第十三章-汽车电力驱动精讲.ppt

13 1概述 第13章汽车电力驱动 13 2车用动力电池 13 3汽车电力驱动系统 重点 13 1概述 化石能源资源有限 根据预测 未来石油可用年限仅40年 天然气67年 煤炭190年 而且化石能源会排放大量空气污染物与温室气体 成为环境污染与温室效应元凶 核能则使用环境限制苛刻 必须提升能源使用效率并开发新能源 促进能源永续利用 大气污染 被称为社会一大公害 越是交通发达的国家 由汽车尾气排放的污染物越严重 根据检测分析 汽车尾气排放量已占大气污染源的85 治理大气污染 减少汽车尾气排放是重中之重 由于以上原因 电动汽车就应运而生 电动汽车发展历史 一百多年来 电动汽车在汽车发展史中经历了三次重大机遇 第一次发生在一百余年前 由于当时电池和电机的发展较内燃机成熟 而且石油的运用还没有普及 使电动汽车在早期的汽车领域中占有举足轻重的位置 但由于石油的大量开采和内燃机的种种优越性 直到上世纪70年代石油危机的爆发 又给了电动汽车第二次机遇 又一次被人瞩目 第三次机遇开始于若干年前 世界上除了已存在的能源问题之外 环境保护问题也逐渐成为了各个方面所关心重大课题 电动汽车发展现状 2008北京奥运会期间在北京奥林匹克公园核心区域共投放了50多辆电动公共汽车 2009年2月 国家出台了 关于开展节能与新能源汽车示范推广的通知 在全国13个城市以财政政策鼓励在公交 出租 公务 环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车 对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助 如燃料电池轿车的最高补贴可达25万元 2010年6月 国家又出台了 关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知 确定合肥 上海 长春 深圳 杭州五个城市为私人购买新能源汽车补贴试点工作城市 根据规定 试点城市居民私人购买新能源汽车 可以获得最高6万元的一次性补贴 现今混合动力客车 电动客车已在北京 上海 武汉 长春 合肥等地公交线路上试验运行 国产的纯电动轿车 混合动力轿车车型辈出 如长安杰勋混合动力轿车 奇瑞A5BSG 比亚迪F3DM等 国外电动汽车发展情况 电动汽车发展存在问题 技术方面市场方面使用环境方面 电力驱动汽车特点 效率高环境污染小可使用多种能源噪音低使用邮费低 混合动力电动汽车 电动汽车分类 纯电动汽车 燃料电池电动汽车 串联式混合动力电动汽车 并联式混合动力电动汽车 混联式混合动力电动汽车 铅酸电池型 镍镉电池型 镍氢电池型 锂离子电池型 维护型 现小巴车辆使用 免维护型 碱性燃料电池 AFC 质子交换膜燃料电 PEMFC 磷酸燃料电池 PAFC 熔融碳酸燃料电池 MCFC 固志氧燃料电池 SOFC 电动汽车分类 纯电动汽车又称蓄电池电动汽车 也称二次电池电动汽车 纯电动汽车有多种类型 1 常规型的纯电动汽车 它用电动机代替内燃机 仍保留内燃机汽车中的变速器和差速器等动力传输装置 仍具有较大的变速和变矩范围 纯电动汽车 2 无变速器和差速器的纯电动汽车 它用两个电动机分别驱动左右两个轮子 解决转弯行驶时不要差速器而实现双轮差速驱动的矛盾 纯电动汽车 根据混合动力驱动的联结方式 混合电动汽车主要分为串联式混合电动汽车 并联式混合电动汽车和混联式混合电动汽车三类 混合动力汽车 混合动力汽车 燃料电池汽车是一种使燃料中的化学能转变为电能驱动的电动汽车 这种汽车要携带专用燃料 燃料在燃料电池中产生电能 然后带动电动机驱动车轮 燃料电池电动汽车 利用物质的化学变化或物理变化将其它能量转化电能的装置 叫做化学电池或物理电池 常用的铅酸电池是化学电池 太阳能电池是物理电池 目前车用动力电池主要是化学电池 电动汽车与燃油汽车相比的缺点是 成本高 续驶里程短和充电时间长 这些都与能量或电能存储技术没有突破性进展直接相关 电动汽车所用动力电池的理想条件或研发方向应该具有以下几点 1 能一次提供足够的能量 保证电动汽车有一定的行驶里程 2 能快速充电或补充能量 使补充能量的时间很短 3 重量轻 减少车载负荷 4 能持续稳定的大电流放电 保证电动汽车的一定行驶速度 5 能短时大电流放电 保证电动汽车在加速 上坡时有足够的动力 13 2车用动力电池 1 容量电池的容量是指在一定的放电条件下 可以输出的电量 常用安时容量 A h 和瓦时容量 W h 来表示 安时容量 A h 