电动汽车技术 第2版 课件全套 第1-10 章绪论 - -电动汽车的自动驾驶技术

电动汽车技术第一章绪论本章学习目标1了解定义与分类明确电动汽车概念与基本特点，区分纯电动（BEV）、混合动力（HEV）与燃料电池（FCEV）等主要车型。2掌握能源与环境背景理解能源安全与环境保护压力，认识"双碳"目标下发展电动汽车的必然选择。3认识产业发展历程梳理全球及我国新能源汽车从技术探索、示范推广到规模化产业的演进脉络。4分析关键技术与趋势掌握动力电池、驱动电机、电控系统等核心技术，把握发展趋势与面临挑战。目录CONTENTS电动汽车概述1电动汽车发展背景及意义2电动汽车发展历程3产业发展现状41.1电动汽车的定义与分类定义：电动汽车是指可以利用驱动电机单独驱动或者可以利用驱动电机与其他驱动装置共同驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。01纯电动汽车(BEV)完全依赖可充电电池驱动，零排放、低噪音，是目前普及度最高的电动车型。02混合动力电动汽车融合燃油发动机与电机，油电协同或切换，兼顾长续航与低油耗，是重要过渡车型。03燃料电池电动汽车以氢气为燃料发电驱动，排放仅为纯净水，续航长、加氢快，是未来重要发展方向。电动汽车的主要类型01纯电动汽车(BEV)核心定义：

完全依赖车载可充电蓄电池供电，由电动机驱动，无内燃机。核心优势：能量转换效率高，行驶零尾气排放运行噪音极低，驾乘体验静谧结构简单，维护成本更低当下新能源市场增长最快的主流方向02混合动力汽车(HEV)核心定义：

同时配备燃油发动机与电动驱动系统，实现动力互补。主要细分：普通混动(HEV)：油电自动切换，无需充电插电混动(PHEV)：可外接充电，纯电续航长增程式(EREV)：发动机发电，电机驱动车轮03燃料电池汽车(FCEV)核心定义：

以燃料电池为动力源，通过氢氧化学反应产生电能驱动。未来潜力：排放物仅为纯净水，真正零污染加氢速度快（10分钟内），续航媲美燃油车能量来源清洁，是未来氢能交通的核心载体1.2电动汽车vs传统燃油汽车电动汽车(BEV)·绿色科技动力源：动力电池锂离子电池储能，能量密度高，行驶过程零排放，清洁无污染。效率：85-90%电能直接驱动电机，能量损耗极低，远超燃油车的能量利用率。成本：经济实惠百公里电费约15元，保养仅需检查电路，长期使用成本极低。环保：零排放无尾气排放，减少温室气体及颗粒物污染，助力绿色生态建设。体验：极致静谧电机运行几乎无噪音，车内NVH表现优异，驾乘环境更舒适。维护：结构简单无复杂发动机与变速箱，零部件少，故障率低，保养省心。传统燃油汽车·经典动力动力源：内燃机依赖汽油/柴油燃烧做功，结构复杂，动力输出强劲但依赖化石燃料。效率：30-40%化学能转机械能损耗大，大量能量以热能散失，能源利用率较低。成本：相对较高百公里油费约60-80元，需定期更换机油滤芯，长期使用成本较高。环保：尾气排放排放CO₂、氮氧化物及颗粒物，是城市空气污染的主要来源之一。体验：噪音较大发动机运转与排气系统产生明显噪音，高速时风噪胎噪叠加。维护：工序繁琐涉及机油、火花塞、正时皮带等更换，机械结构复杂，故障率较高。

发展电动汽车是保障国家能源安全、推动绿色低碳转型的必然选择。

发展背景能源安全：我国石油对外依存度高，发展电动汽车可破解石油依赖困局，保障国家能源安全。环境保护：减少尾气污染物排放，助力实现"双碳"目标。

发展必要性能源结构转型，推动可再生能源替代保护环境，应对气候变化带动电池、电机、电控核心技术创新新能源汽车产业上升为国家战略

重要意义推动汽车产业转型升级、换道超车带动新能源、智能网联等上下游协同构建清洁低碳、安全高效的能源体系实现经济发展与生态保护双赢

发展电动汽车既是能源安全与环境保护的现实需要，也是汽车产业升级与国家战略的必然要求。2

电动汽车发展背景及意义3.1纯电动汽车的发展历史1830年1870年发明初期1834年首辆电动车诞生1920年发展中期1899年创下汽车时速记录1990年停滞时期至今复苏期1996年通用EV1量产2008年小批量产电动客车2011年推出比亚迪e62013年特斯拉推出的ModelS3.2油电混合动力汽车的发展历史1916年世界第一辆油电混合动力汽车问世1975年菲亚特汽车公司研制了涡轮电动汽车2015年插电式混合动力电动汽车宝马530e上市2016年福特C-MAXEnergy新能源汽车上市1997年丰田在日本发布了Coaster混合动力电动汽车2013年比亚迪插电式并联型混合动力轿车“秦”上市2008年北汽福田与美国伊顿联合开发了混合动力公交车2014年上海汽车的荣威550插电式混合动力汽车上市2017年本田CR-V锐混动电动汽车上市4.1我国新能源汽车产业现状我国政府发展新能源汽车的战略和政策萌芽阶段（1990—2009）：863计划、清洁汽车行动；产业培育阶段（2009—2020）：城千辆工程推动产业化；市场化阶段（2020年至今）：产业链完善，技术竞争加剧我国新能源汽车已由"政策哺育"迈入"市场自驱"，但核心技术自主可控程度，才是这一轮产业优势能否延续的关键。4.1我国新能源汽车产业现状我国新能源汽车技术路线的发展中国电动汽车发展早期技术路线及战略中国“三纵三横三大平台”新能源发展规划“三纵三横”体系与双战略并行，构筑起我国新能源汽车产业的核心技术根基。挑战4.2电动汽车技术的发展现状、趋势与挑战①能源多样化②驱动电气化③技术平台化与系统化发展现状①高性能电池与电机②车辆的轻量化与智能化③电动汽车与新能源产业的融合发展趋势（1）电池成本（2）生产成本（3）购车补贴与市场激励（1）充电基础设施建设（2）充电时间与速度（3）能源管理与电网负荷（1）电池寿命与退役、回收技术与成本（3）整车生命周期管理及环境影响评估成本与经济性充电网络与能源管理全生命周期管理与回收利用转型方向电动汽车是汽车能源动力转型的重要方向，已成全球产业主流。技术驱动未来依赖动力电池、电驱系统与智能控制等核心技术突破。协同生态需要充电网络、电网负荷等能源基础设施与产业生态协同。发展电动汽车，是实现"双碳"目标、保障能源安全、推动我国由汽车大国迈向汽车强国的战略选择。本章总结谢谢观看！电动汽车技术第2章电动汽车的基本结构与工作原理目录CONTENTS纯电动汽车（BEV）1电动汽车的测试评价技术4混合动力电动汽车（HEV）2燃料电池电动汽车（FCEV）3电动汽车的分类按动力系统结构和工作原理，电动汽车可划分为五种类型1纯电动汽车BEV电池供电，零排放2混合动力电动汽车HEV发动机与电机协同驱动3增程式电动汽车REEV发动机仅用于发电增程4插电式混合动力电动汽车PHEV可外接电网充电5燃料电池电动汽车FCEV氢氧反应发电，效率高五类车型的差别，本质在于电能与燃油各自承担了多少驱动任务。图2-1电动汽车的分类示意图什么是纯电动汽车（BEV）BEV是指由电机驱动，且驱动电能来源于车载可充电能量储存系统的汽车车载储能装置电机控制器驱动电机驱动车轮“电机驱动＋车载电能”只是必要条件，还要符合道路安全法规才称得上汽车。电能从哪来车载蓄电池、超级电容、飞轮电池等，统称车载可充电能量储存系统广义的电动车辆电瓶车、机场与仓库用车、电动叉车、观光车、电动自行车成为“汽车”的条件还须满足道路交通安全法规要求，并获准在正规道路上行驶BEV的技术体系机械子系统底盘和车身、驱动装置、变速器——承载与传动的骨架电力电子子系统动力网、电动机及其控制器、能源系统——能量的通路信息子系统处理驾驶人的意图，监控整车运行以及电源、电动机、控制器和充电器的状态70kW最大功率180N·m最大扭矩32kWh电池容量301km续驶里程BEV是机械、电子、能源、计算机与信息技术的集成，目标是智能化、数字化、轻量化213三大子系统分别解决“怎么传动”“怎么输电”“怎么决策”，缺一不可。驱动系统布置：常规形式用一组动力电池和一台驱动电机取代传统内燃机，其余传动布置基本不变可被取代的部件离合器与变速器可由自动变速器取代，布置形式与燃油车一致固定速比减速器电机调速范围宽，多速变速器可被一个固定速比减速器取代无变速器驱动离合器也可省去，减少机械传动装置的质量和体积电机在较大转速范围内可输出恒定功率，这正是传动链能简化的原因。BEV驱动系统布置的常规形式B—电池I—电动机控制器C—离合器D—差速器G—变速器M—电动机改进驱动图2-5无传动装置驱动形式固定速比减速器以一个固定速比减速器替代多速变速器，省去离合器减少机械传动装置的质量和体积以及由于换档所带来的控制难度。电动机、固定速比减速器与差速器集成为一个整体，两个半轴直接连接驱动车轮利于再生制动与全轮驱动、运转更容易无传动装置驱动采用两个电机通过固定速比减速器分别驱动两个车轮，每个电机的转速可以独立调节控制；比燃油汽车易于实现整车复杂的动力学控制。双电机独立驱动电驱动系统可进一步简化为固定速比减速器、无传动装置与双电机独立驱动三种形式轮毂电机驱动双轮毂电机驱动系统轮毂电机驱动系统的结构内转子型与外转子型两种型式按转子位置分为内转子型与外转子型对电机的要求需要驱动电机提供更高的转矩来起动和加速车辆控制融为一体驱动电机转速控制与车轮转速控制合二为一，构成双轮毂电机，车速控制变得简单完全舍弃驱动电机与驱动轮之间的机械传动装置，外转子直接连接在驱动轮上四轮毂电机驱动四轮毂电机与四轮独立控制，使结构更紧凑、机动性前所未有1任意方向行驶车轮可实现±180°旋转、横向行驶与任意旋转行驶2任意转矩控制各车轮转矩独立可控，防滑与制动控制性能发挥3容量分担总功率由四个电机分担，每个电机的容量可以变小4效率更高

