《电动汽车驱动与控制技术》课件 第1章 绪论

课程简介

《电动汽车驱动与控制技术》是面向当前我国汽车产业的最新发展趋势，围绕长安大学的学科优势与特色，基于自动化专业的人才培养目标开设的一门专业方向课程。通过本课程的学习，使学生系统的了解电动汽车驱动系统的基本结构和工作原理，理解电动汽车常用驱动电机的工作原理及基本控制技术，了解电动汽车常用的功率变换技术，掌握电动汽车驱动系统的控制方法以及仿真方法。参考教材杨盼盼，龚贤武，林海，于雅鑫.电动汽车驱动与控制技术，机械工业出版社，2022.王志福，张承宁等.电动汽车电驱动理论与设计，机械工业出版社，2019.王庆年，曾小华.新能源汽车关键技术，化学工业出版社,2017.徐国凯,赵秀春,苏航.电动汽车的驱动与控制，电子工业出版社,2010.章节安排第1章绪论第2章电动汽车基本结构与工作原理第3章电动汽车驱动电机技术第4章电动汽车功率变换技术第5章电动汽车驱动控制技术第6章电动汽车仿真技术实验1电动汽车车速-电流双闭环控制实验实验2基于MATLAB/Simulink的电动汽车整车仿真实验实验3基于ADVISOR的电动汽车整车仿真实验理论授课环节实验环节上课要求及考核方式上课要求

不迟到、不早退、认真听课、按时完成作业。课程考核

采用平时成绩、课程实验和期末考试相结合的综合考核办法，平时成绩包括听课情况和作业完成情况，共占20%；实验成绩占20%；期末考试采用闭卷笔试，占60%。课程总成绩=期末成绩60%+实验成绩20%+平时成绩20%本章内容1.1电动汽车发展背景及意义1.2电动汽车的分类1.3电动汽车的发展概况1.4电动汽车驱动与控制系统第一章绪论1.1电动汽车发展的背景及意义1.1.1电动汽车发展的背景需求汽车大量使用的两大突出问题：能源危机和环境恶化。截止2022年，世界主要汽车市场中，美国汽车保有量为2.832亿，中国3.021亿，日本为0.791亿，德国0.529亿，意大利0.461亿，法国0.463亿元，俄罗斯0.535亿，巴西0.472亿。2009年，中国汽车以300万辆的优势超越美国成为世界第一产销大国，之后一直保持每年2000万辆以上的增长态势。1.1电动汽车发展的背景及意义石油是有限的资源。按现在全球每天保守的0.8亿桶耗速,世界石油储量可供全球消费54年。2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口,2050年的供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。随着汽车保有量的增长,石油的供应日趋紧张。世界目前汽车保有量超10亿,2050年保有量据估将达25亿。2001年交通领域消耗全球57%的石油资源,预计2020年将达62%以上。1.能源危机2012年我国汽车产销双双突破1900万辆,成为世界第一大汽车生产国和第一新车销售市场。2021年超越美国，成为汽车保有量最多的国家。国际能源署2014年在《全球能源展望》中称,中国石油消耗将在20年内超过美国成为全球最大的石油消费国。中国面临的能源安全问题十分严峻。中国2017年石油进口比例达到了70%,2030年80%需要依靠进口。随着我国汽车保有量的增加,推行交通能源转型势在必行,发展新能源汽车是重要举措之一。1.1电动汽车发展的背景及意义2.环境恶化汽车尾气排放：污染环境(光化学烟雾、硫酸烟雾、酸雨、臭氧层破坏)。据统计，全球大气污染42%源于交通车辆产生的污染，一些城市已达到70%以上。汽车尾气排放：加重雾霾，影响健康。中国最大的500个城市只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，世界上污染最严重的城市多个在中国。严重的雾霾天气，严重影响了人们的身心健康和日常出行，而机动车排放是雾霾形成的重要因素之一。1.1电动汽车发展的背景及意义化石能源的大量消耗产生的CO2排放带来全球变暖问题。汽车CO2总排放量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨，对地球环境造成了巨大影响。2009年CO2实际排放量距法定目标仍有差距,只有通过新技术才能使汽车排放量达标。我国目前已成为世界第二大CO2排放国。应对能源紧张与环境污染,节能减排是汽车技术发展创新的潮流。世界主要国家的CO2排放情况各国制定的2015或2016年法定减排目标及2009年实际排放量1.1电动汽车发展的背景及意义1.1.2发展电动汽车的意义虽然汽车工业发展面临着能源危机和环境污染两大主要问题，但汽车在社会发展中的地位仍无法被撼动。汽车已成为日常生活中不可或缺的重要组成部分。汽车的普遍使用，改变了经济社会结构，改善了人们的生活质量，促进了经济发展。汽车工业能够创造巨大的产值，汽车工业的繁荣是一个国家工业整体实力的综合体现。一个国家的汽车发展水平在一定程度上反映了国家的工业发展水平，一定程度上代表了其核心科学技术的竞争力。当前世界各国在汽车领域内的竞争，实际上就是各国核心科学技术的竞争。1.1电动汽车发展的背景及意义1.电动汽车可以较好地解决汽车对城市环境污染的问题电动汽车本身不排放有害气体。所用电力可以来自对大气不造成污染的能源，如水能、核能、风能、地热、潮汐等。即使是用煤发电，有害气体排放也比内燃机汽车少。电动汽车噪声低。2.电动汽车可以摆脱汽车对石油资源的依赖电动汽车可不依赖石油资源，充分利用水能、核能、太阳能等能源转化。1.1电动汽车发展的背景及意义3.电动汽车可以节约大量能源电动汽车驱动电机效率能达90%以上。可利用晚间富余的电力进行充电，从而避免大量富余电力的浪费，提高电网电能的利用率。电动汽车还可在减速、制动和下坡时，将电动机转换为发电机，实现能量回馈，进一步提高能量的利用率。电动汽车的发展需要在电池技术、电动机控制、充电设施等领域进行技术创新，有助于提高整个社会的科技水平。1.1电动汽车发展的背景及意义4.电动汽车可以促进技术创新2009年工信部出台的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，再一次对新能源汽车做出了明确的定义：