用电池输出平均电流I与时间t的乘积来表示电池的容量 单位为安培小时 简称安时 用符号A h表示 故称安时容量 如一个80Ah的蓄电池 用2A电流对外供电 可以持续40小时 如用4A的电流对外供电 只能持续20小时 瓦时容量 W h 在分析电动汽车的能量利用效率时 也用输出平均功率P与时间t的乘积来表示电池的容量 单位为瓦时 用符号W h表示 故称瓦时容量 W h W h容量可用A h容量乘以放电平均电压获得 车用动力电池的主要性能指标 2 电动势电池不对外放电时正极与负极之间的电位差称为其电动势 在汽车行业内常称为开路电压 或简称电压 不同的电池 电压是不同的 如铅酸蓄电池的电压是2 1V 而镍镉蓄电池的电动势是1 2V 3 能量密度 比能量 能量密度又称比能量 常用比质量能量和比体积能量来表示 比质量能量 是指单位质量的电池所能输出的能量 单位为瓦时每千克或千瓦时每千克 用符号W h Kg或kW h Kg表示 比体积能量 是指单位体积的电池所能输出的能量 单位为瓦时每升或千瓦时每升 用符号W h L或kW h L表示 汽车动力电池的比能量越大 相对重量就越轻 或体积就越小 汽车充电后续驶里程就越长 4 功率密度 比功率 功率密度又称比功率 是指单位质量或单位体积的电池所能输出的功率 分别称为比质量功率和比体积功率 单位分别常用W kg kW kg或W L kW L表示 汽车动力电池的比功率越大 汽车的加速性能和爬坡性能就越好 最高车速也越高 5 使用循环寿命二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环 二次电池在反复充放电的使用条件下 电池容量会逐渐下降 一般以电池的额定容量为标准 当电池容量降至其60 或80 时的充放电次数称为循环寿命 电池的使用循环寿命除了与电池的类型有密切关系外 还与使用条件 使用方法和维护有密切关系 6 自放电在储存过程中 电池蓄电容量会逐渐下降 其减少的容量与额定容量的比例 称为自放电率 通常 环境温度对其影响较大 过高温度会加速电池的自放电 电池容量衰减 自放电率 的表达方法为 月 镍镉 镍氢电池的自放电率为20 25 月 锂电池的自放电率为2 5 月 车用动力电池类型 铅酸蓄电池镍镉电池镍氢蓄电池钠硫蓄电池锂电池锌空气电池飞轮电池燃料电池 汽车电力驱动系统主要由电动机 驱动器和控制器组成 它们是汽车电力驱动的核心 汽车电力驱动和控制技术发展方向 由有刷直流电动机驱动向无刷化 交流化方向发展 如开发并应用了开关磁阻电动机和永磁无刷电动机 朝电动机与驱动器 控制器集成的机电一体化方向发展 构成智能化的驱动控制系统 由单个电动机驱动向两个电动机驱动 后轮驱动向前轮驱动发展 进而以四个电动机驱动四轮的方向发展 由带齿轮减速器驱动向直接驱动方向发展 将外转子电动机与车轮一体化设计 实现四轮直接驱动 电动机 驱动器 控制器 电池以及电动汽车工况均由单片机集成控制 实现汽车驱动和控制向电子化方向发展 13 3汽车电力驱动系统 需要有4 5倍的过载以满足短时加速行驶与最大爬坡时的要求 最高转速要达到在公路上巡航车速的4 5倍 要求有高的功率密度和好的效率图 从而能够降低车重 延长续驶里程 为使多电动机协调运行 要求电动汽车驱动电动机可控性高 稳态精度高 动态性能好 安装于机动车上 处于空间小 温差变化大 振动剧烈的恶劣环境中 汽车用驱动电动机 由于各种混合动力电动汽车结构上的差异 采用的动力控制策略也不尽相同 但其目的都是为了达到以下四个主要目标 最佳的燃油经济性 最低的排放 最低的系统成本 最好的驱动性能 混合动力汽车控制策略 启动或低速行驶时当汽车启动时 仅使用由HV蓄电池提供能量的电动机的动力启动 这时发动机并不运转 因为发动机不能在低旋转带输出大扭矩 而电动机可以灵敏 顺畅 高效地进行启动 一般行驶时混合动力系统采用发动机 使它在能产生最高效功率的速度区域驱动 由发动机产生的动力直接驱动车轮 依照驾驶状况 部分动力被分配给发电机 由发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机 利用发动机和电动机这一双重传动系统 发动机产生的动力以最小消耗被传向地面 puris混合动力汽车控制策略 全速行驶时在需要强劲加速力 如爬陡坡及超车 时 HV蓄电池也提供电力 来加大电动机的驱动力 通过发动机和电动机双动力的结合使用 TOYOTA油电混合动力系统得以实现与高一级发动机同等水平的强劲而流畅的加速性能 减速行驶时在踩制动器