任务2 纯电动汽车

新能源汽车概论,任务二纯电动汽车,建议课时：2学时,学习目标（1）了解纯电动汽车的定义与分类；（2）知道纯电动汽车动力系统的结构与工作原理；（3）知道纯电动汽车驱动系统的布置形式；（4）了解纯电动汽车的特点与关键技术；（5）了解一些纯电动汽车车型。,教学目标,一、纯电动汽车的定义与类型,学习目录,纯电动汽车的定义与类型,1、纯电动汽车的定义纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，如图2-2-1所示。纯电动汽车上的车载电源一般为动力电池，相当与传统汽车中的燃油箱，电机相当与传统汽车中的内燃机。,图2-2-1大众纯电动概念车,2、纯电动汽车的类型纯电动汽车的类型很多，目前主要有两种分类方法，一是根据纯电动车的动力源来进行分类，二是根据动力的布置形式进行分类。（1）根据动力源进行分类纯电动汽车根据动力源进行分类可分为两种类型，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。,纯电动汽车的定义与类型,纯电动汽车的定义与类型,1）用动力电池单独作为动力源的纯电动汽车用动力电池单独作为动力源的纯电动汽车，只装置了动力电池，它的电力和动力传输系统如图2-2-2所示。,图2-2-2动力电池单独作为动力源的纯电动,纯电动汽车的定义与类型,2）装有辅助动力源的纯电动汽车用动力电池单独作为动力源的纯电动汽车，动力电池的比能量和比功率较低，动力电池的质量和体积较大。因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源,如超级电容器、太阳能等，由此改善纯电动汽车的起动性能和增加续驶里程。装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图2-2-3所示。,图2-2-3动力电池单独作为动力源的纯电动,纯电动汽车的定义与类型,（2）根据动力的布置形式进行分类（1）车轮电动机驱动搭载车轮（轮毂）电动机的不同驱动系配置见表2-2-1。,图2-1-5大众双燃料汽车,纯电动汽车的定义与类型,结构车轮直接连接至车轮电动机。现在，内轮驱动概念被用于电动机车、电动自行车和电动轮椅。特征a.无需驱动轴；b.无需差速变速箱。优势a.四轮驱动技术可行。b.车轮电动机的输出轴直接位于车轮上。c.机械损失低，驱动效率高d.再生性制动可行。,纯电动汽车的定义与类型,劣势a.车轮的非簧载质量较传统车量的要高。b.驱动部件质量大（影响整辆车的惯性和扭矩）c.需要依据独立的车辆概念d.控制复杂。两个电动机需要同步运转。e.目前仍需要与液压摩擦制动器搭配使用。f.车轮上存在空间限制。,纯电动汽车的定义与类型,（2）中央传动系电动机驱动搭载一个中央电动机车辆的不同驱动系配置见表2-2-2。,表2-2-1搭载一个中央电动机车辆的不同驱动系配置,纯电动汽车的定义与类型,结构电动机/发电机驱动变速箱、驱动轴，然后是车轮。在纯电动车中，只需配备减速箱。四轮驱动车则只需配备一根前桥驱动驱动轴。或者使用第二台电动机。特征每根驱动桥上有两根驱动轴；每根驱动桥上有一个差速器；需要驱动轴。优势单桥驱动易于设计；四轮驱动技术可行；非常易于组合成混合动力驱动（HEV/PHEV/RXHEV）；可集成在现有车辆概念中。,纯电动汽车的定义与类型,劣势中央电动机/发电机输出轴不在驱动桥上；需要差速器；需要减速器。,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,这里以比亚迪纯电动汽车E6为例，简单介绍纯电动汽车动力系统的基本结构与工作原理。1、比亚迪E6纯电动汽车的基本结构比亚迪E6纯电动汽车动力系统结构及原理如图2-2-4所示，其主要由电动车的控制模块、电动车的动力模块、电动车高压辅助模块三大模块组成。,图2-1-13丰田普锐斯插电式混合动力系统,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,（1）电动车的控制模块电动车的控制模块包含有电机控制器、DC-DC变换器、动力配电箱、主控ECU、挡位控制器、加速踏板、电池管理单元等。1）电机控制器负责控制电机的前进、倒退、维持电动车的正常运转，关键零部件为IGBT。IGBT是为了控制电流的工作，保证能够按照我们的意愿输出合适的电流参数。2）DC-DC变换器负责将330V高压直流转低压提供给车载低压用电设备，如蓄电池、EPS等。3）高压电配电箱通过高压电配电箱对电池包体中巨大的能量进行控制，相当于一个大型的电闸，通过继电器的吸合来控制电流通断，将电流进行分流等。关键零部件为继电器，为了控制如此大的电流通过整车，需要通过几个继电器的并联工作，这也为继电器工作一致性和可靠性提出了苛刻的要求。,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,4）电池管理单元电池管理单元也称为电源管理器系统（BatteryManagementSystem，简称BMS）是电动汽车电池系统的参数测试及控制装置，具有安全预警与控制、剩余电量估算与指示、充放电能量管理与过程控制、信息处理与通讯等主要功能。