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。1.2电动汽车的分类新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、氢发动机汽车、其它新能源汽车等。

区别于使用常规燃料（汽油或柴油）的传统汽车和其它新能源汽车，电动汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，依靠电动机驱动行驶，且符合道路交通、安全法规各项要求的汽车。

电动汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。1.2电动汽车的分类

纯电动汽车（BatteryElectricVehicle，BEV）是一种采用单一蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶的电动汽车。1.2.1纯电动汽车1.2电动汽车的分类特斯拉Model3比亚迪

汉小米SU7特点：纯电动汽车以清洁的电能作为能源，不会产生有害气体，也不会产生CO2等温室气体，基本可以实现“零排放”。相比于内燃机汽车，结构简单，运转和传动部件少，使用维修方便，并且维修保养工作量小。驱动电机在工作过程中产生的噪声也远小于传统汽车内燃机的噪声，大大提高了汽车的乘坐舒适性。但是当前的纯电动汽车动力电池成本较高，并且寿命较短，无法达到理想的续航里程。1.2电动汽车的分类混合动力汽车（HybridElectricVehicle，简称HEV）是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。2003年，联合国将“混合动力汽车”的定义规定为，混合动力汽车是“为了推动车辆的革新，至少拥有两个能量变换器和两个能量储存系统（车载状态)”的车辆。

当前研发的混合动力汽车，多采用电机作为主要动力或者作为辅助动力。1.1.2混合动力汽车1.2电动汽车的分类混合动力汽车是在传统汽车的基础上发展起来的产物，不但拥有传统内燃机汽车的特点，同时与传统汽车相比，经济性良好是其突出的优点，混合动力汽车可以在传统汽车的基础上实现节油30%~50%。混合动力汽车的核心技术是其混合动力系统：

一般分为普通混合动力汽车、插电式混合动力汽车和增程式混合动力汽车.