没有动力传动装置，传动损失减少，效率提高总功率由四个电机分担，单台电机反而可以做得更小。

四轮毂电机驱动系统储能装置的两种结构形式单一能量源复合能量源采用两种动力电池：一种高比能量，一种高比功率如“磷酸铁锂电池＋超级电容”制动能量回收效果显著；但成本高、体积大，尚未大批量使用动力电池作为唯一能量源，储能与控制相对简单可根据整车设计需要灵活安排储能装置的位置和容量对电池要求苛刻：选比能量与比功率都较高的电池动力电池系统是BEV能量的唯一来源，也是HEV、FCEV的主要能量来源复合能量源能同时兼顾比能量与比功率，代价是成本与体积上升。为什么需要混合动力纯电动汽车BEV优点：动力电池能量效率高、零排放，运行经济性好短板：电池能量密度较低，每次充电对应的行驶里程有限传统内燃机汽车优点：化石燃料能量密度高，可远距离行驶，运行性能好短板：燃油经济性与污染排放效果并不理想内燃机汽车保留大部分结构+增加电池与电机HEV中间车型HEV兼顾动力性能、污染排放与能量效率，是现阶段重要的技术路线。纯电动受限于电池能量密度，燃油车受限于油耗与排放，HEV取两者之长HEV的定义（参考IEA文献）1两种能量转换装置传送到车轮推进车辆运动的能量，至少来自两种不同的能量转换装置2两种能量储存装置这些转换装置至少要从两种不同的能量储存装置吸取能量3一条可逆通道储能装置流向车轮的通道至少有一条可逆，且至少还有一条不可逆4供应电能即为HEV如果可逆的储能装置供应的是电能，则称为HEV关键在“两种转换装置＋两种储能装置＋至少一条可逆通道”。能量与功率传送路线满足以下特征的车辆，可称为混合动力车辆HEV的优势1再生制动制动时电机以发电机模式工作，回收本会变成热量散失的制动能量2高效工作消除或减少怠速；用储能装置吸收多余功率或补充不足，使发动机只工作在最大效率区3轻量化总成另一套储能装置可提供部分功率，动力总成更轻更小，额定功率按最大持续功率决定4动力源多样可选CNG／LNG发动机、微型涡轮机乃至燃料电池；燃料可为汽油、柴油、天然气或氢再生制动、高效工作、轻量化与多元动力源，共同提升整车能效。相比传统车辆，HEV在能量利用上有四方面改进HEV的局限1质量较大附加了另一套储能装置与电机等设备，整车总质量一般比传统车辆更大2电气效率损失电能与机械能之间多次转换带来损失；城市低速低负荷时电机效率也会下降3性能可能降低动力总成功率较小，一旦储能装置能量消耗到极限，动力性能随之下降4结构与成本结构复杂、成本高；电池寿命与更换成本也影响长期经济性额外质量与成本，是HEV无法回避的代价。两套系统带来收益，也带来代价典型案例：比亚迪秦LDM-i120kW电机最大功率210N·m电机最大扭矩80kmCLTC纯电续航2.9L/100kmNEDC亏电油耗插混专用1.5L高效发动机+永磁同步电机动力电池10.08kWh，支持快速充电；0—100km/h加速7.9s120kW电机配2.9L/100km亏电油耗，动力与经济性兼顾。

比亚迪秦LDM-i以秦LDM-i为例，看电机与发动机如何在同一辆车上分工HEV的分类：按能量流路径机械传递路径由发动机与传动系统组成，能量以机械形式直接传到车轮电功率传递路径由能量存储系统、发电机、驱动电机与传动系统组成两者的组合两条路径按不同方式耦合，形成不同的混合动力构型串联式并联式混联式能量流路径的耦合方式，决定了串联、并联、混联三种基本构型。最普遍的分类方法，是按存储与传递到车轮的能量流路径来划分模式特性：串联式工作模式（典型工况）发动机与电机优点/缺点纯电驱动（起步、中低负荷）电池供电驱动电机，发动机和发电机不工作优点：结构简单，驾驶感觉最接近纯电动汽车混合驱动（亏电、高负荷、急加速）启动带动发电机给电机充电，多余电量给电池充电缺点：发动机不参与驱动，能量二次转换有损耗，某些工况功率不足能量回收（减速、制动）电机吸收能量，转换为电能存储到电池中串联式的发动机始终不直接驱动车轮，动力全部经电传动传递。纯电驱动、混合驱动与能量回收三种典型工况下的表现模式特性：并联式工作模式（典型工况）发动机与电机优点/缺点纯电驱动（起步、中低负荷）电池供电驱动电机，发动机不工作优点：发动机与电机共同驱动车轮，不出现功率浪费混合驱动（高负荷、急加速）电机和发动机一起驱动缺点：节油不明显，发动机无法给电池充电，亏电时电机电池反成累赘纯发动机驱动（亏电、发动机高效区）电机不工作，由发动机单独驱动能量回收（减速、制动）电机吸收能量，转换为电能存储到电池中并联式的发动机可直接驱动车轮，机械能无需二次转换。纯电驱动、混合驱动、纯发动机驱动与能量回收四种工况模式特性：混联式工作模式（典型工况）发动机与电机优点/缺点纯电驱动（起步、中低负荷）电池供电驱动电机，发动机和发电机不工作优点：大部分工况可纯电行驶，无里程焦虑，高速油耗优于串联混合驱动（高负荷、急加速）发动机启动，与电机一起驱动，同时带动发电机给电池充电缺点：结构与控制复杂行驶馈电（中低负荷、电量较低）电机驱动，发动机带动发电机给电机和电池充电纯发动机驱动（亏电、发动机高效区）电机不工作，由发动机单独驱动，并可给电池充电能量回收（减速、制动）电机吸收能量，转换为电能存储到电池中三种构型的差别，本质是发动机与电机“谁在什么时候出力”。兼具串联与并联的特征，工作模式最为全面HEV的分类：按混合程度类型主要特征节油效果微混合（起-停混合）依靠电池-电机功率比例很小，驱动功率主要由发动机提供；电机仅作起动机/发电机，怠速熄火、制动能量回收5%～10%轻混合电机功率比例增大；加速、爬坡时可向发动机提供辅助驱动力矩，但不能单独驱动车辆10%～15%中混合采用高压电机；加速或大负荷时电机能辅助驱动车轮，补充发动机动力输出的不足约30%深混合（全混合）电机和发动机均可独立（或一起）驱动车辆，可纯电动行驶，并有制动能量回收能力30%～50%混合度越高，电机承担的驱动比例越大，节油效果越明显。按电池-电机功率比例的增大，可分为微混合、轻混合、中混合与深混合四类HEV的分类：可外接充电的混合动力与全混合系统相比电机功率比例与纯电动情况基本相同（或稍小）发动机功率比例与全混合系统基本相同电池容量比全混合系统大，比纯电动车辆小它的价值可利用电网的电作为车辆的“燃料”大大减少对石油的依赖，环境效益好被认为是混合动力的重要技术路线电池容量应保证必要的纯电里程，这是它与纯电动、全混合最直接的区别。第五类：电池容量介于全混合与纯电动之间，并可由电网充电串联式HEV：结构原理1发电发动机带动发电机发电，或燃料电池直接输出电能2输电电能经控制器送到电池或电机3驱动电机工作在电动模式产生驱动力矩驱动汽车4解耦机械传动变为电传动，发动机与车轮完全解耦只有一条驱动力通路且没有分支，所以称为串联混合动力。