5）挡位控制器挡位控制器用来控制电动车前进、后退、停车等动作的部件，由于电动车与传统燃油车的控制方式不同，故挡位控制类似自动挡。6）主控ECU主控ECU接受各高压监控系统发出的信号，并加以判断，控制冷却系统、制动系统、车速里程等。7）加速踏板：加速踏板通过控制电流大小，从而控制电机转速,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,（2）电动车的动力模块电动车的动力模块包含有驱动电动机总成、动力电池总成。驱动电机E6使用的电机为交流无刷电机，通过采集电机旋变信号进行工作。动力电机根据冷却形式分风冷和水冷，根据结构分为直流有刷电机和直流无刷电机以及交流电机。动力电池总成动力电池总成做为提供整车动力能源的设备；根据电池种类的不同可分为锂电池、镍氢电池和铅酸类电池。,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,（3）电动车高压辅助模块电动车高压辅助模块包含有车载充电器、漏电保护器、车载充电口、应急开关。1）车载充电器（AC/DC变换器）车载充电器主要功用是220V交流市电转换成直流电后向动力电池充电。需要注意的是使用家用插座为电动车充电时，也需要考虑插座及线路的承受能力，需要额定电流10A的单项220V插座，如果采用一些伪劣产品的插座，也可能导致充电插座烧毁、线路烧熔等安全隐患。,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,2）漏电保护器漏电保护器通过将一端和负极相连，一端对车身连接，检测电流和电压值，一旦发现有超出限制的电流和电压，则发出报警，并切断控制模块，保证用电安全动力蓄电池系统泄露电流量不超过2mA（E6车型）；整车绝缘电阻值应大于1000/V（E6车型）。3）充电接口（如图2-2-5所示）车载充电可分为快充和慢充，为了保证充电迅速高效，使用特定的充电口进行充电，充电时需要保证整车防水密封性要求，并且能够保证车载充电口能够承受瞬时大电流的充电过程。,图2-2-5E6充电接口,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,2、比亚迪E6纯电动汽车的基本原理（1）E6上电过程（如图2-2-6所示）,图2-2-6E6上电过程,纯电动汽车动力系统的结构与工作原理,（2）充电过程充电桩的380V高压充电桩通过车辆上的充电口，或者220V市用电源通过车载充电器升压后输电给车上的配电箱，配电箱直接途经应急开关后对动力电池进行充电。在充电过程当中，电源管理器一直监控着动力电池的温度和电压，如果发现动力电池内部某单体温度或电压过高，就会切断配电箱给动力电池的供电。（3）放电过程动力电池在电源管理器和漏电保护器的监控下，通过应急开关输电给配电箱，配电箱根据车辆的实际用电情况分配电量。一部分电量流向电机控制器，另一部分电量流向DC-DC变换器。主控ECU根据驾驶员操作信息（接收加速踏板角度传感器和挡位控制器的信号）控制着电机控制器的工作，电机控制器主要控制流向电机的电量大小，以及控制电机正反转来驱动车辆前进或后退。另一部分从配电箱流向DC-DC变换器的电量，经过DC-DC变换器将高压直流电转化为低压直流电，为车辆电动液压助力转向系统提供42V的电源，同时还为整车用电设备提供12V的电源。,纯电动汽车驱动系统的布置形式,电动汽车的驱动系统是电动汽车的核心部分，其性能决定狞电动汽车运行性能的好坏。电动汽车的驱动系统布置取决于电动机驱动系统的方式。常见的驱动系统布式有传统的驱动模式、电动机-驱动桥组合式驱动模式、电动机-驱动桥整体式驱动模式、轮榖电动机驱动模式等几种。,纯电动汽车驱动系统的布置形式,1、传统的驱动模式图2-2-7所示与传统汽车驱动系统的布置方式一样，带有离合器和变速器，只是将发动机换成驱动电机，属于改造型电动汽车。这种布置形式特点是驱动电机轴与驱动轴相互垂直，这样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。,图2-2-7传统的驱动模式,纯电动汽车驱动系统的布置形式,2、驱动电机-驱动桥组合式驱动模式图2-2-8所示，驱动电机-驱动桥组合式驱动模式取消了离合器和变速器，主要是由一台驱动电机和减差速器组成，分为前驱型和后驱型。这种模式的优点是可以继续沿用传统汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器。这种模式对驱动电机的要求较高，不仅要求电动机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。,图2-2-8电动机-驱动桥组合式驱动模式,纯电动汽车驱动系统的布置形式,3、电动机-驱动桥整体式驱动模式图2-2-9所示为驱动电机-驱动桥整体式驱动模式。