新能源汽车技术概论课件：纯电动汽车

新能源汽车技术概论Newenergyvehicle

纯电动汽车Newenergyvehicle任务1纯电动汽车概述知识目标1.了解纯电动汽车的典型特征。2.了解纯电动汽车的关键技术及发展趋势。能力目标1.能够正确的描述纯电动汽车的典型特征。2.能够分析纯电动汽车的核心技术。素养目标1.培养学生不断开拓的创新精神。2.培养学生的语言组织和沟通能力。任务1纯电动汽车概述1.纯电动汽车的分类

纯电动汽车是一种完全依靠电力驱动的汽车，它不依赖于传统的内燃机，而是通过车载可充电电池提供电能，通过电动机驱动车轮行驶。纯电动汽车具有零排放、低噪声、结构简单等优点。它们的能量转换效率高，运行成本低，维护简单，且能够利用电网的非高峰时段进行充电，有助于电网的高效利用和电压稳定。

纯电动汽车按照用途不同，可分为纯电动轿车、纯电动客车和纯电动货车；

按照使用的电池种类不同，可分为用铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池提供动力源的纯电动汽车；

按照驱动方式分，纯电动汽车有前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动。其中后轮驱动是目前纯电动汽车广泛应用的驱动方式。后轮驱动按照布置形式，又可分为中央电机驱动、双电机驱动、轮毂电机驱动、轮边电机驱动等：任务1纯电动汽车概述2.纯电动汽车的特点纯电动汽车与传统燃油汽车相比，在环境保护、能源效率和技术创新方面具有明显优势：零排放：纯电动汽车采用动力电池组及电机驱动动力，在运行过程中不产生尾气排放，有助于减少空气污染和温室气体排放。能源效率高：电动汽车的能量转换效率通常高于燃油汽车，因为它们的能量损失较少，且能量转换过程中的热损失较低。低噪音：由于没有内燃机，纯电动汽车在运行时的噪音水平较低，有助于减少城市噪音污染。动力性高：电动机可以提供即时的最大扭矩，使得纯电动汽车具有出色的加速性能。使用成本低：电动汽车成本低廉，能量利用效率高。以长安逸动EV460为例，每百公里耗电9.4度，需电费6元左右，而普通燃油轿车每百公里需油费50元左右，使得纯电动汽车的使用成本很低。动能回收：纯电动汽车通常配备有再生制动系统，可以在制动时回收能量，提高能源利用效率。智能化与互联性：纯电动汽车更容易集成先进的驾驶辅助系统和互联网功能，如自动驾驶技术、远程监控和诊断等。任务1纯电动汽车概述2.纯电动汽车的特点但纯电动汽车仍然存在技术方面的不足，在商业化过程中也面临着一些挑战：续航里程不足：纯电动汽车的续航里程受到电池容量的限制，很难满足用户大里程、长时间的行驶需求。不仅如此，续航里程还受其他多种因素的影响，比如，开车过程中使用空调、座椅加热等用电设备，尤其在低温天气，纯电动汽车续航里程严重缩水。充电时间长：以蔚来标准续航电池包为例：使用家用慢充桩充电完成大约需要11.5个小时，使用家用快充桩，也需要4个小时才能完成充电，这使得纯电动汽车补能缓慢，加剧了部分用户的里程焦虑。电池更换成本高：纯电动汽车的动力电池寿命有限，更换电池费用高，大大提高了纯电动汽车的使用成本。且在寿命范围内，动力电池存在衰退现象，即电池容量减小，同样充满电后，能够行驶的里程大大缩短。配套充电资源缺乏：一是公共充电桩设施缺乏。城市社区和城乡道路公共充电桩缺失，某些充电桩设置地点过于偏僻隐蔽，最终成了“僵尸桩”。二是很多老旧小区电网不具备安装充电桩条件。相比传统燃油汽车全国加油站的便捷性,充电难是制约电动汽车发展的重要因素，直接影响了消费者对电动汽车的接受程度。任务1纯电动汽车概述3.纯电动汽车的发展历史与现状1834年，美国发明家托马斯达文波特（ThomasDavenport）于设计并制造出世界上第一台可以真正行驶起来的纯电动车，该车的亮点在于采用了一台直流电机作为驱动车辆的动力。但该车无法充电,只能行驶很短的一段距离。1881年，法国人古斯塔夫·特鲁夫（GustaveTrouve）发明可充电铅酸电池电动车，纯电动车有了突破式的进展。1899年德国人波尔舍发明了一台轮毂电动机，目的是用来代替当时内燃机汽车上使用的链条传动，通过这项发明纯电动车Lohner-Porsche也正式面世。纯电动车Lohner-Porsche