串联式HEV的结构示意图发动机带动发电机发电，电能再驱动电机——驱动力通路只有一条串联式HEV：关键部件由发动机与发电机构成；发动机可为汽油机、柴油机、燃气发动机通常只具备发电模式，需配AC/DC变换器接入直流总线发电机输出端、电池、电机输入端共享，多为300～500V高压总线除电池外，超级电容器也可用作电能存储装置，提高回收效率APU发电直流总线传输驱动电机车轮APU、直流总线与储能装置共同支撑“发电—输电—驱动”链路。发电单元、直流总线与储能装置，构成串联构型的三大件发电机辅助动力单元APU直流总线储能装置串联式HEV：工作模式（1）①纯电动驱动低速且SOC高时，发动机停机，全靠电池

②混合驱动APU发电、电机驱动，行驶中大多数如此功率不足时APU功率不足，由电池补充（放电）功率富余时APU功率富余，多余电能给电池充电APU输出功率不受行驶状态直接影响，可稳定工作在高效区。

纯电动驱动模式（串联式）

混合驱动模式（串联式）a)电池放电b)电池充电低速或电池电量充足时纯电行驶，电量下降后增程器介入串联式HEV：工作模式（2）③制动能量回收电机发电，把车辆动能转换为电能存入电池为何能回收动能不再以发热形式白白消耗回收的边界单轴驱动车只有驱动轮可回收一部分④停车充电车辆停止且SOC过低时，APU为电池充电回收与停车充电，让串联构型在城市工况下效率更高。

制动能量回收模式（串联式）

停车充电模式（串联式）制动时回收能量，停车时给电池充电串联式HEV：优势与局限优势发动机工作状态不受行驶工况影响，始终在最佳工作区稳定运行，经济性好、排放低发动机与电机之间无机械连接，整车结构布置自由度大，适合低地板公共汽车电机功率大，制动能量回收潜力大，提高了能量效率局限能量多次转换（机械→电→机械，加上电池充放电）损失，能量利用率较低中高速行驶时电传动效率较低，抵消了发动机效率高的优点电机是唯一驱动装置，功率必须足够大；电池体积质量都大更适合市内低速频繁起停的工况，不适合高速公路行驶。发动机可以一直工作在最佳区间，但能量要经过多次转换并联式HEV：结构原理1系统组成发动机、电机、电池与传统机械传动装置2机械耦合电机与发动机机械耦合后共同驱动车辆3五种构型

按混合点位置分为离合器前、后、变速器后4电机双角色既能输出机械能，也能发电储能多个能量转换装置可同时提供驱动力，这是并联构型的根本特征。

并联式HEV的结构示意图发动机与电机通过机械耦合共同驱动，驱动力通路不止一条并联式HEV：功率如何分配发动机主驱动电机辅助调峰电池容量可减小1电机的作用改变发动机的工作状态，使发动机避免工作在低效率区域，从而提高系统综合效率2带来的好处所要求的电机、发动机功率可以降低，电池容量可以减小，电池组重量降低，制造成本下降即使电机不工作，系统仍可依靠发动机单独驱动车辆。发动机负责主力驱动，电机负责“调峰”并联式HEV：快速起停模式①适用构型仅混合点后有离合器的构型具备②快速起动用混合动力电机短时间内起动发动机③取消怠速临时停车时发动机迅速停止，降低油耗排放④起步意图检测到起步意图后迅速起动，驱动车辆取消怠速是并联构型在城市工况下降低油耗与排放的第一步。

发动机快速起动/停止模式（并联式）只有混合点后有离合器的构型具备此模式，用电机代替起动机完成快速起停并联式HEV：纯电动模式①适用构型发动机与混合点之间需有离合器②进入工况起步蠕行、低速行驶或倒车时进入③动力路径离合器分离、发动机停机，电机驱动并放电④节油效果小负荷时发动机完全停转，减少燃油消耗纯电动模式让并联构型在市区低速工况下同样可以零油耗。

纯电动模式（并联式）a)～d)四种具备该模式的构型只有发动机与混合点之间存在离合器的构型具备纯电动模式并联式HEV：工作模式（2）③联合工作模式正常行驶主要模式，发动机与电机一起工作功率补偿加速或上坡时电机输出转矩补偿反向充电中低速巡航或SOC低时，电机发电充电④制动能量回收减速制动时电机发电回收机械能电机根据油耗、排放与SOC智能决定转矩输出，从而优化整车表现。联合工作模式（并联式）制动能量回收模式（并联式）正常行驶时两者联合出力，减速时电机转为发电并联式HEV：优势与局限优势发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，无机械能—电能转换损失，能量利用率较高工况合适时燃油经济性比串联高电机仅起功率“调峰”作用时，电机、发动机功率与电池容量都可适当减小局限发动机与电机并联驱动还需要动力复合装置，传动机构较为复杂与车轮之间是直接机械连接，发动机运行工况受行驶工况影响工况频繁变化时油耗和排放指标可能不如串联式最适于中、高速工况下稳定行驶；不适合采用燃料电池作为动力源。机械直驱效率高，但发动机工况受行驶状态牵制混联式HEV：结构原理1两个电机系统至少含有两个电机，这是混联构型的首要特征2两种混合能量混合方式同时具备并联混合与串联混合的特征3配合方式两个电机与传动装置配合，系统可串联也可并联工作4三种构型分为行星齿轮型、双并联型与双行星齿轮型三类混联构型是串联式与并联式的综合，工作模式更全面。

混联式HEV的结构示意图a)～d)三种构型的四种形式同时具备串联与并联的特征，至少含有两个电机混联式HEV：能量如何汇流发动机动力分配一路发电存入电池另一路直接驱动车轮1机械分流发动机通过行星齿轮等机械动力分配装置，把一部分动力传送给一个电机2串联通路该电机通常工作在发电模式，把机械能转换为电能储存到电池中3并联通路另一部分动力直接输出至车辆，与串联通路通过电机以并联方式汇合4共同驱动两条通路混合后共同驱动车辆行驶，兼顾两种构型的长处能量在电池处以电能形式混合，同时又有机械通路直驱车轮。发动机的动力被分成两路，一路发电、一路直驱混联式HEV：工作模式（1）起步蠕行、低速或倒车时由电机带动构型1空转；构型2离合器分离；构型3用3-1模式车辆正常行驶时的主要模式一部分动力直驱车轮，另一部分经发电机—电机

