第五章 电动汽车动力系统构成及动力参数选择

1、1第二章第二章 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性 本节将重点介绍电动汽车的特点；混合动力电动汽本节将重点介绍电动汽车的特点；混合动力电动汽车的特点、结构、节油原理；丰田车的特点、结构、节油原理；丰田Prius混合动力电动汽混合动力电动汽车的工作模式；电动汽车的动力性计算等。车的工作模式；电动汽车的动力性计算等。第五章 汽车的燃油经济性第一节电动汽车的研究2电动汽车的特点电动汽车的特点 电动汽车集机、电、化多学科领域中的高新技术于一体，电动汽车集机、电、化多学科领域中的高新技术于一体，是汽车、电力、自动控制、化学、计算机、新能源和新材是汽车、电力、自动控制、化学、计算机、新能源和新材料等工程技术

2、中最新成果的集成产物。料等工程技术中最新成果的集成产物。 从环保角度看，电动汽车造成的污染较小。从环保角度看，电动汽车造成的污染较小。 从能源角度看，电动汽车将使能源利用多元化和高效从能源角度看，电动汽车将使能源利用多元化和高效化，达到能源可靠、均衡和无污染的目的。化，达到能源可靠、均衡和无污染的目的。第一节 电动汽车的研究3电动车事业：环保的推动电动车事业：环保的推动4IPCC : Intergovermental Panel on Climate ChangeNEDO : New Energy and Industrial Technology Development Organizati

3、onIPCC TAR and report by NEDO2050210022002300550ppmBAU215022509060308070504020102000Gobal CO2 emissions （Gt）Reduce to 1/5 by 21007Long Term CO2 Emissions Reduction Target in Global Society as a whole Need to stabilize CO2 concentration in atmosphere below 550ppm, in order to limit global surface tem

4、perature increase by 2, which has been discussed in IPCC. For this, need to reduce CO2 emissions, while keep increasing economical growth.520,00010,000200,0003,000 In 05 sales plan (360 million unit), total of Lifecycle CO2 emission from Nissan vehicle is 260Mton.CO2Emission(kton)CO2 Emission of Veh

5、icles whole Lifecycle LandfillFuel：68MtonVehicle ProductionMaterial ProductionFuel ProductionEnd useSteel ：7MtonAluminum ：0.90MtonCopper ：0.05MtonResins ：0.75MtonCrude Oil：74MtonIron ore：10MtonBauxite：3MtonCopper ore：8.7MtonCrude oil：1MklWaste:0.5Mton8(Nissan estimation)CO2Emission(kton)30,0006Mater

6、ial resource、Production assembly, MaintenanceMost of CO2 emission are from fuel production and driving vehicles.Driving(well to wheel) 77923CO2 Emission of Vehicles whole Lifecycle(Nissan estimation)7 40 60 80100020New cars Well to Wheel CO2 emissions2000 2010 2020 2030 2040 2050GEHEVEVFCVDE 将来CO2排出

7、量達成見通(現状100) 406080100020550ppmTarget lineUS Comb mode-70 reduction-28%-30%-44%-100%(-57%)-100%(-40%)Long term target for reducing CO2 emissions in the vehicles (estimation)In order to meet 550ppm, need to reduce CO2 emissions from vehicles in use by 70% by 2050 compared to 2000.By 2015-20, main foc

8、us on engine fuel efficiency improvement.After the term, more focus on electric power sources and new power source driven by renewable energy.10電力生成時CO2排出量生成時CO2排出量2050203020158第五节 电动汽车的研究9电动汽车的类型电动汽车的类型 纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。 燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转换成