同时根据其传动系统的拓扑结构或者动力总成配置和组合方式的不同，混合动力汽车可以分成串联式、并联式以及混联式三种类型。1.2电动汽车的分类1997年丰田公司推出普锐斯(Prius)，是世界上第一款也是最成功的普通混合动力汽车。普锐斯采用1.5L汽油发动机可以实现28km/L的燃油目标；相比于传统汽车，CO2排放量减少50%，而CO和氮氧化物的排放量仅为传统车的10%。1.2电动汽车的分类属于混联式构型，采用THS(ToyotaHybridSystem)系统，通过行星齿轮装置的作用，可以实现功率分流与无级变速的功能。普通混合动力汽车插电式混合动力汽车（Plug-inHybridElectricVehicle,PHEV）或称可外接充电式混合动力电动汽车，是指可以使用电力网对动力电池进行充电的混合动力电动汽车。1.2电动汽车的分类插电式混合动力汽车BMW330e比亚迪唐奥迪Q5TFSIePHEV介于纯电动和普通混合动力汽车之间，里程短时采用纯电动模式，里程长时采用以内燃机为主的混合动力模式。燃油经济性、排放等进一步提高，解决了纯电动车续航里程不足的难题。在纯电动车车载动力电池技术未1.2电动汽车的分类取得突破性进展前，PHEV是一种由混合动力汽车向纯电动汽车发展的良好过渡方案。比亚迪秦双模混合动力系统组成增程式混合动力汽车是在纯电动汽车的基础上开发的。与纯电动汽车类似，也是依靠车载电池为电机提供能量驱动，但通过为车辆追加增程器，可以进一步提升纯电动汽车的续航里程，尽量避免频繁地停车充电。增程器主要是由一台经过特殊标定的、可在最高燃油效率运转模式下运行的小排量汽油机或柴油机发电机组。其运行模式可以根据需要处于纯电动模式、增程模式，也是介于纯电动汽车和混合动力汽车之间的一种过渡车型。理想L71.2电动汽车的分类增程式混合动力汽车燃料电池汽车(FuelCellVehicle,FCV)使用燃料电池作为能源。燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的发电装置。氢燃料电池零排放，当前研究的重点主要是氢燃料电池。1.2.3燃料电池汽车丰田燃料电池汽车

与内燃机汽车相比,燃料电池电动汽车是直接将化学能转化为电能,利用电机驱动,不经过燃料的燃烧过程,能量转换效率较内燃机高2-3倍。1.2电动汽车的分类特点：无污染:用氢能作为能量来源,几乎不产生有害气体；效率高:燃料电池汽车直接将化学能转化为电能,中间不经过传统内燃机汽车的燃烧过程,因而具有较高的能量转化效率；低噪声:燃料电池比传统的内燃发动机噪声小;