纯电动模式（混联式）

联合工作模式（混联式）低速纯电行驶，正常行驶时发动机与电机联合出力各构型的表现①纯电动模式②联合工作模式动力走向混联式HEV：工作模式（2）行星齿轮空转、发动机停机，电机发电存入电池能量通过发动机—发电机进入电池构型2分离离合器即可；构型3用3-1模式停车时补充电量，为下次纯电行驶做准备回收与停车充电让混联构型在各类工况下都能保持较高效率。

制动能量回收模式（混联式）停车充电模式（混联式）制动时行星齿轮空转、发动机停机，停车时仍可给电池充电停车充电③制动能量回收构型的差异意义混联式HEV：优势与局限优势兼具串联式与并联式的优点，混合动力工作模式更全面，能量分配灵活度更高城市工况：关闭发动机以纯电动行驶，充分利用串联的优势高速工况：发动机提供主要能量，具有并联构型的特征与优势局限系统比较复杂，需要行星齿轮和多个电机系统成本和复杂度大大提高多数构型利用行星齿轮分配能量，同时替代了传统变速器构型1用一套行星齿轮实现无级变速，称为电子无级变速器（e-CVT）。城市工况用电、高速工况用油，兼顾两者特长插电式混合动力（PHEV）可直接由外接电源充电可纯电行驶较远距离，电驱比例更高电机是主要动力输出短途与城市驾驶可零排放PHEV与传统HEV的三大差异：可外接充电、电池更大、支持纯电行驶。

串联式PHEV动力系统简图

并联式PHEV动力系统简图一种可外接充电的新型混合动力电动汽车，兼有传统HEV与BEV的基本功能特征电池容量更大可直接外接充电以电为主要动力支持纯电行驶PHEV的三种动力系统结构发动机带动发电机发电，电能经电机控制器直接输送给电机发动机和电机是两个相对独立的系统，可纯电也可发动机驱动是串联式与并联式的综合，兼顾两者优点，但系统更为复杂电池可通过电力网充电，这是三者的共同点发动机功率更小电机与电池功率更大电池可由电网充电与HEV的差别：发动机功率更小，电机和电池功率更大，电池可由电网充电。结构与传统HEV类似，但发动机功率更小、电机和电池功率更大并联式串联式（REEV）混联式共同的差别PHEV的两大工作阶段电量消耗阶段CDCD-纯电动：发动机关闭，电池是唯一能量源，SOC降低适于起动、低速和低负荷工况CD-混合动力：发动机和电机同时工作，电池提供主要功率适于高速工况，尤其要求全面达到动力性指标时采用电量保持阶段CS工作方式与传统HEV类似电池的SOC基本维持不变整车管理策略根据功率需求与SOC在两种阶段间无缝切换常规充电模式，就是用电网给PHEV的电池充电。根据电池SOC的变化特点，工作模式分为电量消耗与电量保持两个阶段PHEV的价值与挑战它带来的价值具有BEV的全部优点：零排放、低噪声、高能量效率相比传统HEV，大幅降低有害气体与温室气体排放，燃油经济性与动力性更好可利用外部公用电网充电，降低对石油的依赖，也降低了使用成本仍需解决的问题整车结构、成本、控制策略、纯电里程、电池能量与功率的选择电池及管理系统：需要高能量密度与功率密度，并在宽SOC区间长循环寿命充电基础设施：没有独立车库的用户如何解决充电，以及接口标准的制定PHEV是目前最接近“日常纯电、长途用油”的实用方案。既能零排放通勤，又不受里程限制，但成本与基础设施仍是门槛增程式电动汽车（REEV）与其他混动相同之处在BEV基础上增加内燃机发电装置（增程器）串联式增程模式与串联混合动力相似相关配件的能量供应配比不同最大的差异增程式最终以电为主驱动，混合动力以发动机为主驱动因此电机选型、电池选型有所不同增程式车的电池能量一般偏大，纯电续驶里程较长REEV的核心是“电为主、油为辅”，发动机不直接驱动车轮。在BEV基础上增加内燃机发电装置，用“电驱动为主、燃油发电为辅”解决里程焦虑REEV：增程器何时介入电量充足时增程器不工作，相当于BEVSOC降至阈值后增程器启动发电需求功率大时增程器与电池共同驱动制动或滑行时电机回收能量充电发动机只负责发电，因此可以一直工作在最佳工况点。

串联REEV构型电量充足时相当于纯电车，电量下降后增程器启动发电②增程模式①纯电动模式③油电混合模式④制动能量回收REEV：串并联构型发动机+离合器断开→串联接合→并联1纯电动运行模式发动机不工作、离合器断开，动力电池驱动电机，提供车辆行驶的全部能量2串联运行模式发动机工作、离合器断开，发动机通过发电机驱动电机，动力电池辅助平衡负载3并联运行模式发动机工作、离合器接合，发动机直接驱动车辆，电机辅助驱动或回收能量4制动能量回收制动或滑行时电机回收能量充电离合器的通断，决定了发动机是“发电”还是“直接驱动”。通过一个离合器，在串联与并联两种运行方式之间切换REEV：功率分流构型工作模式离合器状态动力走向低速纯电C3结合，C1、C2分离齿圈锁止，发动机与发电机不工作，主驱动电机提供全部驱动转矩高速纯电C2结合，C1、C3分离MG1以发动机模式工作，与主驱动电机MG2共同提供动力低速增程C1、C3结合，C2分离MG2提供全部动力，MG1作为发电机工作，发动机带动其发电高速增程C1、C2结合，C3分离MG1、MG2均参与工作，发动机带动MG1一方面发电、一方面驱动车辆制动回收C3闭合，C1、C2分离齿圈固定，太阳轮随行星架转动，驱动电机作为发电机充电三个离合器的组合，让一套系统覆盖纯电、增程与并联三类工况。通过三个离合器的组合，在纯电、增程与并联之间切换2.2小结发动机只发电、电机只驱动，结构简单，适合市内低速频繁起停工况发动机与电机机械耦合共同驱动，效率高，适合中高速稳定工况兼具两者特征，至少两个电机，工况适应面最宽，但结构最复杂PHEV可外接充电、REEV以电为主驱动，都是混合动力的重要分支串联式·市内低速并联式·中高速混联式·全工况PHEV/REEV·可充电构型不同，本质是“发动机与电机各自承担多少驱动任务”。HEV以能量流路径分为三类，每类都有适合的工况并联式串联式混联式衍生车型什么是燃料电池电动汽车（FCEV）FCEV将氢气和氧气通过电极反应直接转化成电能，能量转换效率不受卡诺循环限制高压储氢罐燃料电池堆DC/DC变换器驱动电机驱动车轮发电方式氢气与氧气通过电极反应直接转化成电能，相当于自带电化学发电机的电动车最大特点反应过程不涉及燃烧和热机做功，因此能量转换效率不受卡诺循环的限制60%～70%能量转换效率2倍实际使用效率≈普通内燃机从能源的利用和环境保护两方面看，燃料电池汽车是一种理想的车辆。FCEV的工作方式：四种模式目前FCEV多采用“燃料电池＋蓄电池”混合动力模式，不同行驶工况对应不同工作模式工作模式能量来源与去向典型行驶工况燃料电池模式电机的电力全部由燃料电池提供；蓄电池非充足电且燃料电池有富余时，还可向蓄电池充电低负荷、匀速、滑行混合动力模式燃料电池和蓄电池共同提供电机所需电力，由蓄电池提供瞬时能量或持续协助供电加速、高速、上坡、超车、重载蓄电池模式燃料电池停止输出电能，车辆单独由蓄电池供电，对电池容量与输出功率要求较高燃料电池未起动、燃料耗尽或电堆故障能量回馈模式电机工作在发电状态，把车辆动能转化为电能并向蓄电池充电下坡、红灯减速、非紧急制动四种模式分别对应起步前的供电、行驶中的功率分配和减速时的能量回收。工作模式（1）：燃料电池模式与混合动力模式负荷低时燃料电池单独供电，功率需求大时由蓄电池补充①燃料电池模式电机电力全部由燃料电池提供；蓄电池非充足电时，富余电能还可给蓄电池充电②混合动力模式燃料电池与蓄电池共同供电；燃料电池功率不足时，由蓄电池提供瞬时能量燃料电池承担稳态功率，蓄电池补足峰值功率，这是混合动力模式的分工逻辑。纯燃料电池模式混合动力模式工作模式（2）：蓄电池模式与能量回馈模式燃料电池未起动或发生故障时由蓄电池独立供电，减速时将动能回收到蓄电池③蓄电池模式燃料电池停止输出，车辆单独由蓄电池供电，对电池容量和输出功率要求较高④能量回馈模式电机转为发电状态，把车辆动能转化为电能并向蓄电池充电起步靠电池、制动回电池——蓄电池是四种工作模式之间的缓冲环节。蓄电池模式能量回馈模式FCEV的整车组成燃料电池、动力电池、高压储气罐、DC/DC变换器、电机与动力控制装置共同构成整车高压储气罐燃料电池DC/DC变换器驱动电机驱动车轮组成部件在整车中的作用高压储气罐存储氢气；用高压气瓶储氢时，需要一套复杂的低温保温装置来保持低温燃料电池利用电化学把燃料的化学能转化为电能，并非直接燃烧燃料产生动力动力电池把燃料电池多余的电量和回收的电能储存起来，供急加速与车载用电器使用DC/DC变换器把燃料电池发出的电能升压后供给电机，使输出电压满足电机最大输出需求燃料电池相当车载发电机，动力电池相当缓冲器，两者经DC/DC汇入同一条电驱动链路。车用燃料电池的类型按电解质类型可分为6种，其中PEMFC被认为是车用燃料电池的理想型技术方案6种按电解质类型划分75%+PEMFC近3年全球装机量占比中文名称英文缩写中文名称英文缩写质子交换膜燃料电池PEMFC碱性燃料电池AFC甲醇燃料电池DMFC熔融盐燃料电池MCFC磷酸盐燃料电池PAFC固体氧化物燃料电池SOFCPEMFC功率密度大、重量轻、寿命长且可低温快速启动，是目前最成熟的车用技术路径。FCEV的动力控制装置主要由燃料电池发动机管理系统、蓄电池管理系统、动力控制系统及整车控制系统组成1燃料电池发动机管理系统按整车控制器的功率设定值控制功率输出，监测工作状态并做故障诊断与管理2蓄电池管理系统