任务1纯电动汽车概述3.纯电动汽车的发展历史与现状 19世纪末至20世纪初，在欧美等发达国家的新兴城市里，马车和自行车等交通工具已逐步被电动车和内燃机车所取代。电动车变得流行起来，并进入了一个商业化的发展阶段。该时期也成为早期电动车发展的全盛时期。纯电动汽车第一次达到生产高峰，占领了40%的汽车市场。后来由于电子启动器的发明以及纯电动汽车动力性差的原因，在30年代中期结束了早期的纯电动汽车生产而进入燃油汽车的黄金时期。

随着1974年-1975年和1979年-1982年欧美两次能源危机，纯电动汽车的研制重新进入高峰。这一阶段汽车电力电子学尚未建立，既没有完善的科学理论做指导，更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置。特别是当时储能电池技术尚未发展，仅有铅酸蓄电池可供使用，然而铅酸蓄电池体积大、质量重，能量密度小、功率密度低，充电时间长，每次充足电后续驶里程较短，再加上电力传动系统的制造成本过高等因素，1997年后绝大多数公司放弃了对纯电动汽车的研发。任务1纯电动汽车概述3.纯电动汽车的发展历史与现状

第二代纯电动汽车的出现，是以高能量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等汽车电力电子学的最新发展为基础的。与第一代纯电动汽车相比，它已经在充电时间、续驶里程、动力性、快速充放电能力等方面取得了可喜的进展。

近年来，全球电动汽车市场正以更快的速度成长，电动汽车产销量均有明显提升。美国、欧盟、中国、日本在全球电动汽车市场中位居前列。世界主要国家政府都制定了电动汽车中长期发展战略规划，预计电动汽车市场会在未来10年内持续增长。国内汽车市场在政策的加持下，比亚迪、蔚来、理想、小鹏等新能源汽车品牌迅速成长。纯电动汽车的发展带动了国内自主汽车品牌的崛起，增强了国产汽车品牌的影响力，扩大了汽车出口量，同时推动了国内电池、电机、电控等关键技术上的研究发展，成为拉动经济发展的新的增长点。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势1.电机高速化提升电机的功率重量密度和功率体积密度，使电机重量减轻，是行业未来发展趋势，也是降低驱动电机产品成本的有效方式。提升电机转速，则对电机的设计提出了更高的要求，轴承选型、电机散热、转轴材料、定转子硅钢片材料、电磁仿真、机械强度仿真、热仿真、公差计算匹配等等都变的更有挑战性。近年来不论是国内还是国外的产品，电机的最高转速都在不断的提升过程中。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势2.电机扁线化扁线电机，即采用扁平铜包线绕组定子的电机，如图5-3所示。与普通圆漆包线绕组相比，扁线绕组在相同的体积下，具有能量密度更高，电机效率更高的特点。其优点包括：更高的槽满率：相比传统圆线电机，裸铜槽满率可提升20%~30%，有效降低绕组电阻进而降低铜损耗；散热性能更好：扁线形状更规则，在定子槽内紧密贴合，热传导效率更高，提升电机峰值和持续性能；更短的端部尺寸：相比圆线电机绕组端部尺寸更短，端部总高度短5~10mm，有效降低端部绕组铜耗；更小的振动噪声：扁线结构绕组有更好的刚度，同时扁线绕组通过铁芯端部插线，电磁设计上可以选择更小的槽口设计，有效降低齿槽转矩脉动。扁线电机