燃料来源多样:除了氢,还可以采用甲醇、天然气等常见燃料。1.2电动汽车的分类存在的问题：氢作为主要燃料对安全性要求很高。多个单体燃料电池组合成为燃料电池组时，为了防止氢气泄漏，对密封要求高，使制造工艺与维修变得复杂。造价高：目前最有发展前途的质子交换膜燃料电池，需要用贵金属铂作为催化剂。需要配备辅助电池系统，无法进行充电和能量回收。1.2电动汽车的分类1.3电动汽车发展概况1.3.1电动汽车的发展历史1.第一次发展机遇1859年，法国人普兰特发明了第一块铅酸蓄电池。1873年，英国人罗伯特·戴维逊制造可供实用的电动汽车。1881年，法国工程师居斯塔夫·特鲁维研发了全世界第一台可工作用的三轮电动汽车。1890年，美国人威廉·莫里森在的爱荷华州制造了美国第一辆电动汽车，时速可达23km/h。1899年，法国人考门·吉纳驾驶一辆以双电动机为动力的44kW后轮驱动电动汽车，创造了时速106km/h的记录。1.3电动汽车发展概况1881年，法国电气工程师居斯塔夫·特鲁维制造的世界上第一辆以铅酸电池为动力的电动三轮车1899年，德国人费迪南德·波尔舍发明的Loner-Porsche电动车1902年，费迪南德·波尔舍发明的混合动力汽车SemperVivus1884年，英国发明家托马斯·帕克发明的电动汽车19世纪末20世纪初是电动汽车的鼎盛时期。1890年，电动大客车就已经在法国和英国的街道上行驶；1890年全世界共有4200辆汽车，其中有38%为电动汽车，40%为蒸汽机汽车，22%为内燃机汽车；1900年美国生产了15755辆电动汽车，而蒸汽机汽车和内燃机汽车却分别只有1684辆和936辆；1911年，在法国巴黎和英国伦敦的街头已经有运营的电动出租车出现；1912年，美国至少有34000辆电动汽车在运行；1915年，美国的电动汽车年产量已达到5000辆。1.3电动汽车发展概况进入20世纪以后，电动汽车逐渐萎缩。当时的蓄电池性能太差，电动汽车的成本太高，而续驶里程太短。油田的大量开发提供了廉价石油，降低汽油车的使用成本。到20世纪20年代，燃油车的改进，完善的道路基础设施，价格合理的汽油的广泛应用，续航能力更强，在各方面都超越了电动汽车。电动汽车在20世纪初之后便逐渐开始失去其在汽车市场的地位，也慢慢的退到历史幕后很长一段时间。1.3电动汽车发展概况1.3电动汽车发展概况2.第二次发展机遇从20世纪60年代中期以来，世界各国汽车保有量急剧上升，内燃机汽车的废气排放逐渐成为公害，对空气污染逐渐成为社会关注的问题。20世纪70年代，世界性的能源危机和石油短缺问题出现，使人们又想起可不用石油资源的电动汽车。美国、英国、法国、德国、意大利和日本等汽车工业发达国家都开始发展电动汽车。1959年，美国汽车公司（AMC）和Sonotone公司宣布联合研究，考虑生产一种由“自充电”电池供电的电动汽车。1.3电动汽车发展概况1966年Enfield8000进入了小规模生产，最终生产了112个。1967年，AMC又与GultonIndustries合作开发了一种基于锂的新电池和由VictorWouk设计的速度控制器。1967年，日本成立了日本电动汽车协会以促进电动汽车事业的发展。1971年，日本通产省制定了《电动汽车的开发计划》。石油价格在20世纪70年代末开始下跌，在电动汽车还未成为商业化产品之前，能源危机和石油短缺问题已不再严重。电动汽车又遭遇了冷落，电动汽车的发展又走入了低谷。1.3电动汽车发展概况3.第三次发展机遇20世纪80年代以来，随着全球汽车保有量的不断增加，内燃机汽车排出的有害气体对人类健康及生命的影响日益突出，并且内燃机汽车需要消耗大量的石油资源。于是，人们又想起了无须消耗石油资源也不会对空气造成污染的电动汽车，电动汽车又进入了较快的发展时期。在这一时期，世界各国政府都纷纷推出相关的政策和计划，大力扶植和鼓励电动汽车的开发和使用，如日本政府的2000年电动汽车普及计划、美国政府主导的电动汽车研发计划（PNGV计划和FreedomCAR计划）、欧盟电动汽车相关的发展计划和中国政府的电动汽车重大专项等。1.3电动汽车发展概况世界各大汽车公司纷纷投人大量的人力和资金，研究与开发的新型电动汽车不断涌现，不仅有以蓄电池为车载电源的电动汽车，而且将混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车列为研发的重点。2004年特斯拉汽车公司开始研发特斯拉跑车，使用松下研发的锂离子电池。2008年Roadster首次交付给客户，是全球首辆一次充满电行驶320公里(200英里)以上的全电动汽车。1.3电动汽车发展概况1.3.2国内外电动汽车的研发与发展现状1.国内外电动汽车的研发计划美国：PNGV计划主要由商务部负责组织协调，联合国防部、能源部、运输部、环保署、宇航局及国家科学基金会等联邦政府机构和三大汽车公司(通用、克莱斯勒、福特)共同组织实施。1.3电动汽车发展概况

FreedomCAR计划于2002年由布什政府提出，其主要目标是：开发出无污染、燃料能量转换效率高、成本具有竞争力、燃料添加方便的燃料电池电动汽车；开发出排放达到或低于排放标准、成本具有竞争力的内燃机电动机混合动力电动汽车，2015年美国成为全球第一个电动汽车数量过百万的国家。2016年，奥巴马政府宣布了推动电动汽车产业发展的一揽子计划，包括政府和科研机构等46个利益相关方共同签署了“推动电动汽车和充电基础设施指导原则”。其联邦政府已经以法律法规的形式确立了发展电动汽车的战略定位，并且各州政府也制定了促进电动汽车产业化的政策法规。1.3电动汽车发展概况欧盟：

