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2019/10/2新能源汽车驱动电机与控制技术全国交通运输职业教育高职新能源汽车运用与维修专业规划教材2019/10/2新能源汽车概述电机学基础知识新能源汽车驱动电机构造原理与检修新能源汽车驱动电机与控制技术新能源汽车其他类型电机结构原理检修模块一模块二模块三模块四模块五项目一新能源汽车概述新能源汽车的分类纯电动汽车混合动力汽车国内外新能源汽车的发展技能实训123451.时间要求：建议20学时。2.知识目标：了解不同类型新能源汽车的特点及典型代表；熟悉各种类型新能源汽车的特点结构组成及工作原理。3.技能目标：能描述电机驱动控制系统的工作原理；能指认纯电动汽车及混合动力汽车的各部件；能完成混合动力汽车断电操作。学习目标一、新能源汽车的分类随着传统能源的逐渐枯竭，各大汽车公司的研究机构开始研发新能源汽车。新能源汽车一般来说是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，或是使用常规的车用燃料而采用新型车载动力装置的汽车，电动汽车、氢能源动力汽车、太阳能汽车、替代能源（天然气、乙醇等）汽车等，这些都属于新能源汽车的范畴。通常可以分为纯电动汽车，混合动力汽车，还有燃料电池汽车。一、新能源汽车的分类纯电动汽车纯电动汽车(ElectricVehicle,EV)，是完全由可充电电池提供动力源的汽车。纯电动汽车与内燃机汽车在外表上没有什么区别：两种汽车的转向装置、悬架装置及制动系统基本上也是相同的，它们都采用橡胶轮胎，车轮与地面之间相互接触，并产生相互作用，进而实现车辆的不同的工况。因此，电动汽车的操纵稳定性、平顺性及通过性与内燃机汽车完全相同。电动汽车本身除具有再生制动性能外，与内燃机汽车的制动性能也是相同的。纯电动汽车与燃油汽车的主要区别在于驱动系统不同。纯电动汽车用电动机驱动，用蓄电池、燃料电池、超级电容或高速飞轮等作相应的能源。能量供给和消耗与蓄电池的性能密切相关，直接影响电动汽车的动力性、续驶里程和成本效益。一、新能源汽车的分类纯电动汽车混合动力汽车（HybridVehicle）是指车辆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统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车（HybridElectricVehicle,HEV），即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电动机作为动力源，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。一、新能源汽车的分类混合动力汽车混合动力汽车使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。蓄电池使用的有铅酸电池、镍锰氢电池和锂电池，以及氢燃料电池。混合动力汽车的动力总成主要包括发动机、发电机、电动机/发电机、蓄电池（电容）及变速器等。一、新能源汽车的分类混合动力汽车一、新能源汽车的分类燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车（简称燃料电池汽车，FCHEV）是利用氢气等燃料和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能。燃料电池电动汽车有其独特的优势，比如能量转化率高、零排放、不污染环境等。燃料电池电动汽车是以电力驱动为唯一的驱动模式，在结构组成上，燃料电池汽车仍然保留了传统内燃机汽车的车身形式系统，不同之处在于它的动力驱动系统。燃料电池汽车还包括对氢气存储罐或甲醇改制系统、燃料电池发动机系统、电气控制系统和电动机驱动系统等。这些核心部件的布置不仅要考虑布置方案的优化及零部件性能实现的便利，还必须考虑氢泄漏等传统汽车所不具备的安全性问题。一、新能源汽车的分类燃料电池电动汽车纯电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于纯电动汽车具有以下几个独特的特点：纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和传动轴传递的。纯电动汽车驱动系统的布置不同，采用不同类型的电动机，会影响到纯电动汽车的质量、尺寸和形状。不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构。二、纯电动汽车纯电动汽车的结构主要由电机驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电机驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同。所以电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同点。二、纯电动汽车纯电动汽车的结构二、纯电动汽车汽车底盘行驶系包括车桥、车架、悬架、车轮与轮胎，其中车桥如采用轮毂电动机驱动也就省去了；车架是整个汽车的装配基体，其作用主要是支承连接汽车的各零部件，承受来自车内和车外的各种载荷；悬架是车架（或车身）与车轮(或车桥)之间的一切传力连接装置的总称，它主要由弹性元件、减振器和导向机构等组成；车轮主要由轮辋、轮辐等组成，其内部还需安装制动器，还可能需要安装轮毂电机。二、纯电动汽车汽车底盘转向系包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等，它按能源不同被分为机械转向系和动力转向系两大类，机械转向系与传统汽车的完全一致。制动系由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个基本部分组成，按其功用不同，被分为行车制动系、驻车制动系、应急制动系和辅助制动系等。纯电动汽车由于可利用电动机实现再生制动进行能量回收，并且还可利用电磁吸力实现电磁制动。汽车底盘是整个汽车的基体，不仅起着支承蓄电池、电动机、驱动控制器、汽车车身、空调及各种辅助装置的作用，同时也将驱动电机的动力进行传递和分配，并按驾驶员的意图行驶。