分上下两级：下级ECU测量电压与温度并做过充过放保护，上级ECU检测电流、估算SOC并运行高压漏电保护策略3动力控制系统包含DC/DC变换器、DC/AC变换器、低压直流转换器（DCL）、空调控制器与电机冷却系统控制器4整车控制系统

核心是多能源控制系统：接收驾驶人的需求信息实现整车工况控制，并基于反馈的实际工况与动力系统状况进行能量分配调节发动机管理系统包含供氢、供氧、水循环及冷却系统；DCL把高压电源转换为零部件所需的低压电源。四个系统分工：整车控制决策、动力控制执行、管理系统保证燃料电池与蓄电池可靠工作。FCEV的结构：三类动力系统整体结构与普通内燃机汽车相似，由燃料电池供电的电机直接驱动汽车1纯燃料电池动力系统动力能源只有燃料电池，功率必须相当大；为满足起动及动态响应要求，一般采用PEMFC2混合动力系统大部分燃料电池车采用：燃料电池提供平均功率，蓄能部件提供峰值功率或动态过渡功率3增程式动力系统与纯燃料电池动力系统、混合动力系统并列的第三类动力系统构型主要不同之处在于：由燃料电池供电的电机直接驱动汽车，同时由储存于高压（35～70MPa）氢罐的氢气燃料替代汽油或柴油。燃料电池提供平均功率、储能装置提供峰值功率，使混合动力构型成为燃料电池车的主流。燃料电池混合动力的两种储能组合目前的燃料电池车混合动力系统大部分采用“燃料电池＋蓄电池”形式为什么要混合储能燃料电池启动时空压机需提前工作、氢气与空气需预加湿、电堆需预热，这些过程都要提前供电；回收制动能量也需要储能装置配合收益与代价降低了对燃料电池功率和动态特性的要求，也降低了系统成本；但增加了驱动系统的复杂性、重量和体积燃料电池＋蓄电池降低了成本却带来重量；用超级电容可省去寿命短、成本高的辅助电池

燃料电池电动车混合动力构型混合动力的两种连接构型区别在于：DC/DC变换器布置在燃料电池出口，还是布置在蓄电池出口燃料电池间接连接构型单向DC/DC接在燃料电池出口，蓄电池或超级电容直接连到直流母线燃料电池直接连接构型燃料电池发动机直连电驱动系统，双向DC/DC接在蓄电池出口DC/DC的位置决定了功率由谁被主动控制：燃料电池侧，还是储能装置侧。燃料电池间接连接构型燃料电池直接连接构型两种连接构型的对比同一个目标——让燃料电池平稳工作，两条不同的技术路径对比项燃料电池间接连接构型燃料电池直接连接构型DC/DC位置燃料电池系统通过单向DC/DC与电驱动系统连接燃料电池发动机直接与电驱动系统连接功率控制通过单向DC/DC直接控制燃料电池输出功率，能够保证燃料电池平稳工作通过双向DC/DC间接控制输出功率，平稳工作依赖于对需求功率的准确预测燃料电池输出电压范围不需要与电机匹配；需求功率预测误差对动力性能影响很小，控制易于实现一般燃料电池发动机输出功率较大；预测误差影响较明显储能装置电压范围需与电机匹配，超级电容存储能量不能被完全利用，须选较大容量电压范围不受电机工作电压约束，参数选择灵活，存储能量能够被完全利用制动能量回收储能装置自动吸收电机发电能量，需把充电电压控制在电池允许范围内需由控制器经双向DC/DC准确控制辅助储能装置功率，否则易引起系统波动间接连接控制简单、燃料电池更平稳；直接连接参数更灵活、储能能量利用更充分。电动汽车的测试评价体系ISO、IEC、ITU三大国际组织分工制定标准，我国的标准体系同步建立ISO国际标准化组织负责整车、动力系统、电池系统的标准制定IEC国际电工技术委员会负责电气附件和基础设施标准ITU国际电信联盟主要负责通信类标准测试类别主要测试验证项目动力系统零部件电池系统、驱动电机、增程发动机台架及标定试验，EMS标定试验整车试验控制策略、整车标定、动力性能、经济性能、NVH、碰撞、底盘调校与耐久试验新能源专用系统部件电制动、电转向、制动能量回收、电空调系统试验公告认证10万公里排放耐久、3.5万公里综合耐久、驱动及制动耐久、整车强检与碰撞试验经过近20年的积累，我国已有不少测试方法被全球其他国家的整车企业采纳。整车安全性测试：主动安全主动安全系统预防事故发生，按所保障的稳定性与控制目标可分为三类①制动稳定性防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配系统（EBD）②操纵稳定性牵引力控制系统（TCS）、电子稳定控制系统（ESC）③安全车距与速度自适应巡航（ACC）、前向碰撞预警（FCW）、轮胎监视系统等标准号标准名称GB/T33577-2017智能运输系统车辆向前碰撞预警系统性能要求和测试规程GB/T26773-2017智能运输系统车道偏离报警系统性能要求与检测方法JT/T883-2014营运车辆行驶危险预警系统技术要求和试验方法JT/T1094-2016营运客车安全技术条件被动安全只能在事故发生后减小伤害，主动安全才能从本质上提高车辆的安全性。整车安全性测试：被动安全与高压安全电动汽车带有超过人体安全电压的B级电压，触电防护是新增课题被动安全的局限只能在事故发生后减小伤害，不能从本质上提高车辆的安全性能高压安全的加入除电池燃烧、爆炸等隐患外，还有使用中与碰撞后的人体触电问题序号标准号标准名称1GB/T18384.3-2015电动汽车安全要求第3部分人员触电防护2GB/T31498电动汽车碰撞后安全3EVS-GTR电动汽车安全全球技术法规4ISO6469-3/4-2010电驱动道路车辆安全规范5ECER100关于电池电动汽车结构功能安全认证的统一规定6SAEJ2344电动汽车安全指南国标是最低要求；企业还会增加被动放电、高压互锁、触点监测等设计来提高高压安全性。碰撞安全测试：流程与电安全电动汽车碰撞后还需考察电安全，基本测试流程包括三部分1车辆基本信息报备提交高压系统及组件布局图（标注REESS位置）、REESS固定方法、电池类型与电解液组成、高压自动断开装置位置及工作原理2车辆充电BEV与可外接充电式混合动力汽车应在充电结束后24h内进行；不可外接充电的混合动力汽车按正常运行状态准备3绝缘电阻测量与设备安装分析整车电路，寻找高压母线并线点与零电位基点，测量各极柱对地电压，确认安全后接入测试设备碰撞安全＝常规碰撞考察（正面、侧面、尾部、翻滚）＋碰撞后的触电保护。整车节能技术测试：标准与工况各国按自身交通状况选择循环工况，我国的经济性标准主要参照欧洲标准制订评价指标能量消耗率与续驶里程主要标准GB18352.5/6、GB/T19753等地区采用的主要循环工况欧洲ECE-R15城市循环＋EUDC市郊工况→NEDC；最新修订为WLTC循环工况日本10-15工况及其最新修订的JC08工况美国UDDS、FTP75、HFET、US06、SC03等中国沿用欧洲工况：40km/h、60km/h匀速工况与NEDC；并开发北京、长春、西安等地区工况工况决定了能耗与续驶里程的测什么、怎么测，是经济性评价的基准。纯电动乘用车：能耗与续驶里程测试GB/T18386-2017规定了能量消耗率与续驶里程的试验方法1能量消耗率车辆按规定循环行驶后，把动力电池充电至试验前容量，用充电测量装置得到电网电能，再除以行驶里程2续驶里程动力电池电量饱和时，以特定行驶工况能够连续行驶的最大距离流程：初次充电并测量电网电能→续驶里程试验→再次充电并测量电能→计算能量消耗率速度公差：M1、N1及最大总质量≤3500kg的M2类为±2km/h，其他车型±3km/h；时间公差±1s续驶里程是结果，能量消耗率是效率——两者由同一次循环试验同时得到。

