纯电动汽车3.ppt

项目三纯电动汽车 学习目标了解纯电动汽车的定义及优缺点 重点理解纯电动汽车的关键参数及其计算方法 学习任务描述通过本节的学习 了解纯电动汽车的定义 明确纯电动汽车的优势及劣势 重点理解纯电动汽车的关键参数 学习任务 1 纯电动汽车的基础知识2 纯电动汽车的结构3 纯电动汽车的关键技术4 纯电动汽车的实例 学习任务 1 纯电动汽车的基础知识2 纯电动汽车的结构3 纯电动汽车的关键技术4 纯电动汽车的实例 引导问题1 纯电动汽车的基础知识 纯电动汽车 BladeElectricVehicles BEV 是一种完全由可充电电池 如铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池或锂离子电池 提供动力源的汽车 以车载电源为动力 通过电池向电机提供电能 驱动电动机运转 从而推动汽车前进 使之符合道路交通 安全法规各项要求的车辆 引导问题1 纯电动汽车的基础知识 各种纯电动概念车 视频 纯电动汽车高尔夫6 引导问题1 纯电动汽车的基础知识 根据纯电动汽车当前的发展情况 纯电动汽车必须符合以下几个条件 纯电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规 整车 零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求 纯电动车辆是以电为能源 由电动机驱动行驶的 不再产生新的污染 不再产生易燃 易爆之隐患 纯电动车辆储能用的电池必须是无污染 环保型的 且具有耐久的寿命 具备超快充电的功能 车辆根据用途确定一次充电之续行里程 以此装置够用电量的电池组 充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程 电动机组应有高效率的能量转换 刹车 减速之能量的直接利用和回收 力求车辆之综合能源利用的高效率 根据车辆用途和行驶场合设定最高车速 且不得超过交通法规的限定值 以合理选择电动机的功率和配置电池组容量 车辆驾驶操作 控制简单有效 工作可靠 确保行车安全 机械 电气装置耐用少维修 车辆运营之费用低廉 引导问题2 纯电动汽车有哪些优缺点 纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机 蓄电池相当于传统的油箱 通常采用高效能的充电电池 纯电动汽车因其取消传统燃油发动机 可避免传统燃油汽车对石油资源的依赖 以及对环境的污染 是未来新能源汽车发展的必然趋势 优点分析 纯电动汽车有以下优点 零排放 电动汽车比汽油机驱动汽车的能源利用率要高 因使用单一的电能源 省去了发动机 变速器 油箱 冷却和排气系统 所以结构较简单 噪声小 可在用电低峰时进行汽车充电 可以平抑电网的峰谷差 使发电设备得到充分利用 1 环境污染小6 能源来源广泛2 无噪音 噪声低7 移峰填谷3 能源利用率高 高效率4 结构简单 使用维修方便 经久耐用5 使用范围广 不受所处环境影响 缺点分析 纯电动汽车主要有以下缺点 续驶里程较短 采用蓄电池及电机控制器使成本较高 充电时间长 维护成本较高 蓄电池寿命短等 1 续驶里程短2 成本高3 充电时间长4 维护费用较高5 蓄电池寿命短 引导问题3 纯电动汽车的关键参数 影响纯电动汽车发展的主要因素之一是续驶里程短 根据不同的使用里程 纯电动汽车的续驶里程的计算有所不同 按照国家标准 通常采用工况法和等速法进行试验测定 等速法根据车型采用或两种速度进行等速测试 等速法和工况法在某一状态时的计算方法是相同的 主要根据电池输出能量与车辆行驶消耗的能量相等的原则进行计算 1纯电动汽车的续驶里程 1 等速行驶续驶里程的计算汽车在良好的水平路面电池充满电后等速行驶直至消耗掉全部携带的电能为止所行驶的里程 称为等速行驶的续驶里程 它是电动汽车的经济性指标之一 汽车以速度等速行驶时续驶里程的计算式如下 其中 是等速行驶至能量消耗完所需要的时间 2 多工况行驶续驶里程的计算多工况续驶里程如下 式中 为每个状态行驶距离 Km 为车辆能够完成的状态总数 1纯电动汽车的续驶里程 3 纯电动汽车续驶里程影响因素 滚动阻力系数对续驶里程的影响 空气阻力系数对续驶里程的影响 机械效率对续驶里程的影响 整车质量对续驶里程的影响 蓄电池参数对电动汽车续驶里程的影响 2电动汽车的能量消耗 纯电动汽车的研究大多是基于传统汽车的架构改造或优化 将发动机和油箱用蓄电池和电机代替 仍保留了变速器等传统部件 所以其能耗计算可以借鉴传统汽车的能耗计算方式 纯电动汽车的能量消耗指标采用单位里程的能耗 吨公里的能耗和百公里综合耗电量进行评价 2电动汽车的能量消耗 1 单位里程的能耗单位里程的能耗定义为单位里程消耗的电池组能量 设计阶段可采用等速法或工况法进行计算 单位里程的能耗可表示为 式中为驱动循环的时间 该指标可以考虑电动汽车的整车重量 驱动系统效率 造型以及轮胎等结构等因素对能耗的影响 2 