2.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源组成组成 以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补充电能。充电能。重要性重要性 动力电池组是动力电池组是EVEV的关键装备，储存的电能、质量和的关键装备，储存的电能、质量和体积，对体积，对EVEV性能起决定性影响，也是发展性能起决定性影响，也是发展EVEV的主要的主要研究和开发对象。研究和开发对象。EVEV发展的症结在于电池发展的症结在于电池，电池技术对，电池技术对EVEV的制约仍的制约仍然是然是EVEV发展的瓶颈。发展的瓶颈。建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推广广EVEV的关键问题。的关键问题。9 9精选精选pptppt2.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源发展发展(1)(1)第一代第一代EVEV电池：电池：铅酸电池铅酸电池 优点：优点：技术成熟，成本低技术成熟，成本低。缺点：缺点：比能量和比功率低比能量和比功率低不能满足不能满足EVEV续驶里程和续驶里程和动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。1010精选精选pptppt2.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源发展发展 (2)(2)第二代高能电池：镍第二代高能电池：镍镉电池、镉电池、镍镍氢电池氢电池、钠、钠硫电池、钠硫电池、钠氯化镍电池、氯化镍电池、锂离子电池锂离子电池、锂聚合物、锂聚合物电池、锌电池、锌空气电池和铝空气电池和铝空气电池等空气电池等 优点：优点：比能量和比功率比能量和比功率都比铅酸电池都比铅酸电池高高，大大提高，大大提高了了EVEV的动力性能和续驶里程。的动力性能和续驶里程。缺点：有些高能电池缺点：有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温需要复杂的电池管理系统和温度控制系统度控制系统，各种电池对充电技术有不同要求。而，各种电池对充电技术有不同要求。而且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，从而使从而使EVEV的使用的使用成本高成本高。1111精选精选pptppt2.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源发展发展 (3)(3)第三代电池：第三代电池：飞轮电池飞轮电池、超级电容器超级电容器 飞轮电池是电能飞轮电池是电能机械能机械能电能转换的电池。电能转换的电池。超级电容器是电能超级电容器是电能电位能电位能电能转换的电池。电能转换的电池。这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而且且充电和放电方便迅速充电和放电方便迅速，但尚，但尚处于研制阶段处于研制阶段。1212精选精选pptppt2.0.3 基本组成1.1.车载电源车载电源高压电源高压电源 动力电池组提供约动力电池组提供约155380V155380V高压直流电高压直流电。动力电池组是供动力电池组是供电机电机工作的唯一动力电源。工作的唯一动力电源。空调系统的空调系统的空压机空压机，动力转向系统的，动力转向系统的油泵油泵和制动系和制动系统的统的真空泵真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。等，也需要动力电池组提供动力电能。低压电源低压电源 动力电池组通过动力电池组通过DC/DCDC/DC转换器，供应转换器，供应12V12V或或24V24V低压低压电电，并储存到低压电池组中，作为，并储存到低压电池组中，作为仪表、照明和信仪表、照明和信号装置号装置等工作的电源。等工作的电源。1313精选精选pptppt2.0.3 基本组成2.2.电池管理系统电池管理系统管理管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一保持各个单体电池间的一致性致性。充电充电 动力电池组必须进行周期性的充电。动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装高效率充电装置和快速充电装置置和快速充电装置，是，是EVEV使用时所必须的辅助设备。使用时所必须的辅助设备。可采用可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器感应充电器等进行充电。等进行充电。1414精选精选pptppt2.0.3 基本组成3.3.