任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势3.系统集成化电驱动系统集成化是未来确定性的趋势，同时集成化产品也增加了行业的进入壁垒。集成化程度更高的产品优势包括：机械结构方面：壳体、轴等部件上的集成化能够减少使用零件的个数与部件的重量，节省成本；电气方面：大三电集成能够减少控制器与电机相连三相线的长度，既提升了效率也节省了线束成本，密闭的壳体空间内使电磁兼容方面的性能也能够提升；小三电方面共电路板设计也能够降低成本和产品体积；系统层面：集成产品能够由一家公司供应，可在最初始阶段就进行优化设计达到系统的成本最优，节省成本和空间，在整车装配更迅速快捷。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势4.固态电池

固态电池以固态电解质替代易燃的电解液，同时兼容更好性能的正负极材料，可大幅提升锂电池能量密度，兼具高安全与高能量密度，成为全面提升锂电池性能的必然选择。上汽、蔚来等车企陆续发布搭载固态电池的车型；与此同时，众多电池企业在加速固态电池的研发，以期在未来市场竞争中赢得先机。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势5.快充电池

随着动力电池技术持续突破，新能源车续航里程大幅提高，2023年新上市A级以上纯电动车型续航里程普遍超过500公里，可基本满足消费者出行需求。相比之下纯电汽车充电性能发展相对滞后，同时续航里程提升带动的出行场景增多，补能效率与便捷性成为了纯电汽车渗透率进一步提升的核心痛点。我国车企的快充解决方案主要以提升整车电压平台以实现快充功率的提升，电压平台由350~400V逐步向750~800V演进。高压快充的加速发展带动电池环节高倍率快充技术产品的持续迭代升级，目前国内动力电池厂商正不断推进动力电池充放电倍率持续提升，包括宁德时代、欣旺达、巨湾技研等快充电池产品也陆续发布落地。2023年8月16日，宁德时代发布“神行”超充电池，是全球首款磷酸铁锂4C超充电池，实现了“充电10分钟，续航400公里”，常温状态下10分钟可充至电池容量的80%。超电子网正极、石墨快离子环、超高导电解液配方、高孔隙率隔离膜、超薄SEI膜及BMS等材料、结构、体系全方位技术创新，共同为超充电池的实现打下基础。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势6.电源管理系统技术电源管理系统技术是汽车动力电池系统的“大脑”，能够实时的监测电池的使用情况以及用电和充电的效率情况，在出现异常之后能够及时的采取措施进行补救，在一定程度上进行整个电池的系统化管理，从而保证动力电池系统向整车提供良好的动力输出。电源管理系统技术直接影响电池的性能和寿命，因此电源管理系统的可靠性、精确性至关重要。目前，电源管理系统的主要技术方向包括高精度电量估算、电池均衡、热管理、故障诊断与安全控制等。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势7.整车控制技术电动汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统，主要包括电池、电机等动力系统，以及其它附件如空调、助力转向等，各子系统几乎都通过自己的控制单元来完成各自功能和目标。整车控制技术是一种在电动汽车中实现对各种设备和系统的集中管理和控制的方法。它通过整车控制器为核心，通过CAN网络与其他子系统相互协作，实现对车辆的电机驱动控制、温度控制、能量管理控制等功能。为了迎合汽车电动化、智能化、轻量化的发展趋势，整车控制器未来将向着高度集成化的方向发展。任务1纯电动汽车概述4.纯电动汽车的关键技术及发展趋势8.整车轻量化技术整车轻量化是在保证汽车的强度和安全性的前提下，尽可能降低汽车的装备质量，以提升汽车动力性，减小能量消耗的一种技术。随着环保意识的提高，整车轻量化已成为行业发展的重要趋势。通过动力电池能量密度、驱动电机功率重量密度等的提升可以提高整车轻量化；通过结构集成化、模块化设计，能够减少使用线束、零件的个数与部件的重量，提高整车轻量化；通过使用轻质材料包括高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料以及改性塑料等提高整车轻量化。知识目标1.掌握纯电动汽车的组成和功用；2.掌握纯电动汽车的工作原理；3.掌握纯电动汽车关键性能评价指标。能力目标1.能正确描述纯电动汽车的组成结构及功用；2.能正确描述纯电动汽车的工作原理；3.能根据参数比较产品性能。素养目标1.培养学生在难点问题的钻研精神。2.培养学生独立思考、解决问题的能力。任务2纯电动汽车基本结构与工作原理任务2纯电动汽车基本结构与工作原理1.纯电动汽车的结构组成纯电动汽车与传统汽车相比，有着相同的车身、车载电气系统以及基本的底盘传动结构。不同的是，纯电动汽车没有传统的发动机、离合器等结构，而是有自己独特的电池系统、电机系统、电控系统、充电系统等结构，以实现汽车的驱动行驶。纯电动汽车的组成结构