吨公里的能耗采用吨公里的能耗主要是为了比较不同重量的电动汽车能耗情况 表示为 式中 为整车重量 2电动汽车的能量消耗 3 百公里综合能耗百公里综合能耗为标称续驶里程和标称电能的比值 计算公式如下 式中 为动力电池的额定容量 为动力电池的额定电压 为电动汽车的续驶里程 单位里程的能耗和吨公里的能耗两个指标需要确定车辆的许多参数 不便于车辆之间的能耗比较 而百公里综合能耗指标的计算在设计阶段和整车试制后都非常方便 且对电动汽车的实际应用具有较强的指导作用 学习任务 1 纯电动汽车的基础知识2 纯电动汽车的结构3 纯电动汽车的关键技术4 纯电动汽车的实例 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 纯电动汽车主要由电力驱动及控制系统 驱动力传动等机械系统 完成既定任务的工作装置等组成 电力驱动及控制系统是电动汽车的核心 也是区别于内燃机汽车的最大不同点 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 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 典型的纯电动汽车整体结构图 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 1 配置多档传动装置和离合器的传统驱动系统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 电动机轴与驱动轴相互垂直 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 1 配置多档传动装置和离合器的传统驱动系统 宝马ActiveE动力总成结构透视图 从宝马ActiveE的结构 可以看出 除保留传统汽车所有驱动结构部件 完全由电力发动机及相关动力部件取代了传统的发动机和油箱 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 2 无离合器需求的单档传动装置此种方式取消了离合器和变速器 但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 这种结构依赖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 整体驱动桥式 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 3 固定档的传动装置和差速器的集成这种布置方式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 电动机轴与驱动轴相互平行 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 4 两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置在这种布置方案中 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 双电动机整体驱动桥式 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 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 直流驱动式电动轮 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 根据电动汽车传动形式不同 纯电动汽车的传动方式也有不同 6 两个分离的轮式驱动形式除上述结构设计外 部件汽车公司采取在驱动轮上设置电动机及传动装置实现动力驱动 带轮边减速器电动轮 引导问题1 纯电动汽车的整体汽车结构 从能量管理的角度而言 整车控制器是纯电动汽车运行的核心单元 担负着整车驱动控制 能量管理 整车安全及故障诊断和信息处理等功能 是实现纯电动汽车安全 高效运行的必要保障 整车控制策略作为整车控制器的软件部分 是整车控制器的核心部分 引导问题2 纯电动汽车的主要功能总成有哪些 纯电动汽车可分为三个子系统 电动机驱动子系统 能源子系统 辅助子系统 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 空调控制单元和辅助电源组成 引导问题2 纯电动汽车的主要功能总成有哪些 从结构上而言 纯电动系统的核心部件包括 动力电池组 驱动电动机及其控制器 1 动力电池组纯电动汽车的能量来源是动力电池组 其体积 比能量 比功率 充放电循环寿命直接影响整车的行驶性能 2 驱动电动机及其控制器驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能 通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置 