GB/T18386-2017中规定的试验循环混合动力电动汽车：能耗测试方法按GB/T19753-2013，车辆需在最高SOC（条件A）与最低SOC（条件B）下分别测试1不可外接充电NOVC-HEV只进行条件B试验，并使用能耗测试设备测量整个循环中的电量平衡值2可外接充电OVC-HEV分别进行条件A和条件B试验，油耗结果按A、B加权得到最终值能量比结果处理<1%试验结果不需要修正1%～5%结合制造厂提供的修正系数Kfuel计算修正>5%试验结果无效，调整车辆状态后重新试验SOC条件决定测什么，能量比决定结果算不算数。

整车能耗测试试验流程图制动能量回收：原理再生制动把减速时的动能与势能回收为电能，城市工况下制动能耗约占驱动总能量的一半1再生制动减速制动时将动能与势能部分回收，通过电机转化为电能储存于储能装置，用于再加速或起动2为什么值得做典型城市工况中制动能耗约占驱动总能量的一半，高速道路工况仍占15%3复合制动机械制动力与再生制动力共同作用，在有效制动的同时回收能量电液式复合制动：主缸与轮缸解耦，再生制动力不足时液压制动补足，并保持一致的踏板感觉。复合制动原理复合制动系统的分类按制动介入的信号源分两种；制动踏板型又按主缸与踏板是否保留机械连接细分复合制动系统油门踏板型·并联式保留全部常规制动部件，仅把再生制动力与液压制动力叠加，控制简单，可回收能量较少制动踏板型·未解耦型（并联式）保留踏板与主缸的机械连接，控制策略简单，难以有效保证制动距离与制动效能制动踏板型·解耦型（串联式）踏板与液压系统解耦，液压制动力完全可控，各种路面上的制动性能显著增强结构特点：制动力可控的液压制动系统（带踏板感觉模拟与助力的主缸、电磁液压阀）、踏板位移传感器与电子控制单元。解耦型属于串联式，是三种形式中回收能力与制动性能最好的一种。制动能量回收的评价体系从制动性能、节能性与驾驶体验三方面评价，并据此建立指标与测试平台制动性能保证制动效能的充分发挥，不影响制动安全性节能实现制动能量回收的最大化，尽可能提高节能效果驾驶体验踏板反馈与车辆减速状态和传统制动系统一致，不影响操纵习惯主要指标：能量回收效率、制动性能、储能与管理效率、重量与体积、整车整合、环保、体验、安全与可靠性。主要标准：GB/T18386、GB/T19753、GB/T19754、GB7258、GB21670-2008。制动能量回收系统目标制动能量回收测试平台示意图整车环境适应性：电磁兼容性能EMC的目标是让各种电子设备在复杂电磁环境中互不干扰、协调共存1与车外环境车外电磁发射特性（防止影响车外无线接收机）与车外电磁抗扰性2车内电磁兼容车内发射特性与车内抗扰性，骚扰源如电机控制器、DC/DC、车载电台与手机3与民用电网充电状态发射特性（传导干扰影响电网电能质量）与充电状态抗扰性4与人的兼容人体静电抗扰性，以及电子系统对车内乘员、车外行人健康的潜在影响随着智能化、网联化发展，复杂电磁环境下的兼容性——高等级自动驾驶车型的安全性评价——将成为未来重点。电磁兼容正从“保护无线电设备”逐步成为关乎汽车环保与安全的重要属性。整车环境适应性：NVH性能NVH直接影响乘坐舒适性，也是目前电动汽车测试标准最薄弱的环节之一近1/3J.D.Power质量指标与NVH直接相关30%国外新车开发费用用于NVH设计NVH是什么Noise噪声、Vibration振动、Harshness声振粗糙度现行标准国内强制性国标只有GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》2015年颁布中国生态汽车评价规程，匀速车内噪声是其中一项重要评价指标。目前国内主要以传统车NVH测试方法为依据，结合企业标准进行归纳与总结。谢谢参与！电动汽车技术第三章动力电池目录CONTENTS13.1概述23.2动力电池的基本术语33.3电动车辆对电池性能的要求43.4电动汽车用电池的主要种类及特点53.5电池系统集成技术63.6动力电池技术发展前景及展望73.7本章小结3.1概述四类电池的区别在于能否充电、何时激活，以及反应物是否持续供给。一次电池一次性放电原电池完成一次放电后，通常不能通过充电恢复。常见体系有锌碳、锌二氧化锰和锌空气电池，多用于一次性供电。二次电池可重复充放电蓄电池放电后可充电恢复，能够反复使用。铅酸、镍氢和锂离子电池均属此类；目前车用动力电池以锂离子电池为主。贮备电池启用时激活贮存期间将电解质等组分与电极隔离，使用时再激活，因此适于长期贮存。镁银、锌氧化银和热电池等属于这一类。燃料电池持续供给反应物工作时从外部持续供给燃料和氧化剂，反应物在电极上发生电化学反应并输出电能。氢气和甲醇都可作为燃料。电动汽车动力源以可重复充放电的二次电池为主。动力电池技术演进铅酸、镍氢与锂离子电池的相继发展，推动了电动车辆应用和产业化。铅酸电池1859年发明普兰特发明的铅酸电池是最早的可充电电池，曾长期作为早期电动车辆的主要动力源。技术成熟、价格低廉，大电流放电性能较好。但比能量较低，电池组质量和体积较大，限制车辆续航。镍氢电池20世纪80年代发展应用以储氢合金为负极，具备可逆吸放氢的能力。其能量密度和功率密度优于铅酸电池和镍镉电池。镍氢技术的突破推动了混合动力汽车产业化，在部分混动车上用作储能模块，满足反复充放电和功率输出需求。锂离子电池20世纪90年代商业化比能量较高、循环寿命较长、自放电率较低，使锂离子电池成为车用动力电池的主要形式。常见正极体系包括磷酸铁锂、三元材料等，广泛应用于纯电动和插电式混合动力汽车，并向更高安全性和固态化发展。电池体系持续升级，发展重点是提高性能，同时兼顾安全、寿命和成本。车用动力电池体系铅酸、镍氢和锂离子电池均用于车辆，但性能特点与应用定位不同。车用铅酸蓄电池铅酸电池优势：技术成熟、成本较低，大电流放电性能较好，适合车辆起动和辅助供电。局限：比能量较低，同等储能需求下电池组更重、体积更大，影响续航与布置。应用：主要用于低压辅助电源和部分低速电动车，纯电动乘用车主动力电源较少采用。