驱动电动机驱动电动机驱动电动机是驱动电动机是驱动驱动EVEV行驶行驶的唯一动力装置。的唯一动力装置。类型类型 直流电动机直流电动机、交流电动机交流电动机、永磁电动机永磁电动机和和开关磁阻开关磁阻电动机电动机等。等。再生制动再生制动 再生制动是再生制动是EVEV节能的重要措施之一。制动时节能的重要措施之一。制动时电动机电动机可可实现再生制动实现再生制动，一般可回收，一般可回收10%15%10%15%的能量，有的能量，有利于利于延长延长EVEV行驶里程行驶里程。在在EVEV制动系统中，还保留常规制动系统和制动系统中，还保留常规制动系统和ABSABS制动制动系统，以保证车辆在紧急制动时有系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能可靠的制动性能.1515精选精选pptppt2.0.3 基本组成4.4.控制系统控制系统EVEV的控制系统主要是的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动对动力电池组的管理和对电动机的控制机的控制。将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运转。动电动机运转。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力电池组对整个动力电池组功率转换器功率转换器驱动电动机系统驱动电动机系统进行监控进行监控并及时反馈信息和报警。并及时反馈信息和报警。1616精选精选pptppt2.0.3 基本组成5.5.车身及底盘车身及底盘车身车身 EV EV车身车身造型特别重视造型特别重视流线型流线型,以以降低空气阻力系数降低空气阻力系数。底盘底盘 由于动力电池组的质量大，为由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量减轻整车质量，采用采用轻质材料轻质材料制造车身和底盘部分总成。制造车身和底盘部分总成。动力电池组占据的空间大，在底盘布置上动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足还要有足够的空间存放动力电池组够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体机械化装卸。机械化装卸。1717精选精选pptppt2.0.3 基本组成6.6.安全保护系统安全保护系统高压安全高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。维修时的安全。故障处理故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制在电气系统发生故障时自动控制EVEV不能起动等，及不能起动等，及时防止事故的发生。时防止事故的发生。1818精选精选pptppt2.0.3 基本组成小结小结操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操操作简单化和规范化作简单化和规范化。控制：在控制：在EVEV控制系统中，采用全自动或半自动的控制系统中，采用全自动或半自动的机电一体机电一体化控制化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。电池：电池：提高电池的比能量和比功率提高电池的比能量和比功率，实现电池的高能化。，实现电池的高能化。电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机，电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机，提高电动机和驱动系统的效率提高电动机和驱动系统的效率。车身和底盘：采用车身和底盘：采用流线型车身流线型车身，降低迎风面积和空气阻力降低迎风面积和空气阻力系数系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EVEV专用车专用车身和底盘结构，实现身和底盘结构，实现车身和底盘的轻量化车身和底盘的轻量化，减轻整备质量。，减轻整备质量。采用采用低滚动阻力轮胎低滚动阻力轮胎，降低行驶阻力。，降低行驶阻力。再生制动：回收再生制动：回收再生制动再生制动能量，延长行驶里程。能量，延长行驶里程。1919精选精选pptppt2.0.4 关键技术1.1.驱动电动机的选择及功率匹配驱动电动机的选择及功率匹配电动机应具有电动机应具有良好的转矩良好的转矩转速特性转速特性，一般具有，一般具有600015000r/min600015000r/min的转速。的转速。根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在恒转矩区恒转矩区和和恒功率区恒功率区运转。