9、电能的电化学发电器。转换成电能的电化学发电器。 燃料电池的效率是内燃机的燃料电池的效率是内燃机的23倍，无污染、无噪倍，无污染、无噪声，排出的是水。声，排出的是水。 价格贵、体积质量较大；可靠性、环境适应性不高。价格贵、体积质量较大；可靠性、环境适应性不高。第五节 电动汽车的研究1011LEAFLEAF电动车配置参数电动车配置参数车身长度车身长度4445 mm4445 mm车身宽度车身宽度1770 mm1770 mm车身高度车身高度1550 mm1550 mm轴距轴距2700 mm2700 mm带电行驶公里数带电行驶公里数161 km161 km最高时速最高时速145 km/h145 km/h

10、电机类型电机类型交流电动机交流电动机最大最大功率功率80 kw80 kw最大最大扭矩扭矩280 Nm280 Nm电池类型电池类型复合锂离子电池复合锂离子电池总容量总容量24 kwh24 kwh输出功率输出功率大于大于90 kw90 kw能量密度能量密度140 wh/kg140 wh/kg功率密度功率密度2.5 kw/kg2.5 kw/kg电池动力单元数电池动力单元数484812131415雪佛兰雪佛兰Volt沃蓝达技术参数表沃蓝达技术参数表基本参数车型：前轮驱动型5门轿车类别：增程型电动车同类产品：无底盘：独立式麦弗逊前悬架、复合式后曲轴、四轮碟式刹车、可最大程度收集能量的全面再生制动系统、电

11、动助力转向座位数：四个制造地点：底特律Hamtramck工厂性能最高车速（公里/小时）：160公里/小时电动车行驶里程，城区内（公里）：60公里尺寸轴距（英寸/毫米）：105.7/2685长（英寸/毫米）：177/4404宽（英寸/毫米）：70.8/1798高（英寸/毫米）：56.3/1430行李箱容积（立方英尺/升）:10.6/301电池系统类型：锂离子电池电量（千瓦时）16电力驱动装置功率（千瓦/马力）：111/150扭矩（磅英尺/牛米）：273/370外观轮胎及车轮尺寸：特制低滚动阻力轮胎，17英寸铝合金轮毂1617 车辆名称车辆名称: :丰田插电式混合动力普锐斯丰田插电式混合动力普锐斯

12、 动力系统动力系统: : 1.8L 73kw/5200rpm 2ZR-FXE 1.8L 73kw/5200rpm 2ZR-FXE 能耗情况能耗情况: :百公里耗电百公里耗电15.215.2度，混合动力模式：度，混合动力模式：3.26L/100km3.26L/100km；（；（CO2CO2排放排放 76g/km76g/km） 动力电池动力电池: :345.6V 5.2kwh345.6V 5.2kwh锂离子电池（锂离子电池（AC200VAC200V充电需充电需100100分钟）分钟） 续航里程续航里程: :纯电动模式下纯电动模式下23.4km23.4km； 最高时速最高时速: :纯电动模式下最高时

13、速纯电动模式下最高时速100km/h100km/h 发布时间发布时间: :2012 2012 尺寸重量尺寸重量: :4460mm/1745mm/1490mm4460mm/1745mm/1490mm 驱动电机驱动电机: :额定功率额定功率60kw60kw（峰值（峰值100kw100kw）永磁同步电机）永磁同步电机 市场售价市场售价: :18InverterMotorFuel Cell StackHydrogen TankCompactLi-ion Battery燃料电池电动车燃料电池电动车 FCVFCV19VehicleVehicleMotorFuel CellSecondary Battery

14、Fuel L / W / H (mm)Seating Capacity Vmax (km/h)Max Power (kW)Fuel CellSupplierTypeTypePressure (MPa)4485 / 1770 / 1800Compact Li-ion Battery514585PEM-FC UTC Fuel Cells (USA)Compressed Hydrogen 35TypeCoaxial Motor with Reduction GearRange (km)350 +2021EV技术发展微混弱混中混强混Plug-in增程纯电节能技术新能源（有外接能源介入）节油节油 5%1