混合动力汽车镍氢电池包镍氢电池优势：能量密度和功率密度高于铅酸及镍镉电池，可承担频繁充放电与功率输出。局限：比能量低于锂离子电池，高温下充电性能下降，需要有效散热和充电控制。应用：在部分混合动力汽车中作为储能模块，用于辅助驱动和回收制动能量。电动车锂离子电池包锂离子电池优势：比能量和比功率较高，循环寿命较长、自放电率较低，且无明显记忆效应。局限：对热安全和电芯一致性要求较高，需要电池管理及热管理系统配合。应用：以磷酸铁锂、三元体系等为代表，广泛用于纯电动和插电式混合动力汽车。电池体系的选择需要综合比较续航、功率、安全、寿命和成本。动力电池面临的主要挑战安全、续航、充电速度与全寿命成本相互关联，需要从材料到系统协同优化。安全性过充、内短路和高温可能引发热失控，安全性是动力电池应用的重要约束。需通过电压与温度监测、热管理及故障隔离，降低单体故障扩展风险。能量密度质量能量密度影响电池包质量，体积能量密度影响布置空间。能量密度较低时，车辆需要携带更多电池，增加自重，并影响续航、加速及爬坡性能。快速充电大电流充电可以缩短补能时间，但会增加发热和电化学反应负担。应根据电池状态制定充电策略，兼顾补能速度、温升与寿命，并与充电设施匹配。寿命与成本循环寿命与正负极材料、电解液、制造工艺和使用工况有关。提高制造一致性，合理控制充放电和温度，有助于减少衰减，降低全寿命使用成本。电池安全监测与热管理示意车辆充电与电池温度控制示意评价动力电池，应同时考虑电芯、电池包和整车系统。关键指标与应用领域质量能量密度影响续航，质量功率密度影响动力响应，选型还需兼顾整车系统。车用动力电池关键指标与应用领域质量能量密度表示单位质量电池可输出的电能，单位为W·h/kg。在整车能耗相近时，提高能量密度可增加同等电池质量下的储能，或减轻同等储能需求下的电池质量。质量功率密度表示单位质量电池可输出的功率，单位为W/kg。加速、爬坡需要较高输出功率，制动能量回收还要求较高输入功率。混合动力汽车更重视脉冲充放电能力。整车选型纯电动汽车侧重储能和续航，混合动力汽车更强调功率响应。选型还要比较质量、体积、安全、寿命与成本，并考虑成组后的结构设计、连接方式和热管理。纯电动汽车侧重储能与续航，混合动力汽车更强调功率响应和能量回收。国内外技术发展路线两组发展规划都关注能量密度提升、成本下降和新型电池体系。日本NEDO动力蓄电池发展规划我国动力蓄电池发展规划技术升级仍需兼顾安全性、循环寿命与产业化成本。3.2动力电池的基本术语动力电池的基本术语用于描述测试条件、输出能力、运行状态、寿命安全和系统层级。掌握术语是理解电池性能与评价方法的基础。工作与测试条件电压、充放电倍率、环境与初始温度、充电和放电截止电压容量、能量与功率理论与实际容量、额定与剩余容量、能量密度、输入与输出功率运行状态与效率荷电状态SOC、放电深度DOD、库仑效率、能量效率、自放电健康、寿命与安全失效、记忆效应、内阻、低温能力、循环与日历寿命、抗滥用能力电池系统层级电芯Cell、电池模组Module、电池包Pack、电池系统System性能比较需统一测试条件，并区分单体、模组、电池包与系统指标。充放电制度充放电制度是电池充、放电时采用的规程，主要规定电流或倍率、环境温度、初始温度和截止条件。这些条件会影响容量、寿命和安全性。充电速率以充电时率或倍率表示充电速度，决定充入电量所需的时间。放电速率以放电时率或倍率表示放电速度，规定放电电流与持续时间。环境与初始温度环境温度是充放电时的外部温度，初始温度是电池开始工作时的温度。截止条件达到规定电压或其他终止条件后结束充放电，防止过充和过放。倍率换算1C约1h，2C约0.5h，0.5C约2h。上述换算对应恒流条件，充电过程还可能包含恒压阶段。充电规程锂离子电池可采用恒流—恒压或分阶段充电，根据电压、SOC和温度调整电流，兼顾充电速度、寿命与安全。电压电池电压是正、负极之间的电位差，单位为V。不同状态下的电压具有不同含义，反映电池的电化学体系、荷电状态与工作条件。理论电压正、负极平衡电极电位之差，表示电化学反应可提供的理论电压。开路电压外电路断开时的端电压，与SOC、电池体系、温度和静置时间有关。工作电压电池输出或接受电流时的端电压。放电时也称负载电压或放电电压。标称电压用于识别电池类型的代表性电压近似值，电池工作时电压会发生变化。截止电压规定充电或放电结束的上、下限电压，用于防止过充和过放。常见单体标称电压：铅酸电池2.0V，镍氢电池1.2V，磷酸铁锂电池3.2V，三元及钴酸锂等锂离子电池通常为3.6～3.7V。容量电池容量是充满电的电池在指定条件下放电至截止电压时输出的电量，单位为A·h。容量表示可输出多少电荷，与电池能量的含义不同。恒流放电的容量计算

Q为放电容量，单位A·h。I为恒定放电电流，单位A。t为放电时间，单位h。影响实际容量的条件放电电流、温度、截止电压及老化状态都会影响可释放电量，因此容量数值需与测试条件同时说明。理论容量：全部活性物质参加反应时，按法拉第定律计算的容量极限。i小时率容量：恒流放电i小时，恰好达到截止电压时输出的电量。额定容量：制造商标明的规定条件下应放出的容量，是质量评价的指标。实际容量：充满电的电池在实际规定条件下能够输出的电量。剩余容量：电池使用后，在规定放电率与温度下仍可放出的电量。能量与能量密度电池能量是规定放电制度下输出的电能，单位为W·h或kW·h。能量密度表示单位质量或单位体积可输出的能量，用于比较轻量化和空间利用水平。电池能量理论能量：活性物质全部利用，电压保持理论电压时输出的能量。

C₀为理论容量，E为理论电压。实际能量：实际容量与平均工作电压的乘积。

C为实际容量，Ū为平均工作电压。能量密度质量能量密度：单位质量输出的能量，单位为W·h/kg。

体积能量密度：单位体积输出的能量，单位为W·h/L。

m为电池质量，V为电池体积。功率与功率密度电池功率表示单位时间内输出或输入的能量，单位为W或kW。输出功率影响加速与爬坡，输入功率影响充电及制动能量回收能力。电池功率