运转。驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速大转大转矩（恒转矩区）运转范围内效率在矩（恒转矩区）运转范围内效率在0.750.850.750.85之间，在恒功率之间，在恒功率运转范围内效率在运转范围内效率在0.80.90.80.9之间。之间。2020精选精选pptppt2.0.4 关键技术2.2.动力电池组的选择与特性动力电池组的选择与特性3.3.减速器传动比的确定减速器传动比的确定由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，通常在驱动系统中通常在驱动系统中采用大速比的减速器或采用大速比的减速器或2 2档变速器档变速器。作用：作用：减速、增扭减速、增扭减速器或变速器中减速器或变速器中不设置倒档不设置倒档齿轮，齿轮，倒车是靠电动倒车是靠电动机的反转来实现机的反转来实现。2121精选精选pptppt2.0.4 关键技术4.4.控制系统的设计控制系统的设计目标：目标：延长续驶里程延长续驶里程续驶里程续驶里程 续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始到标准规定的试验结束时所走过的里程。到标准规定的试验结束时所走过的里程。采用工况采用工况法按照一定的工况反复地循环行驶，是法按照一定的工况反复地循环行驶，是EVEV测定续驶测定续驶里程的基本方法。里程的基本方法。我国颁布的我国颁布的GB/T 183862001GB/T 183862001电动汽车能量消耗电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法率和续驶里程试验方法适用于适用于EVEV最大总质量最大总质量3500kg 3500kg，最高车速，最高车速 70km/h 70km/h的的EVEV。2222精选精选pptppt2.0.4 关键技术4.4.控制系统的设计控制系统的设计延长续驶里程的方法延长续驶里程的方法 选用选用高比能量的电池高比能量的电池。减少减少EVEV在在行驶行驶中各种环节中的中各种环节中的能量损耗能量损耗。减少减少EVEV辅助系统的电能消耗辅助系统的电能消耗，对空调、动力转向等，对空调、动力转向等进行自动控制。进行自动控制。设计新设计新EVEV时，在造型、结构、材料和配件方面，应时，在造型、结构、材料和配件方面，应使使G,f G,f 和和 C CD D等尽量降低等尽量降低。2323精选精选pptppt2.0.5 发展趋势当前当前EVEV主要向主要向小型化、个性化、家庭化和休闲化小型化、个性化、家庭化和休闲化方方向开辟市场，可适当地降低对动力性能、最高车速向开辟市场，可适当地降低对动力性能、最高车速和续驶里程方面的要求。和续驶里程方面的要求。世界各国都有各式各样的微型和小型世界各国都有各式各样的微型和小型EVEV在使用。如在使用。如日本丰田汽车公司日本丰田汽车公司E-comE-com微型电动轿车和日产汽车公微型电动轿车和日产汽车公司的司的HyperminiHypermini微型电动轿车。微型电动轿车。Nissan Nissan HyperminiHypermini(2000(2000)2424精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统组成组成动力电池组动力电池组驱动电动机驱动电动机传动系统传动系统驱动轮驱动轮控制装置控制装置驱动系统驱动系统2525精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式1.1.传统的驱动系统传统的驱动系统 (1)(1)电动机替代发动机电动机替代发动机。(2)(2)仍然仍然采用内燃机汽车的传动系统采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、，包括离合器、变速器、传动轴和驱动桥等总成。变速器、传动轴和驱动桥等总成。(3)(3)有电动机前置、驱动桥前置有电动机前置、驱动桥前置(F-F)(F-F)，电动机前置、，电动机前置、驱动桥后置驱动桥后置(F-R)(F-R)等各种驱动模式。等各种驱动模式。(4)(4)结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。MM电动机电动机CC离合器离合器GBGB变速器变速器DD差速器差速器2626精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式2.2.简化的传统驱动系统简化的传统驱动系统 采用固定速比减速器采用固定速比减速器，去掉离合器去掉离合器，可减少机械传，可减少机械传动装置的质量、缩小其体积。动装置的质量、缩小其体积。