15、0%15%50%Start &Stop取消怠速，减排SOC发动机在低效工况不工作发动机工作在高效工况发动机驱动发动机驱动电机独立驱动电机独立驱动（部分工况）（部分工况）电机电机+发动机驱动发动机驱动外电为主；外电为主；发动机辅助发动机辅助外电介入外电介入动力电池动力电池无发动机无发动机普锐斯普锐斯风神风神S30 BSG奇瑞奇瑞A5 BSG骏捷骏捷FSV启停启停版版磷酸磷酸铁锂铁锂电池电池本田思域本田思域hybrid途锐途锐hybrid自行车自行车镍氢电池（不镍氢电池（不适于充放电）适于充放电）铅酸铅酸电池电池Volt60Km?Leaf第四代第四代电池电池锰酸锰酸锂电锂电池池500Km2

16、2一、混合动力电动汽车的特点 电动机与内燃机相比，具有清洁、安静、效率高的特点，电动机与内燃机相比，具有清洁、安静、效率高的特点，同时它的转速同时它的转速转矩控制特性也比较灵活。转矩控制特性也比较灵活。 电动机在低转速时具有恒转矩的特性，高速时具有恒功率电动机在低转速时具有恒转矩的特性，高速时具有恒功率的特性，可以在转速的特性，可以在转速转矩曲线下的任何一点工作。转矩曲线下的任何一点工作。 混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合，混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合，充分发挥了二者的优势，可以从根本上解决现在纯电动汽车动充分发挥了二者的优势，可以从根本上解决现在纯电动

17、汽车动力性能差和续驶里程短的问题。力性能差和续驶里程短的问题。第五节 电动汽车的研究23一、混合动力电动汽车的特点 1）电池容量大为减少，降低了整车质量，有利于）电池容量大为减少，降低了整车质量，有利于提高汽车动力性；提高汽车动力性； 2）采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里）采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里程短的限制，长途行驶能力可与传统汽车相媲美；程短的限制，长途行驶能力可与传统汽车相媲美； 3）大大提高了燃油经济性，还可以以纯电动方式）大大提高了燃油经济性，还可以以纯电动方式工作，成为零排放汽车；工作，成为零排放汽车；混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要优势如下：混合动力

18、电动汽车与纯电动汽车相比，其主要优势如下：第五节 电动汽车的研究24一、混合动力电动汽车的特点 4）空调系统等附件由内燃机直接驱动，有充分的能）空调系统等附件由内燃机直接驱动，有充分的能源供应，保证了汽车的乘坐舒适性；源供应，保证了汽车的乘坐舒适性； 5）辅助动力可以向储能装置提供能量，保证混合动）辅助动力可以向储能装置提供能量，保证混合动力电动汽车无需停车充电，不需要进行专用充电设施力电动汽车无需停车充电，不需要进行专用充电设施的建设；的建设； 6）电池组在使用过程中是浅充浅放，可以延长电池）电池组在使用过程中是浅充浅放，可以延长电池的使用寿命。的使用寿命。混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，

19、其主要优势如下：混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要优势如下：第五节 电动汽车的研究25二、混合动力电动汽车的结构 混合动力电动汽车有多种结构形式和分类方法。混合动力电动汽车有多种结构形式和分类方法。 根据动力源的数量以及动力系统结构形式的不同，可根据动力源的数量以及动力系统结构形式的不同，可以分为以分为串联式串联式、并联式并联式和和混联式混联式。第五节 电动汽车的研究26第五节 电动汽车的研究27三、混合动力电动汽车的节油原理 1）储能元件的补偿作用平滑了内燃机的工况波动，在）储能元件的补偿作用平滑了内燃机的工况波动，在汽车的一般行驶中吸收、储存电能，而在需要提供大功率汽车的一般行驶中吸

20、收、储存电能，而在需要提供大功率时提供电能，从而可以采用小型的发动机，工作中发动机时提供电能，从而可以采用小型的发动机，工作中发动机的负荷率较高，并可以使发动机的工作点处于高效率的最的负荷率较高，并可以使发动机的工作点处于高效率的最优工作区域内；优工作区域内； 2）在汽车停车等候或低速滑行等工况下，可以关闭内）在汽车停车等候或低速滑行等工况下，可以关闭内燃机，以节约燃油；燃机，以节约燃油； 3）汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收）汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，进一步提高汽部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，进一步提高汽车的燃油经济性。