欧盟各国一直高度重视温室气体排放问题，该问题也是其制定电动汽车相关发展计划的重要考虑因素，包括FP系列计划、欧洲燃料电池研究发展计划、欧盟燃料电池巴士示范计划和欧洲电动汽车城市运输系统计划等。从20世纪80年代开始，欧洲共同体投入大量资金，组织多方力量，开展了多期FP计划，对“能源、环境可持续发展”进行了更加深入的研究。欧洲燃料电池研究发展计划对电力生产燃料电池、各种运输车辆和船舶用燃料电池、便携式燃料电池和偏远地区特殊用途燃料电池进行了示范应用。1.3电动汽车发展概况欧盟燃料电池巴士示范计划围绕欧洲清洁城市运输和欧洲生态城市运输系统两大项目展开，并通过大巴改装的燃料电池大客车作为示范运行车，选择了不同气候环境和不同使用条件的8个国家中的10个城市进行示范运营。欧洲电动汽车城市运输系统计划以法国雪铁龙Berlingos牌电动汽车为基本车型，通过建立城市运输中心进行货物和包裹的集散运输工作，选择了63辆纯电动汽车和混合动力电动汽车进行评估工作，对电动汽车城市运输系统的效率和环境影响进行评估。2008年金融危机以后，欧盟各国将汽车产业的发展重心转移到纯电动汽车领域。欧盟从不同层面颁布一系列纯电动汽车发展计划，指引欧洲各国纯电动汽车的发展。法国作为纯电动车研发与应用最早的国家之一，推出比较有代表性的车型是电动标致106车型，该车已经在政府部门拥有大量的用户，计划到2020年推广200万辆电动汽车。2011年德国政府提出了第六能源研究计划，确立了能源发展的两大重点研究方向：“可再生能源研究”和“提高能效研究”。1.3电动汽车发展概况日本：日本的电动汽车研发计划主要有低公害汽车开发普及行动计划、JHFC示范工程和专项研究计划等。低公害汽车开发普及行动计划包括已处于实用阶段的低公害汽车和燃料电池汽车等下一代低公害汽车。处于实用阶段的低公害汽车是指压缩天然气汽车、纯电动汽车、混合动力电动汽车、甲醇汽车、低功耗且低排放的认证车等5种，其目标是处于实用阶段的低公害汽车在2010年前尽快普及，达到1000万辆以上；燃料电池汽车等下一代低公害汽车是指燃料电池汽车和通过技术创新、采用新燃料或新技术能减轻环境负荷的车辆。1.3电动汽车发展概况JHFC示范工程由日本经济产业省负责实施，在2002-2005年示范应用“燃料电池汽车示范研究”和“燃料电池用氢供给设施示范研究”两大工程。专项研究计划是针对电动汽车某项技术的研究计划，包括燃料电池汽车等电动汽车用锂电池技术、氢能利用技术、质子交换膜燃料电池系统技术等。1.3电动汽车发展概况中国：中国电动汽车的研究始于20世纪60年代，但当时的研究开发工作都是零散和小规模的，投入也很少。自1980年开始，国内开始掀起电动汽车的研究热潮，电动汽车被国家列为“八五”、“九五”科技攻关项目，国内一些科研院所和生产企业相继开始研究电动汽车，并取得了一些成果。2001年，国家科技部在863计划中，设立了电动汽车重大专项，确定了“三纵三横”的研发布局及其组织管理模式。1.3电动汽车发展概况1.3电动汽车发展概况电动汽车重大专项“三纵三横”的研发布局及其组织管理模式1.3电动汽车发展概况“三纵”以纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池汽车三种车型的整车为主导，“三横”是指多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术，“三纵”带动“三横”，关键材料和零部件研发紧密结合，基础设施协调发展，政策、法规和技术标准同步研究。国家科学技术部组织实施的国家重点基础研究发展计划(973计划)中，也设立了电动汽车专项，致力于氢能的规模制备、储运及相关的燃料电池基础研究。1.3电动汽车发展概况《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》分别将“低能耗与新能源汽车”和“氢燃料电池技术”列入优先主题和前沿技术。2007年发布实施《新能源汽车生产准入管理规则》，将电动汽车正式纳入国家汽车新产品公告管理。2008年北京奥运会应用了500多辆自主研发的电动汽车，发挥了大规模的示范作用。1.3电动汽车发展概况2、国内外电动汽车技术与发展现状（1）纯电动汽车