MM电动机电动机FGFG固定速比减速器固定速比减速器DD差速器差速器2727精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式3.3.电动机电动机驱动桥整体式驱动系统驱动桥整体式驱动系统 (1)(1)与发动机横向前置、前轮驱动的内燃机汽车的布与发动机横向前置、前轮驱动的内燃机汽车的布置方式类似。置方式类似。(2)(2)把把电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个整体整体，两根半轴连接驱动车轮。，两根半轴连接驱动车轮。(3)(3)传动机构紧凑，传动效率较高，安装方便传动机构紧凑，传动效率较高，安装方便，在，在小小型电动汽车上应用最普遍型电动汽车上应用最普遍。MM电动机电动机FGFG固定速比减速器固定速比减速器DD差速器差速器2828精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式4.4.双电动机驱动系统双电动机驱动系统 (1)(1)采用采用两个电动机通过固定速比减速器分别驱动两两个电动机通过固定速比减速器分别驱动两个车轮个车轮。(2)(2)每个电动机的转速可以独立的调节控制，便于实每个电动机的转速可以独立的调节控制，便于实现现电子差速电子差速，不必选用机械差速器。，不必选用机械差速器。MM电动机电动机FGFG固定速比减速器固定速比减速器2929精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式4.4.双电动机驱动系统双电动机驱动系统 (3)(3)电子差速器的电子差速器的优点优点是是体积小、质量轻体积小、质量轻，在汽车转，在汽车转弯时可以弯时可以实现精确的电子控制实现精确的电子控制，提高电动汽车的性，提高电动汽车的性能；其能；其缺点缺点是由于增加了电动机和功率转换器，增是由于增加了电动机和功率转换器，增加了加了初始成本初始成本，而且在不同条件下对两个电动机进，而且在不同条件下对两个电动机进行精确控制的行精确控制的可靠性可靠性需要进一步发展。需要进一步发展。机械差速器机械差速器电子差速器电子差速器3030精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式5.5.内转子电动轮驱动系统内转子电动轮驱动系统 (1)(1)电动机装在车轮内，形成电动机装在车轮内，形成轮毂电动机轮毂电动机，可进一步，可进一步缩短从电动机到驱动轮的传递路径。缩短从电动机到驱动轮的传递路径。(2)(2)采用采用高速内转子电动机高速内转子电动机(约约10000r/min)10000r/min)，需装固需装固定速比减速器定速比减速器降低车速。一般采用高减速比行星齿降低车速。一般采用高减速比行星齿轮减速装置，安装在电动机输出轴和车轮轮缘之间，轮减速装置，安装在电动机输出轴和车轮轮缘之间，且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。MM电动机电动机FGFG固定速比减速器固定速比减速器3131精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式5.5.内转子电动轮驱动系统内转子电动轮驱动系统 (3)(3)高速内转子电动机高速内转子电动机具有具有体积小、质量轻和成本低体积小、质量轻和成本低的优点，但它的优点，但它需要加行星齿轮变速机构需要加行星齿轮变速机构。内转子电动轮内转子电动轮3232精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式6.6.外转子电动轮驱动系统外转子电动轮驱动系统 (1)(1)采用采用低速外转子电动机低速外转子电动机，可完全，可完全去掉变速装置去掉变速装置。(2)(2)电动机外转子直接安装在车轮轮缘上电动机外转子直接安装在车轮轮缘上，电动机转电动机转速和车轮转速相等速和车轮转速相等，车轮转速和车速控制完全取决，车轮转速和车速控制完全取决于电动机的转速控制。于电动机的转速控制。MM电动机电动机3333精选精选pptppt2.1 电动汽车驱动系统电驱动系统的结构形式电驱动系统的结构形式6.6.外转子电动轮驱动系统外转子电动轮驱动系统 (3)(3)低速外转子电动机结构简单低速外转子电动机结构简单，无需齿轮变速传动无需齿轮变速传动机构机构，但其，但其体积大、质量大、成本高体积大、质量大、成本高。