引导问题2 纯电动汽车的主要功能总成有哪些 由于汽车工况复杂多变 以及成本 空间的限制 纯电动汽车电动机的输出力也受到制约 因此电动汽车对电机的要求也较高 纯电动汽车对电机的要求则较其它类型汽车有所不同 1 高密度小型轻量化2 高效率3 可靠性 耐久性 适应性 4 低俗高转矩和高速恒功率的宽调度 5 低噪声与低成本 纯电动汽车的控制系统 纯电动汽车的控制系统主要是对电动汽车电池组和电动机加以控制 由于纯电动汽车高度电气化 因此更加有条件实现机电一体化 采用自动化的控制系统和驱动系统 一般用中央控制器中的计算机来进行控制和管理 控制系统还包括整车低压系统的电子电气装置 现代卫星导航和雷达防撞等装备 纯电动汽车除装备现代内燃机汽车的一些先进电子设备外 电动轮 四轮转向 再生制动和太阳能利用等 都可以在纯电动汽车上发挥其独特的作用 引导问题3 关键零部件如何选型 纯电动汽车 相对燃油汽车而言 主要差别在于四大部件 驱动电机 调速控制器 动力电池 车载充电器 其价值高低取决于这四大部件的品质 用途也与选用的配置直接相关 纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷 无刷 有永磁 电磁之分 再有交流步进电机等 它们的选用也与整车配置 用途 档次有关 驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速 有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分 电动机有轮毂电机 内转子电机 有单电机驱动 多电机驱动和组合电机驱动等 电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响 引导问题3 关键零部件如何选型 设计纯电动汽车首先要进行选型设计 除了车型选择外 电机类型与其性能参数 电池类型与其性能参数 控制方式的选择 电池数量的选择等都是首先要确定的 1纯电动汽车驱动电机选择电机驱动系统需求指系统额定电压 额定电流 额定功率 最高允许电压 最低允许电压 最大允许电流 最大功率等一系列指标 2纯电动汽车动力电池组选择根据汽车使用需求 确定动力电池类型 然后需要确定电机的额定电压和电池的电压 按功率需求 行驶能量需求确定电池组个数 引导问题3 关键零部件如何选型 1纯电动汽车驱动电机选择电机驱动系统需求指系统额定电压 额定电流 额定功率 最高允许电压 最低允许电压 最大允许电流 最大功率等一系列指标 根据对车辆功率需求的分析 选择电机最大功率 根据设计车辆传动系统主减速比及挡位传动比信息 通过匹配合适的挡位 结合车轮半径信息 以满足车辆最高设计车速为目标 确定电机额定转速和最高转速 电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有着重要的影响 对于纯电动汽车用电机 电机功率需要根据不同的工况进行选择 如最高车速行驶 满足爬坡性能 加速性能的电机功率 引导问题3 关键零部件如何选型 3纯电动汽车传动系传动比的设计选择汽车在行驶过程中 通过一定的传动比来满足不同行驶工况的需要 传动比起到减速增矩的作用 纯电动汽车有宽广的工况范围 在城市交通中 电动汽车频繁工作的工况在中速区域 提高电机的工作效率 必须是电机的工况区域在高效区域 即0 8以上的区域 尽管电机一般都具有较宽的调速范围 但在纯电动汽车的设计过程中要选择合理的传动比 一方面满足不同工况要求 另一方面使得电机在不同工况运转时 尽量处于高效率范围内 以获得较高的转化效率 减小功率损失 引导问题3 关键零部件如何选型 3纯电动汽车传动系传动比的设计选择纯电动汽车传动比的选择应该满足汽车最高设计车速 最大爬坡度以及对加速时间的要求 纯电动汽车的传动系参数匹配设计主要包括变速器的匹配设计和主减速器的匹配设计 1 传动系最小传动比传动系速比的上限由电动机最高转速和最高行驶车速确定 式中 为主减速器的传动比 变速器的传动比 引导问题3 关键零部件如何选型 3纯电动汽车传动系传动比的设计选择2 传动系最大传动比传动系最大传动比是变速器最低挡传动比与主减速器传动比的乘积 它主要电动机的峰值转矩和车辆最大爬坡度决定 式中 车轮滚动半径 max 车辆的最大爬坡度 f 滚动阻力系数 Tmax 最大驱动力矩 nT 传动系总效率 学习任务 1 纯电动汽车的基础知识2 纯电动汽车的结构3 纯电动汽车的关键技术4 纯电动汽车的实例 引导问题1 纯电动汽车需要解决的关键技术有哪些 纯电动汽车的关键技术主要在于 动力电池技术 电机驱动及其控制技术 电动汽车整车技术与能量管理技术 1电池技术动力电池是电动汽车的动力源泉 也是一直制约电动汽车发展的关键因素 电动汽车用电池的主要性能指标是比能量 能量密度 比功率 循环寿命和成本等 2电力驱动及其控制技术电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件 