作为解决石油资源匮乏问题和汽车对环境污染问题的最佳方案之一，纯电动汽车已被世界各国重点关注。车型动力电池组驱动电动机最高车速/(km/h)续驶历程/km类型性能类型功率/kw通用EV1镍氢343V，77A

h交流100128200福特Ranger铅酸312V交流67128144奔驰Aclass-EVZcber202V，58KW交流50130200雪铁龙SAXO镍镉120V，13KW直流2090100菲亚特ZIC镍氢216V，50A

h永磁50100160标志QCCS106EV镍镉120V直流20110200丰田RAV4-EV镍氢288V永磁45125220本田Plus-EV镍氢288V永磁49130350日产FEV-II锂离子1000A

h交流55120200产品名弥长

宽

高(mm)整备质量/kg最高车速(km/h)最大爬坡度(%)续驶里程/km电池种类电动机种类主要研制单位2022款唐EV4900×1950×1725256018055635刀片电池交流永磁同步电机比亚迪汽车有限公司汉EV创世版4995×1910×1495210018530610刀片电池交流永磁同步电机宋PLUSEV4705×1890×1680192016035505刀片电池交流永磁同步电机Model34694

1850

1443176122530556磷酸铁锂电池永磁/同步特斯拉中国ModelY1750

0621

1624192921730545磷酸铁锂电池永磁/同步2022款eDrive35L487218461481202918030526三元锂电池他励同步电机华晨宝马小鹏G9489119371680219020030570磷酸铁锂电池永磁/同步小鹏汽车近年研制的部分纯电动汽车的技术参数1.3电动汽车发展概况（2）混合动力汽车1.3电动汽车发展概况1997年，丰田公司推出了混合动力轿车Prius。此外，还在几款品牌车型上开发了混合动力类汽车，如RAV4、皇冠、雷克萨斯、凯美瑞等。1998年，本田公司推出了轻度混合动力汽车Insight，成为第一个成功在北美销售的混合动力车型。1998年，美国通用汽车公司开发出了EV1型混合动力汽车。福特汽车公司较成功的混合动力车型主要有Escape、Edge和Fusion等。2008年，比亚迪推出了比亚迪F3DM插电式混合动力汽车。欧洲的混合动力汽车研发则主要在德国和法国。奥迪、宝马、雷诺及PSA集团都开发了混合动力车型。我国的混合动力电动汽车的研发与竞争也是空前激烈。除合资公司相继引进国外相应的混合动力车型外，在国家“863”计划电动汽车重大专项的资助和企业的推动下，我国各汽车公司都在开发自主品牌的混合动力汽车。

较为成功的混合动力品牌主要有：比亚迪旗下的秦、唐、宋混合动力车型奇瑞汽车旗下的瑞虎7、艾瑞泽5e混合动力车型吉利汽车旗下的缤越、博越、缤瑞混合动力车型广汽集团旗下的传祺GS4PHEV、传祺GA4PHEV混合动力车型上汽集团旗下的名爵HS、荣威eRX5混合动力车型众泰汽车旗下的众泰T700PHEV、众泰E200EV混合动力车型1.3电动汽车发展概况1.3电动汽车发展概况（3）燃料电池电动汽车美国通用汽车公司在1968年生产出了世界上第一辆以燃料电池为电源的电动汽车。1993年，加拿大Ballard公司研制出了以质子交换膜燃料电池为动力的燃料电池公共汽车。1994年，克莱斯勒公司推出了NECARI(NewElectricCarⅠ)燃料电池轿车。1999年，重组后的戴姆勒-克莱斯勒公司研制出了第四代燃料电池车VECAR4，这种5座轿车最高时速可达145km/h。1.3电动汽车发展概况美国通用汽车公司于2000年成功推出了“氢动一号”氢燃料电动汽车。2001年，日本丰田汽车公司推出了FCHV-3运动型多功能汽车(SUV)。2001年6月，丰田汽车公司又推出了FCHV4型燃料电池电动汽车。2002年，美国通用汽车公司又推出了Hy-wire燃料电池电动汽车。随后，丰田汽车推出了名为Mirai的一款四座位燃料电池轿车，本田推出了名为ClarityFuelCell的一款五座位燃料电池轿车，奥迪的h-tronquattroconcept和奔驰的GLCF-CELL均为燃料电池汽车。1998年，清华大学与北京世纪富原燃料电池公司合作研制出我国第一辆PEM-FC型8座小型电动车。上汽、同济大学等研究开发了三代“超越”系列燃料电池轿车动力系统平台和示范样车。北京清华能通公司与清华大学等共同研发出了“清能1号”燃料电池城市客车。一汽、东风、长安、奇瑞等汽车公司也竞相开发出了混合动力汽车性能样车。2020年，比亚迪推出了“比亚迪汉燃料电池版”的车型。1.3电动汽车发展概况1.3.3电动汽车的发展前景与关键技术目前全球石油产量1/3以上用于汽车燃料消费，美国这一比例高达75%，中国预计2020年会增至57%。荷兰、挪威两国宣布将在2025年全面禁止传统燃油车的销售，德国也通过了2030年停售燃油车的提案，英国和法国也宣布将于2040年全面停售燃油车。国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》:中国电动汽车生产能力到2020年将达到200万辆,保有量将达到500万辆,约占全球电动汽车总量的40%～50%。1.电动汽车的发展前景1.3电动汽车发展概况2024年产量1288.8万辆，保有量3140万辆纯电动电动汽车：对电池组要求较高，有成本高、续驶里程短、充电时间长、电池电解液污染等问题。燃料电池电动汽车：成本高、氢的储存和运输存在技术问题，因此应用很少。混合动力电动汽车：是目前产业化率较高的电动汽车。但是，混合动力电动汽车不能实现零排放，仍然需要消耗石油资源，因此，混合动力电动汽车不可能是长期发展的目标。美国、日本等国家早已将纯电动汽车和燃料电池电动汽车作为产业化的重点，这也是未来电动汽车的发展方向。我国以纯电动汽车作为汽车工业转型的主要战略趋向，重点推进纯电动汽车、插电式混合动力汽车的产业化，同时继续开展燃料电池技术的研究。1.3电动汽车发展概况我国新能源汽车产业发展线路全景图1.3电动汽车发展概况（1）车载电源锂基电池如锂离子电池和锂聚合物电池将会有很好的应用前景；超级电容器和超高速飞轮由于其高的比功率将也有希望用于电动汽车；燃料电池能从根本上解决电动汽车续驶里程短的问题，被公认为是目前电动汽车最重要的能源之一。1.3电动汽车发展概况2.电动汽车的关键技术锂电池虽有较高的比能量，其比功率却较低；而超级电容器和超高速飞轮虽具有较高比功率，但其能量密度很低。因此，为了满足电动汽车的应用需求，可采用多能源系统即混合动力系统提供动力。电动汽车电动机及控制器的基本要求是：起动转矩大且具有较宽的恒功率范围；