外转子电动轮外转子电动轮3434精选精选pptppt2.2 驱动电机及其控制系统 2.2.1 电机类型 2.2.2 电机性能要求与选用 2.2.3 直流电机 2.2.4 感应电机 2.2.5 永磁电机 2.2.6 开关磁阻电机 2.2.7 各种电机的比较3535精选精选pptppt2.2.1 电机类型驱动电机的基本类型驱动电机的基本类型直流直流交流交流特种特种直流电机直流电机异步电机异步电机同步电机同步电机鼠笼式感应电机鼠笼式感应电机永磁电机永磁电机同步磁阻电机同步磁阻电机开关磁阻电机开关磁阻电机其它特种电机其它特种电机永磁无刷电机永磁无刷电机永磁同步电机永磁同步电机绕线式感应电机绕线式感应电机3636精选精选pptppt2.2.2 电机性能要求与选用对电动汽车用驱动电机的基本要求对电动汽车用驱动电机的基本要求 较大范围的调速性能。较大范围的调速性能。高效率，低损耗。高效率，低损耗。在车辆减速时实现制动能量回收并反馈蓄电池。在车辆减速时实现制动能量回收并反馈蓄电池。电动机的质量、各种控制装置的质量和冷却系统的质电动机的质量、各种控制装置的质量和冷却系统的质量等尽可能小。量等尽可能小。对电气系统安全性和控制系统的安全性，都必须符合对电气系统安全性和控制系统的安全性，都必须符合国家国家(或国际或国际)有关车辆电气控制的安全性能的标准和有关车辆电气控制的安全性能的标准和规定，装置高压保护设备。规定，装置高压保护设备。可靠性好、耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境可靠性好、耐温和耐潮性能强，能够在较恶劣的环境下长期工作。下长期工作。结构简单，适合大批量生产，运行噪声低，使用维修结构简单，适合大批量生产，运行噪声低，使用维修方便，价格便宜等。方便，价格便宜等。3737精选精选pptppt2.2.2 电机性能要求与选用电动车用电机的选用电动车用电机的选用 采用技术成熟，性能可靠，控制方便和价格便宜的电采用技术成熟，性能可靠，控制方便和价格便宜的电机，如感应电机和永磁电机。机，如感应电机和永磁电机。电机在低速时应具有大的转矩和超载能力，过载系数电机在低速时应具有大的转矩和超载能力，过载系数应达到应达到3434；在高速运转时，应具有大的功率和有较；在高速运转时，应具有大的功率和有较宽阔的恒功率范围。宽阔的恒功率范围。有足够的动力性能克服各种行驶阻力，保证电动汽车有足够的动力性能克服各种行驶阻力，保证电动汽车有良好的起动、加速性能和行驶速度及实现制动能量有良好的起动、加速性能和行驶速度及实现制动能量回收。回收。电机驱动力与电动电机驱动力与电动车行驶阻力平衡图车行驶阻力平衡图3838精选精选pptppt2.2.3 直流电机分类分类 永磁直流电机永磁直流电机 励磁绕组直流电机励磁绕组直流电机它励它励并励并励串励串励(多用多用于电于电动车动车)复励复励3939精选精选pptppt2.2.3 直流电机优点优点 具有优良的电磁转矩控制特性，控制装置简单、价廉。具有优良的电磁转矩控制特性，控制装置简单、价廉。缺点缺点 效率较低、质量大、体积大、可靠性低效率较低、质量大、体积大、可靠性低(有换向器和电刷有换向器和电刷).).控制系统控制系统 斩波器是在直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断斩波器是在直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断开关装置。开关装置。一象限一象限直流斩直流斩波控制波控制直流斩直流斩波器控波器控制下的制下的输出电输出电压压4040精选精选pptppt2.2.4 感应电机分类分类 绕线式感应电机绕线式感应电机 鼠笼式感应电机：多用于电动车鼠笼式感应电机：多用于电动车优点优点 效率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、效率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、重量轻、易于冷却重量轻、易于冷却(可直接向定子和转子喷油可直接向定子和转子喷油)、寿、寿命长、能有效的实现再生制动等命长、能有效的实现再生制动等 。控制方法控制方法 脉冲宽度调节脉冲宽度调节(PWM)(PWM)；变频变压调节；变频变压调节(VFVV)(VFVV)；矢；矢量控制调节量控制调节(VC)(VC)；直接转矩控制；直接转矩控制(DSC)(DSC)4141精选精选pptppt2.2.5 永磁电机优点优点 高质量比功率，高效率等。高质量比功率，高效率等。缺点缺点 控制系统复杂，成本高，功率范围较小等。控制系统复杂，成本高，功率范围较小等。4242精选精选pptppt2.2.6 开关磁阻电机优点优点 高起动转矩、低起动电流高起动转矩、低起动电流 高效率、低损耗高效率、低损耗 电机结构简单，适应于高速运转，成本低电机结构简单，适应于高速运转，成本低 电机功率电路简单电机功率电路简单 可靠性好可靠性好 良好的适应性良好的适应性缺点缺点 控制系统复杂，控制系统复杂，输出转矩波动较大，振动大、噪输出转矩波动较大，振动大、噪声大等。声大等。