W用W·h、t用h时，P的单位为W。功率也可由工作电压与电流的乘积计算。质量功率密度

单位质量可提供的功率，单位为W/kg，反映电池的比功率水平。体积功率密度

单位体积可提供的功率，单位为W/L，用于比较空间利用与功率输出。影响高功率性能的主要因素内阻与极化：影响电压损失和发热，制约输入与输出功率。材料与电极工艺：电化学活性、导电性、颗粒特征和电极结构影响反应速率。温度与系统结构：工作温度、汇流连接、电极面积和热管理影响持续功率。荷电状态与放电深度荷电状态SOC表示剩余电量的比例，放电深度DOD表示已经放出电量的比例。二者都用百分数表示，是电池运行状态与寿命评价的重要参数。荷电状态SOC电池剩余容量占所选容量基准的百分比。采用额定容量C作为基准时，可利用电流积分计算SOC变化。

SOC₀为初始荷电状态。电流I充电时为正，放电时为负。I用A、时间用h、C用A·h。放电深度DOD已放出的电量与容量基准的比值。放电深度越大，单次使用的电量越多，对循环寿命的影响也更明显。

分子表示已经放出的电量。从满电状态放电、采用相同容量基准时：

例如：从满电状态放出30%的容量时，DOD为30%，SOC为70%。充放电效率与自放电电池在充放电过程中存在能量损失。库仑效率衡量电量利用程度，能量效率还考虑充放电电压差异，二者含义不同。库仑效率放电时释放的电量与充电时充入电量的比值，也称容量效率。

C为容量，下标d表示放电、c表示充电。能量效率放电输出能量与充电输入能量的比值，受到容量损失及平均电压差的影响。

W为能量，下标d表示放电、c表示充电。自放电电池未连接外部负载时，仍会因内部反应逐渐损失电量。自放电率表示规定时间内损失电量的比例。单体自放电过大或一致性较差，会降低电池包的可用能量，可通过静置电流或开路电压变化进行检测。失效、记忆效应与内阻电池失效表现为性能达不到规定水平，内阻变化可反映输出能力与老化状态。记忆效应则与特定电池体系及长期循环方式有关。电池失效可逆失效：通过一般恢复措施，能够恢复全部或部分性能。不可逆失效：采用一般恢复措施后，性能仍无法恢复。记忆效应长期特定浅充浅放循环可能引起容量损失和放电电压下降。镍镉电池表现明显，镍氢电池较弱，锂离子和铅酸电池无典型记忆效应。电池内阻欧姆内阻：来自电极、电解液、隔膜和连接接触电阻。极化电阻：与电荷转移、浓差极化及离子扩散过程有关。变化规律与测量方法内阻随SOC、温度和老化状态变化，增大会加重发热并降低功率能力。AC阻抗：常用1kHz交流测量。DC内阻：采用脉冲电流测量。EIS：测量不同频率下的阻抗响应。环境适应性、寿命与安全动力电池需要适应温度与贮存条件，保持长期可用性能，并承受异常工况。评价时应同时关注环境性能、循环与日历寿命、抗滥用能力。低温环境测试示意环境适应性低温能力：用低温放出容量与常温容量的比值评价。贮存性能：关注温度、SOC与贮存时间引起的可逆和不可逆衰减。电池循环测试示意使用寿命循环寿命：容量降至规定限值前的循环次数，常用80%容量作为终止条件。日历寿命：使用与搁置条件下的综合寿命，通常以年计。机械挤压测试示意安全性能抗滥用能力：对短路、过充、过放、振动、碰撞、挤压及高温等异常情况的容忍程度。系统评价还需考虑防护和热管理。电池系统层级动力电池按集成程度分为电芯、模组、电池包和电池系统。各层级包含的结构与功能逐步增加，指标的评价对象也相应变化。电芯Cell电化学能量转换的基本单元，由电极、隔膜、电解质、外壳和端子组成。常见封装有圆柱、方形和软包。模组Module多个电芯经串联或并联组成的物理组合。串联提高电压，并联提高容量及电流承载能力。电池包Pack由电芯或模组集成，包含结构壳体、电连接、热管理和BMS等，形成可交付的电池产品。系统System由电池包及高压接触器、保护与控制部件等构成，实现与整车连接并对外提供电能。BMS的主要作用：采集电压、电流和温度，估算SOC，执行均衡、故障诊断与保护。电池包与系统还需考虑连接、结构、热管理和安全防护带来的质量与体积。3.3电动车辆对电池性能的要求纯电平台示意图动力电池包纯电动汽车（BEV）电池是唯一的车载驱动能源，系统首先要兼顾续驶里程与安全。容量与布置可用电量增加通常有利于续驶里程，但电池包的质量和体积也会增加。输出与回收较低荷电状态下仍需提供驱动功率；制动时还要能吸收回馈能量。寿命与补能兼顾深度放电循环寿命、轻量化布置与快速补能。混合动力汽车（HEV）功率响应优先燃油仍是主要能量来源，电池通过电机提供辅助动力，容量通常小于纯电车型。短时放电加速、爬坡时需短时大功率放电，电池承担动力辅助。制动回收制动时快速吸收电能，充放电转换频繁，工作区间以浅循环为主。管理重点大电流脉冲容易引起温升，需重视热管理、循环寿命和状态估计。HEV电池模块示意图插电式混合动力汽车（PHEV）PHEV动力系统示意图纯电与混动兼顾可外接充电并以纯电模式行驶，也能在混合动力模式下工作。容量配置满足目标纯电续驶里程，同时控制电池质量对整车的影响。低电量动力在较低荷电状态下，仍需保持动力输出和制动回馈能力。系统管理电池管理系统覆盖两种模式，兼顾热管理、充电控制与安全保护。增程式电动汽车（REEV）电机驱动，增程器发电电机负责驱动车轮；增程器在需要时发电，为电池补充电能。能量与功率电池要支持纯电行驶，也要随加速、爬坡等工况快速响应输出。充放电协同增程器发电、驱动放电和制动回馈交替出现，需合理匹配功率。寿命与热管理频繁充放电要求较长的循环寿命，并需控制温升。增程构型示意图不同车型的电池性能侧重点动力形式决定电池的能量、功率和循环工况侧重BEV纯电动汽车电池承担全部驱动能量，先满足续驶里程；同时兼顾低电量下的功率、制动回馈和安全。HEV混合动力汽车发动机供能为主，电池承担短时功率交换；重视脉冲放电、快速回收、浅循环寿命和温控。PHEV插电式混合动力既要支持外接充电后的纯电行驶，又要保障混动状态下的动力，容量与功率需同时配置。REEV增程式电动汽车电机持续驱动，增程器发电补能；电池需匹配两者功率，并承受较频繁的充放电。3.4电动汽车用电池的主要种类及特点电池种类与特点类型单体标称电压主要特点主要局限铅酸约2V成本低，结构成熟大电流放电性能较好比能量较低，循环寿命受限镍氢约1.2V功率性能好，耐用性较好具有较高回收价值比能量较低高温充电与热效应明显锂离子典型约3.2—3.6V比能量高，自放电低适于高电压系统集成需要精细安全保护资源与材料成本约束三类电池反映技术发展与不同应用需求，具体选型仍应结合工况。动力电池选型需要综合比较比能量、功率、安全、寿命与成本。3.4.1铅酸电池铅酸电池的结构于部件作用阀控式结构示例正极：二氧化铅

PbO₂负极：海绵状铅Pb电解液：稀硫酸H₂SO₄隔板：吸附玻璃纤维，兼具隔离与持液作用安全阀：释放异常气体单体标称电压：约2V分类：注水式与阀控式。图中玻璃纤维隔板适用于吸附式阀控电池。正负极参与反应，隔板隔离电子，端子连接外电路，安全阀控制气压。铅酸电池的充放电反应与SOC负极正极总反应SOC/%酸密度/(g/cm³)开路电压/V1001.2602.11871.2402.09751.2202.07621.2002.05501.1802.03371.1602.01251.1401.99121.1201.9701.1001.95放电酸浓度降低，充电反向恢复。2.8充分静置后的开路电压或酸密度可辅助估计SOC，需考虑温度与标定条件。3.4.1铅酸电池

铅酸电池的实际容量与放电率容量与工况额定容量：规定条件下的标称值。实际容量：给定温