任务2纯电动汽车基本结构与工作原理1.纯电动汽车的结构组成(1)电池系统电池系统是电动汽车的核心部分，负责储存和释放能量。它由动力电池组和电源管理系统组成。目前市场上的纯电动汽车的动力电池主要采用磷酸铁锂电池和三元锂电池，这两种电池的能量密度高、安全性强，可以实现有效的循环充放电。动力电池通常由多个单体电池按照串联或者并联的方式连接，形成具有一定电压和容量的单元。电池单元的电压仅在3.7V左右，但是经过多个电池单元的组合，可以增大电池组的容量和电压，使其能满足整车驱动和其他用电器的使用。任务2纯电动汽车基本结构与工作原理1.纯电动汽车的结构组成(2)电机系统电机系统是电池系统与车轮之间的中间机构，其作用是将电池系统输出的能量(化学能、电能)转换为机械能，驱动车辆克服各种滚动阻力、空气阻力、加速阻力和爬坡阻力，制动时将动能转换为电能回收进能量存储系统。电机是整个系统的核心组成，由定子、转子、壳体和其他辅助部件组成，依据电磁感应定量，将电能转换为机械能。电机

任务2纯电动汽车基本结构与工作原理1.纯电动汽车的结构组成(3)电控系统电动汽车电控系统，狭义上指的是整车控制器，广义上讲，则包括整车控制器、电池管理系统、驱动电机控制器等。3.1整车控制器整车控制器的主要功能是与整车通讯，协调管理整车运行状态，包括采集电机及电池状态，采集加速踏板信号、制动踏板信号、执行器及传感器信号，根据驾驶员意图综合分析做出相应判定后，监控下层各部件控制器动作。3.2驱动电机控制器电机控制器是一种由微处理器、电源电路和控制电路组成的芯片，用于控制驱动电机。3.3电池管理系统电池管理系统能够依靠传感器实时监测电池的基础数据，其主要功能包括：电压、温度、电流等电池物理参数实时监测；动态监测动力电池组的工作状态；SOC计算、充放电与预充控制；均衡管理和热管理等。任务2纯电动汽车基本结构与工作原理1.纯电动汽车的结构组成(4)充电系统充电系统通常由车载充电器、充电接口等组成，根据充电口不同分别有交流充电和直流充电两种充电方式，如图5-7所示。其中交流充电是将从交流充电桩，将交流电通过车载充电机将整流成直流电后对动力电池组进行充电的方法；直流充电时从直流充电桩直接接入直流电对动力电池进行充电的方法。电动汽车充电接口

任务2纯电动汽车基本结构与工作原理2.纯电动汽车的工作原理（1）驱动车辆驾驶员踩下加速踏板，踏板位置传感器会检测踏板的位置，并将其转换为电信号。传感器产生的电信号被发送到车辆的控制单元，通常是整车控制器。整车控制器接收到信号后，合并其他采集到的信号进行分析，判断驾驶员意图，向电机、动力电池系统发送控制指令，同时控制车辆其他系统的运行模式。此时，动力电池中储存的电能通过逆变器转化为交流电进入电机变速单元实现车辆驱动。纯电动汽车基本驱动系统结构