要使电动汽车有良好的使用性能 驱动电机应具有调速范围宽 转速高 起动转矩大 体积小 质量小 效率高且有动态制动强和能量回馈等特性 引导问题1 纯电动汽车需要解决的关键技术有哪些 纯电动汽车的关键技术主要在于 动力电池技术 电机驱动及其控制技术 电动汽车整车技术与能量管理技术 3纯电动汽车整车技术电动汽车是高科技综合性产品 除电池 电动机外 车体本身也包含很多高新技术 有些节能措施比提高电池储能能力还易于实现 采用轻质材料如镁 铝 优质钢材及复合材料 优化结构 可使汽车自身质量减轻30 50 实现制动 下坡和怠速时的能量回收 采用高弹滞材料制成的高气压子午线轮胎 可使汽车的滚动阻力减少50 汽车车身特别是汽车底部更加流线型化 可使汽车的空气阻力减少50 引导问题1 纯电动汽车需要解决的关键技术有哪些 3纯电动汽车整车技术 整车控制系统由整车控制器 通信系统 部件控制器以及驾驶员操纵系统构成 主要功能是根据驾驶员的操作和当前的工况 在保证安全和动力性要求的前提下选择尽可能优化的工作模式 整车控制系统组成 引导问题1 纯电动汽车需要解决的关键技术有哪些 4能量管理技术蓄电池是电动汽车的储能动力源 电动汽车要获得非常好的动力特性 必须具有比能量高 使用寿命长 比功率大的蓄电池作为动力源 能量管理系统是电动汽车的智能核心 在电动汽车上实现能量管理的难点在于如何根据所采集的每个电池单元的电压 温度和充放电电流的历史数据 来建立能够精确计算电池单元瞬时能量的数学模型 引导问题2 纯电动汽车的整车控制技术 纯电动汽车的整车控制技术的核心是根据驾驶员的动作 综合整车动力系统状态 根据行驶条件计算电机所需要提供的转矩 从而向电机驱动系统发出信号 满足行驶要求 基于不同行驶条件下对转矩要求 整车控制策略分为加速转矩控制动能量回收 驱动转矩的功率限制 怠速行驶等功能 引导问题2 纯电动汽车的整车控制技术 某纯电动汽车整车控制策略下驱动转矩的控制策略 引导问题3 纯电动汽车的能量管理系统 1设计要求纯电动汽车的能量管理系统通常有以下设计要求 1 实时测量电池组电池单元的电压 并能够对电压值的大小是否合适做出相应的指示 2 实时测量电池组的工作电流 并通过车载电脑进行电池荷电状态值的计算 3 实时测量电池组的工作温度 并对各种测量值进行温度系数校正 4 对异常的电池单元能够进行故障诊断 并实时报告故障电池信息5 能够对独立电池单元电压实现均衡充 放电管 保证电池组中单体电池性能一致 6 电池电压采集模块与整车控制器间实现电压隔离 利用通信网络实现实时数据传输与电池数据共享 引导问题3 纯电动汽车的能量管理系统 2整体结构与常规功能纯电动汽车电池管理系统具有智能性的特点 其总体结构下图 电池能量管理系统结构图 根据以上设计要求 通常电动汽车电池能源管理系统具有预测电池剩余电量 剩余行驶里程 故障诊断 短路保护 显示报警及实时监测电池运行状态参数等功能 而且系统可以根据运算及判断结果对运行工况进行智能调节 引导问题3 纯电动汽车的能量管理系统 电池管理系统的功能具体如下 1 电池剩余电量估算 在电池管理系统中占据重要的地位 是电池管理系统中软件处理的核心部分 2 预测行驶里程 驾驶人员通过智能预测系统来选择自己所要行驶里程及运行工况 方便驾驶人员操作 3 电池故障诊断系统 主要针对电池组中的单个蓄电池进行诊断 以便用户适时维护 更换 使汽车保持良好的运行工况 4 短路保护 电动汽车工作电压较高 一般为 因此电池管理系统应具有监控主回路供电状况的功能 以防止短路给设备及人造成伤害 5 显示报警功能 经ECU运算处理后 把电池运行工况 等相关信息发送到显示单元 进行人机交换处理 6 实时跟踪监测电池系统运行状态参数 要实现以上功能 能量管理系统对其硬件与软件设计都有着严格的要求 引导问题4 纯电动汽车制动能量回收技术 燃油汽车的制动过程通常是利用制动装置将汽车行驶的动能通过机械摩擦方式转化为热能而散发掉 从而达到汽车制动或减速的目的 对纯电动汽车而言 这些能量需要通过相应转化设备转化为电能储存到动力电池组中 从而延长纯电动汽车的续驶里程 制动能量回收 BrakingEnergyRecovery 就是把电动汽车电机的无用的 不需要的或有害的惯性转动产生的动能转化为电能 并回馈蓄电池 同时产生制动力矩 使电动机快速停止无用的惯性转动 这个总过程也称为再生制动 制动能量回收已经成为纯电动汽车 混合动力汽车等新能源汽车手必备功能 引导问题4 纯电动汽车制动能量回收技术 影响电动汽车再生制动的因素有许多 主要包括行驶工况 制动安全性要求 车辆驱动型式 电机类型 存储系统 沃尔沃 Volvo 汽车公司于2011年测试其飞轮动能回收系统 KineticEnergyRecoverySystem KERS 这套系统装在汽车的后轴上 当汽车减速时 产生的制动能量使飞轮以最高达60 000转 分钟的转速旋转 当汽车再次起步时 飞轮的转动通过一个特殊设计的传动装置