该模式是将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速和差速转，如图2-2-10所示。这种传动方式同样对电动机有较高的要求，要求有大的起动转矩和后备功率，同时不仅要求控制系统有较高的控制稍度，而且要具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶的安全、平稳。,图2-2-9电动机-驱动桥组合式驱动模式,纯电动汽车驱动系统的布置形式,图2-2-10驱动电机直接驱动车轮,纯电动汽车驱动系统的布置形式,4、轮榖电动机驱动模式图2-2-11所示是轮毂电机驱动模式，与图2-2-9比较接近。这种布置方式是将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车轮行驶。,图2-1-23奥迪Q7e-tron中的电机,纯电动汽车的特点与关键技术,1、纯电动汽车的特点纯电动汽车与传统燃油汽车相比，具有以下特点。（1）无污染，嗓声低；（2）能源效率高、多样化；（3）结构简单、使用维修方便；（4）动力电源使用成本高、续驶里程短。2、纯电动汽车的关键技术（1）动力电池及管理技术动力电池是电动汽车的动力源，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。但目前还没有任何一种电池能达到纯电动汽车普及的要求。,纯电动汽车的特点与关键技术,（2）驱动电机及控制技术电动汽车的驱动电机属于特种电动机，是电动汽车的核心部件之一。要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的起动转矩，体积小、质量轻、效率高，而且有动态制动强和能量回馈的性能佳。电动汽车所用的驱动电机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。（3）整车控制技术新型纯电动汽车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU,低速总线按物理位置设置节点，基本原则是基于空间位置的区域自治,纯电动汽车的特点与关键技术,（4）整车轻量化技术整车轻量化技术始终是汽车技术重要的研究内容。纯电动汽车由于布置了动力电池，整车质量增加显著，轻量化问题更加突出。目前，可以采用以下措施减轻整车质量：通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量，驱动电动机的功率、转速和转矩，整车性能等车辆参数的整体优化，合理选择电池和电动机参数。通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减小动力总成、车载能源系统的质量。这里包括对电动机及驱动器、传动系统、冷却系统、空调和制动真空系统的集成和模块化设计，使系统得到优化；通过电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。积极采用轻质材料，例如动力的结构框架、壳体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。利用CAD技术对车身承载结构件(如前后桥、新增的边梁、横梁等)进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。,纯电动汽车车型举例,1、日产LEAF（聆风）2009年日产发布世界第一款经济型零排放汽车LEAF，如图2-2-12(a)所示。真正做到了零排放的动力总成和车型平台，独特的车型设计，配备了先进的由锂离子电池驱动的车辆底盘，全球领先的巡航里程为160公里。2017年日产发布了全新一代LEAF，巡航里程提高到400公里，如图2-2-12(b)。,图2-2-12日产LEAF(聆风,混合动力电动汽车的混合动力系统主要部件,日产LEAF的充电方式也非常便捷，如图2-2-13所示。通过快速充电，日产LEAF只需30分钟即可充至80的电量，而通过10分钟的快速充电就可行驶5Okm。在家充电时，使用家用交流电，大约需要8小时可以使车辆充满。,图2-2-13LEAF快充,混合动力电动汽车的混合动力系统主要部件,日产LEAF的主要部件如图2-2-14所示。,图2-2-14日产LEAF(聆风),纯电动汽车车型举例,2、荣威E50荣威E50是一辆纯电动的轿车，由上汽集团历时三年自主研发，汇集众多国际先进技术，合力打造出的一款通过电池和电机有机结合，实现零排放、纯电驱动的新能源车，如图2-2-15所示。荣威E50搭载了高性能的电驱动力系统，其中包括具有高技术含量的核心部件，真正实现零排放。镍钴锰酸锂电池，最大续驶里程达到170km，0-50km/h加速时间5.6秒，百公里加速时间为14.6秒，该电池总能量为18千瓦时，具有快充和慢充两种充电模式，一次充电后，荣威E50在匀速路况下续航里程在220公里以上。,图2-2-15荣威E50,纯电动汽车车型举例,3、江淮iEV6SiEV6S是江淮旗下新能源SUV车型，该车于