4343精选精选pptppt2.2.7 各种电机的比较驱动电机的基本性能比较驱动电机的基本性能比较项目项目直流电机直流电机感应电机感应电机永磁电机永磁电机开关磁阻电机开关磁阻电机比功率比功率低低中中高高较高较高峰值效率峰值效率(%)(%)8589858994959495959795979090负荷效率负荷效率(%)(%)80878087909290928597859778867886功率因数功率因数(%)(%)-828582859093909360656065恒功率区恒功率区-1:51:51:2.251:2.251:31:3转速范围转速范围(r/min)(r/min)400060004000600012000150001200015000400010000400010000可可1500015000可靠性可靠性 一般一般好好优良优良好好结构的坚固性结构的坚固性差差好好一般一般优良优良电机外廓电机外廓大大中中小小小小电机质量电机质量大大中中小小小小电机成本电机成本($/kW)($/kW)101081281210151015610610控制操作性能控制操作性能最好最好好好好好好好控制器成本控制器成本低低高高高高一般一般4444精选精选pptppt“十五十五”863”863计划电动汽车重大专项成果展示计划电动汽车重大专项成果展示电动汽车用电机及控制系统电动汽车用电机及控制系统4545精选精选pptppt课外作业1比较各种驱动电机的性能优缺点。4646精选精选pptppt2.3 蓄电池结构及性能2.3.1 2.3.1 性能参数性能参数2.3.2 2.3.2 工作原理工作原理2.3.3 2.3.3 类型类型2.3.4 2.3.4 铅酸电池铅酸电池2.3.5 2.3.5 镍基电池镍基电池2.3.6 2.3.6 金属空气电池金属空气电池2.3.7 2.3.7 钠钠-电池电池2.3.8 2.3.8 常温锂电池常温锂电池2.3.9 2.3.9 各种电池的比较各种电池的比较2.3.10 2.3.10 超级电容超级电容2.3.112.3.11飞轮电池飞轮电池4747精选精选pptppt2.3.1 性能参数能量能量(Wh)=(Wh)=u(t)u(t)工作电压工作电压(V)(V)；i(t)i(t)放电电流放电电流(A)(A)；tt放电时间放电时间(h)(h)容量容量(Ah)=(Ah)=截止电压截止电压 蓄电池放电曲线拐点对应的工作电压。蓄电池工作蓄电池放电曲线拐点对应的工作电压。蓄电池工作电压不应低于该值，此时蓄电池放电深度电压不应低于该值，此时蓄电池放电深度DOD DOD(Deepness Of Discharge)(Deepness Of Discharge)达到达到100%100%。放电电流放电电流开路电压开路电压工作电压工作电压截止电压截止电压蓄电蓄电池端池端电压电压04848精选精选pptppt2.3.1 性能参数可利用能量和容量可利用能量和容量 达到蓄电池截至工作电压之前的放电总能量和总容达到蓄电池截至工作电压之前的放电总能量和总容量。量。两者两者通常是放电电流、放电环境温度、电池老化程通常是放电电流、放电环境温度、电池老化程度的函数。度的函数。4949精选精选pptppt2.3.1 性能参数放电率放电率 蓄电池放电电流蓄电池放电电流(A)(A)I I=kC=kCn n k k放电率；放电率；CC蓄电池的额定容量蓄电池的额定容量(Ah)(Ah)；n n与蓄电池额定容量对应的标定放电时间与蓄电池额定容量对应的标定放电时间 例例 额定容量额定容量5Ah5Ah的蓄电池以的蓄电池以C/5C/5放电率放电，则放电电放电率放电，则放电电流为流为kCkCn n=(1/5)=(1/5)x5=1Ax5=1A。额定容量额定容量10Ah10Ah的蓄电池以的蓄电池以2A2A放电，则放电率为放电，则放电率为I I/C/Cn n=(2/10)C=0.2C=(2/10)C=0.2C，即，即C/5C/5。随放电率的提高，蓄电池可利用能量和容量降低随放电率的提高，蓄电池可利用能量和容量降低。在表示蓄电池的可利用能量或容量时，一定要指出在表示蓄电池的可利用能量或容量时，一定要指出放电率。放电率。5050精选精选pptppt2.3.1 性能参数荷电状态荷电状态SOCSOC(State Of Charge)(State Of Charge)定义：定义：剩余容量与总容量的百分比剩余容量与总容量的百分比。用于描述蓄电池的剩余容量。用于描述蓄电池的剩余容量。是蓄电池放电率、工作环境温度和蓄电池老化程度的函是蓄电池放电率、工作环境温度和蓄电池老化程度的函数数。