任务2纯电动汽车基本结构与工作原理2.纯电动汽车的工作原理（2）能量回收能量回收，又称回馈制动或再生制动。能量回收可以分为滑行能量回收和制动能量回收。是指在滑行或制动减速过程中，驱动电机工作于发电状态，将车辆部分动能转化为电能储存于动力电池中，同时施加电机回馈转矩于驱动轴，对车辆进行制动。滑行能量回收是在驾驶员松开油门但不踩制动踏板时，电机控制产生一个较小的负扭矩使汽车缓慢减速。制动能量回收则是在驾驶员踩下制动踏板时，电机控制产生一个较大的负扭矩使汽车快速减速。任务2纯电动汽车基本结构与工作原理3.纯电动汽车的评价指标最高车速汽车在良好路面上行驶时能达到的最高速度（km/h）。2.

加速能力汽车的加速性能，包括汽车的原地起步加速时间和超车加速时间。原地起步加速时间，指汽车从静止状态下，由第一挡起步，并以最大的加速强度(包括选择最恰当的换挡时机)逐步换至高挡后，到某一预定的距离车速或车速所需的时间。超车加速时间，用最高挡或次高挡全力加速至某一高速所需要的时间。加速时间越短，汽车的加速性就越好，整车的动力性随即提高。3.

最大爬坡度汽车满载时的最大爬坡能力（°或%）任务2纯电动汽车基本结构与工作原理3.纯电动汽车的评价指标4.

风阻系数空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力。空气阻力系数，又称风阻系数与车身设计和外形有关，是通过风洞实验和下滑实验所确定的一个数学参数,用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力。风阻系数影响了整车的动力性和经济性。5.

续航里程续航里程是纯电动汽车电池组充满一次电后的最大行驶里程。续航里程与汽车电池组容量、电机及传动效率、车辆重量及外形等均有关系。即使完全相同的两辆车，续航里程也受到电池组状态、行驶工况、电气使用情况等多种条件的影响。6.

充电性能包括快充和慢充充电时间等。多数车企以电池组从30%充到80%所需的时间作为充电性能的指标。知识目标1.了解纯电动汽车品牌2.了解纯电动汽车典型车型能力目标1.会搜集纯电动汽车品牌信息2.会搜集纯电动汽车信息素养目标1.培养学生信息检索能力；2.培养学生国际化的视野。任务3

纯电动汽车典型车型任务3

纯电动汽车典型车型1.纯电动汽车品牌比亚迪比亚迪创立于1995年，是中国领先的新能源汽车制造商，业务横跨汽车、轨道交通、新能源和电子四大产业。公司致力于用技术创新促进人类社会的可持续发展，助力实现“碳达峰、碳中和”目标。比亚迪在新能源技术的研发和应用上提出了三大绿色梦想：太阳能电站、储能电站和电动车，以此解决气候与能源挑战。比亚迪汽车标志

任务3

纯电动汽车典型车型1.纯电动汽车品牌特斯拉特斯拉是一家美国电动汽车和清洁能源公司，成立于2003年，总部位于加州硅谷地带。特斯拉以其创新、高性能的车辆和对可持续性的承诺而闻名，已在汽车行业中引起革命性的变化。特斯拉的首款车型是Roadster，于2008年发布，这是第一辆使用锂离子电池的高速公路合法电动汽车，以其长续航里程而著称。随后，特斯拉推出了ModelS，一款豪华全尺寸电动轿车，以其卓越的安全性和性能获得了全球认可。ModelS之后，特斯拉又推出了ModelX，一款具有独特鹰翼门设计的全尺寸纯电动SUV，以及更为经济的Model3轿车和跨界车型ModelY，旨在吸引更广泛的消费者群体。特斯拉汽车标志

任务3

纯电动汽车典型车型1.纯电动汽车品牌蔚来蔚来汽车是一家全球化的智能电动汽车品牌，成立于2014年11月，以“BlueSkyComing”为寓意，致力于通过提供高性能的智能电动汽车与极致用户体验，为用户创造愉悦的生活方式。蔚来以其独特的品牌定位、高品质的产品和完