21、车的燃油经济性。第五节 电动汽车的研究28 2005年年12月月15日，首次在海外生产的丰田日，首次在海外生产的丰田Prius（普锐斯）（普锐斯）混合动力汽车在四川一汽丰田汽车有限公司长春丰越公司混合动力汽车在四川一汽丰田汽车有限公司长春丰越公司正式下线。上市时基准型正式下线。上市时基准型28.8万元，高端型万元，高端型30.2万元。万元。第五节 电动汽车的研究29四、能量管理策略设定目标如下：设定目标如下： 1）使燃油经济性最优；）使燃油经济性最优；2）使排放最低；）使排放最低；3）使驱动系）使驱动系统的成本最小化；统的成本最小化；4）维持或提高整车的各项性能。）维持或提高整车的各项性能。

22、采用发动机作为主动力源，电动机和蓄电池协助提供峰采用发动机作为主动力源，电动机和蓄电池协助提供峰值功率。值功率。 容易对发动机运行工况进行优化。容易对发动机运行工况进行优化。 电动机响应快、控制灵敏，容易实现不同的控制方法。电动机响应快、控制灵敏，容易实现不同的控制方法。 多用于并联式混合动力系统。多用于并联式混合动力系统。1.电动机辅助控制策略第五节 电动汽车的研究30第五节 电动汽车的研究312.优化ICE曲线控制策略 从静态条件下发动机的万有特性出发，将一定发动机转速和从静态条件下发动机的万有特性出发，将一定发动机转速和一定负荷下发动机的最低燃油消耗点连成一条线，也就是静态条一定负荷下发

23、动机的最低燃油消耗点连成一条线，也就是静态条件下发动机的最佳工作曲线。件下发动机的最佳工作曲线。第五节 电动汽车的研究322.优化ICE曲线控制策略 发动机在需求功率或转矩高于某个限值时才会工作。发动机在需求功率或转矩高于某个限值时才会工作。 只有在极限情况下，如需求功率超过了蓄电池的最大功率调只有在极限情况下，如需求功率超过了蓄电池的最大功率调节能力时，才会调整发动机的工作点。节能力时，才会调整发动机的工作点。第五节 电动汽车的研究33五、实例分析第五节 电动汽车的研究34第五节 电动汽车的研究35例例230123/4518.24518.24518.2/nTbb nb nb nnmmmmmm

24、1146Nm2000r m in2000r m in7200r m in527.4470b165465. 01b421060772. 3b931061349. 3b六、电动汽车的动力性计算某电动大客车使用的电动机性能如下：某电动大客车使用的电动机性能如下：Tm电动机转矩（电动机转矩（ ）；）；nm 电动机转速（电动机转速（r/min）。）。拟合公式系数如下拟合公式系数如下 电动机自带减速器，速比电动机自带减速器，速比 =2.93；电动机的最高转速为；电动机的最高转速为7200r/min。第五节 电动汽车的研究miN m36参数参数数值数值参数参数数值数值整车满载总质量整车满载总质量/kg17000 旋转质量换算旋转质量换算系数系数1.29迎风面积迎风面积A/m27.95 电动机及其控电动机及其控制器效率制器效率mc0.90空气阻力系数空气阻力系数CD0.7主减速比主减速比i06.2滚动阻力系数滚动阻力系数f0.0076+0.000056ua 蓄电池组总能蓄电池组总能量量EB/（ ）180车轮滚动半径车轮滚动半径0.475 蓄电池的平均蓄电池的平均放电效率放电效率q0.95传动系总效率传动系总效率T0.92电动大客车的基本参数电动大客车的基本参数第五节 电动汽车的研究kW hr/m