理论上：理论上：SOC=Cr/Ct100%SOC=Cr/Ct100%Cr Cr蓄电池在计算时刻的剩余容量蓄电池在计算时刻的剩余容量 Ct Ct蓄电池在计算时刻的总容量蓄电池在计算时刻的总容量 由于容量受放电率或放电电流的影响很大，则由于容量受放电率或放电电流的影响很大，则 实际上：实际上：SOC SOCI I=Cr=CrI I/Ct/CtI I100%100%SOC SOCI I蓄电池以恒流蓄电池以恒流I I放电时在计算时刻的放电时在计算时刻的SOCSOC Cr CrI I蓄电池以恒流蓄电池以恒流I I放电时在计算时刻的剩余容量放电时在计算时刻的剩余容量 Ct CtI I 蓄电池以恒流蓄电池以恒流I I放电时在计算时刻的总容量放电时在计算时刻的总容量5151精选精选pptppt2.3.1 性能参数PeukertPeukert方程方程 蓄电池有效容量与放电电流之间的关系式：蓄电池有效容量与放电电流之间的关系式：CtCtI I=k=kI I(1-n(1-n)其中：其中：n=lg(tn=lg(t2 2/t/t1 1)/lg()/lg(I I1 1/I I2 2)；k=k=I I1 1n nt t1 1=I I2 2n nt t2 2 I I1 1最高的放电电流；最高的放电电流；I I2 2最低的放电电流最低的放电电流 t t1 1 与与I I1 1相对应的放电时间相对应的放电时间;t;t2 2 与与I I2 2相对应的放电时间相对应的放电时间5252精选精选pptppt2.3.1 性能参数计算计算SOCSOC的方法的方法 密度法密度法 有些蓄电池电解液密度的变化取决于电解液浓度的变有些蓄电池电解液密度的变化取决于电解液浓度的变化，相应的会引起化，相应的会引起SOCSOC变化，密度法适合于测量这些变化，密度法适合于测量这些蓄电池。只有在蓄电池稳定后才能用该方法来测量。蓄电池。只有在蓄电池稳定后才能用该方法来测量。开路电压法开路电压法(OCV)(OCV)SOC SOC与开路电压有对应关系。该方法只适用于与开路电压有对应关系。该方法只适用于SOCSOC随开路电压变化明显的蓄电池。开路电压需要很长的随开路电压变化明显的蓄电池。开路电压需要很长的时间才能稳定时间才能稳定(一般一般12 h)12 h)。铅酸电池铅酸电池SOCSOC与与OCVOCV关系曲关系曲线图线图5353精选精选pptppt2.3.1 性能参数计算计算SOCSOC的方法的方法 恒定电流电压法恒定电流电压法 假定负载电流不变，则负载电压与假定负载电流不变，则负载电压与OCVOCV成正比，成正比，由此可估计电池由此可估计电池SOCSOC。安培小时法安培小时法 Ct CtI I 蓄电池以恒流蓄电池以恒流I I放电时在计算时刻的总容量放电时在计算时刻的总容量 t t 放电时间放电时间5454精选精选pptppt2.3.1 性能参数比能量比能量(Wh/kg)(Wh/kg)定义：定义：单位质量的蓄电池所具有的能量单位质量的蓄电池所具有的能量，即蓄电池的，即蓄电池的质量能量密度。质量能量密度。影响影响电动汽车整车质量和电动汽车整车质量和续驶里程续驶里程的重要指标。的重要指标。能量密度能量密度(Wh/L)(Wh/L)定义：定义：单位体积的蓄电池所具有的能量单位体积的蓄电池所具有的能量，即蓄电池的，即蓄电池的体积能量密度。体积能量密度。只只影响影响蓄电池的蓄电池的布置空间布置空间。蓄电池比能量和能量密度与蓄电池的放电率有关。蓄电池比能量和能量密度与蓄电池的放电率有关。5555精选精选pptppt2.3.1 性能参数比功率比功率(W/kg)(W/kg)定义：定义：单位质量的蓄电池所具有的输出能量的速率单位质量的蓄电池所具有的输出能量的速率，即质量比功率。即质量比功率。影响影响电动汽车加速和爬坡能力等电动汽车加速和爬坡能力等动力性动力性的重要指标。的重要指标。与蓄电池放电深度与蓄电池放电深度DODDOD密切相关，在表示蓄电池比密切相关，在表示蓄电池比功率时要指出蓄电池功率时要指出蓄电池DOD DOD。功率密度功率密度(W/L)(W/L)定义：定义：单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率，即体积比功率。即体积比功率。5656精选精选pptppt2.3.1 性能参数能量效率能量效率 定义：放电过程的输出电能与充电过程的输入电能的定义：放电过程的输出电能与充电过程的输入电能的百分比。百分比。蓄电池能量效率通常为蓄电池能量效率通常为55%75%55%75%。电量效率电量效率 定义：蓄电池放电定义：蓄电池放电AhAh数与充电数与充电AhAh数的百分比。数的百分比。蓄电池电量效率通常为蓄电池电量效率通常为65%90%65%90%。5757精选精选pptppt2.3.1 性能参数循环寿命循环寿命 定义：定义：蓄电池失效前所允许的深放电次数蓄电池失效前所允许的深放电次数。受蓄电池放电深度受蓄电池放电深度DODDOD的影响，的影响，放电深度越大，循放电深度越大，循环寿命越短环寿命越短。表示循环寿命时要同时指出放电深度。表示循环寿命时要同时指出放电深度DODDOD，如：蓄电池循环寿命，如：蓄电池循环寿命400400次次100%DOD100%DOD或或10001000次次50%DOD50%DO