功率密度高；

具有较大的转速范围(足以覆盖恒转矩区和恒功率区)；

具有快速的转矩响应特性；

在转矩/转速特性的较宽范围内具有高的效率；

再生制动时的能量回收效率高；

在各种工作环境下的工作可靠性好，且工作噪声小；

结构尺寸小，重量小，成本低。1.3电动汽车发展概况（2）电机驱动与控制技术直流电动机在电动汽车发展的早期，大部分的电动汽车都采用直流电动机作为驱动电机。这类电机技术较为成熟，控制方式容易，调速优良，曾经在调速电动机领域内有着最为广泛的应用。但是直流电动机机械结构复杂。此外，电动机运转时电刷冒出的火花使转子发热，浪费能量，散热困难，也会造成高频电磁干扰，影响整车性能。由于直流电动机有着以上缺点，目前的电动汽车已经基本将直流电机淘汰。1.3电动汽车发展概况交流异步电动机交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步机是目前大功率电动汽车上应用最广的电机。但在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高。相比较于永磁式电动机和开关磁阻电机而言，异步电机的效率和功率密度偏低，对于提高电动汽车的最大行驶里程不利。1.3电动汽车发展概况永磁式电动机永磁式电动机的控制系统相比于交流异步电机的控制系统来说更加简单。由于受到永磁材料工艺的限制，永磁式电动机的功率范围较小，一般最大功率只有几十千万。同时，转子上的永磁材料在高温、震动和过流的条件下，会产生磁性衰退的现象，所以在相对复杂的工作条件下，永磁式电机容易发生损坏。永磁材料价格较高，因此整个电机及其控制系统成本较高。1.3电动汽车发展概况开关磁阻电机开关磁阻电机作为一种新型电机，结构最为简单，具有结构简单坚固、可靠性高、质量轻、成本低、效率高、温升低、易于维修等诸多优点。它具有直流调速系统的可控性好的优良特性，同时适用于恶劣环境，非常适合作为电动汽车的驱动电机使用。20世纪80年代后期和90年代，转差控制、矢量控制、直接转矩控制等交流电动机的调速技术日趋成熟，交流电动机驱动系统在电动汽车上的应用逐渐增多。近年来