对纯电动汽车其传动系根据所选驱动方式不同，不少被简化或干脆省掉。二、纯电动汽车汽车底盘电机驱动控制系统的组成分为车载电源模块、电机驱动主模块和辅助模块三大部分。二、纯电动汽车电机驱动控制系统二、纯电动汽车车载电源模块车载电源模块主要由蓄电池电源，能源管理系统和充电控制器三部分组成。1）蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组成，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用电动机类型不同，其要求的电压等级也不同，为满足该要求，可以用多个低压蓄电池模块串联成96到384V的高压直流电池组，再通过DC/DC转换器供给所需要的不同的电压，也可按所需的电压要求等级直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组，不过这样会给充电和能量管理带来相应的麻烦。二、纯电动汽车车载电源模块工作中，高压蓄电池会分两路为汽车提供电能。首先通过高压控制盒，输出一路几百伏直流电，供驱动电机、空调压缩机、PTC加热器，另一路输出到DC/DC，经转换为12V或24V低压电，向低压蓄电池充电，及向动力转向单元、制动力调节控制单元、照明、车身电气等提供电能。2）能源管理系统的主要功能是在汽车行驶过程中分配能源，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大的限度的得到利用。提高纯电动汽车的续航能力。能源管理系统还需要充电控制器一同控制充电，为提高蓄电池性能的稳定性和延长使用寿命，需要实时监测电源的使用情况，对蓄电池状态参数进行检测，并按照蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，通过限流控制，避免蓄电池过充放电，对有关参数进行显示和报警，其对信号流向辅助模块的驾驶室显示操纵台，以便驾驶员随时掌握并配合其操作，按需要及时对蓄电池充电并进行维护保养。二、纯电动汽车车载电源模块3）充电控制器是把电网供电制式转化为蓄电池充电要求的制式，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按照充电方式控制其充电电流，充电器开始充电时为恒流充电阶段，当电池电压上升到一定值的时候，充电器进入恒压充电阶段，输出电压维持在相应值，充电进入恒压充电阶段后，电流逐渐减小。当充电电流减小到一定值时，充电器进入涓流充电阶段，还有的采用脉冲式电流进行快速充电。二、纯电动汽车车载电源模块电力驱动组模块主要由中央控制单元、驱动控制器、电动机、机械传动装置组成。在纯电动汽车上将加速踏板、制动踏板的机械位移量转换成相应的电信号，输入到中央控制单元来对汽车的行驶实行控制。对于离合器，除了传统的驱动模式采用外，其他驱动结构就都省去了。而对于挡位变速杆，为遵循驾驶员的传统习惯，一般仍需保留有前进、空挡和倒退三个挡位，并且以开关信号传送到中央控制单元来对汽车进行前进、停车和倒车控制。二、纯电动汽车电力驱动组模块二、纯电动汽车电力驱动组模块1）中央控制单元作为是电力驱动组模块的控制中心，其根据加速踏板与制动踏板的输入信号向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行起动、加速、降速和制动控制。在纯电动汽车降速和下坡滑行时，中央控制器配合车载电源控制的能量管理系统进行发电回馈，使蓄电池反向充电。对于汽车行驶状况有关的速度、功率、电压、电流以及相关的故障信息还需传输到辅助模块的驾驶室显示控制台进行相应的数字或模拟显示，也可通过液晶屏幕来提高其信息量。二、纯电动汽车电力驱动组模块2）驱动控制器的功能是按照中央控制单元的指令、电动机的速度和电流反馈信号，对电动机的速度驱动转矩和旋转方向进行控制。驱动控制器与电动机必须配套使用，目前对电动机的调速主要采用调压、调频的方式，这主要取决于所选用的驱动电动机类型。由于蓄电池以直流电方式供电，所以对直流电机主要是通过DC/DC转换器进行调压调速控制的。而对于交流电动机则需要通过DC/AC转换器进行调频调压矢量控制。对于磁阻电动机则是通过其脉冲频率来进行调速的。当汽车进行倒车行驶时，需通过驱动控制器使电机反转来驱动车轮反向行驶。当纯电动汽车处于加速和下坡滑行时，驱动控制器是电动机处于发电状态，电动机利用其惯性发电，将电能通过驱动控制器回馈给蓄电池，因此驱动控制器与蓄电池电源的电能流向是双向的。二、纯电动汽车电力驱动组模块二、纯电动汽车电力驱动组模块3）电动机。电动机在纯新能源汽车中要求承担着电动和发电的双重功能，即在正常行驶时发挥其主要电动机功能，将电能转化为其机械能旋转，而在降速和下坡滑行时又被要求进行发电，将车轮的惯性动能转化成电能，在汽车在起步和上坡时要求有较大的起动转矩和相当的短时过载能力，并有较宽的调速范围和理想的调速特性，即在起动低速时为恒转矩输出，在高速时为恒功率输出。电动机与驱动控制器所组成的驱动系统是纯电动汽车中最为关键的部件，纯电动汽车的运行性能主要取决于驱动系统的类型和性能。二、纯电动汽车辅助模块辅助模块包括辅助动力源、动力转向单元、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。各个装置的功能与传统汽车的基本相同，其结构原理依纯电动汽车的特点和需求有所区别。1）辅助动力源。辅助动力源是供给纯电动汽车其他各种辅助装置所需的动力电源。2）动力转向单元。转向装置是为实现汽车的转弯而设置的，它由转向盘、转向器、转向机构与转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向器、转向机构和转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。电子控制动力转向系主要有电控液力转向系和电控电动转向系两类。另外，为配合转弯时左右两侧车轮有相应的差速要求，还需同时控制电子差速器协调工作。二、纯电动汽车辅助模块二、纯电动汽车辅助模块3）驾驶室显示操纵台。类同于传统汽车驾驶室的仪表盘，不过其功能根据纯电动汽车驱动的控制特点有所增减，其信息指示更多地选用数字或液晶屏幕显示。它与前述电机驱动主模块中的中央控制单元结合，用计算机进行控制。4）辅助装置。纯电动汽车的辅助装置主要有照明、各种声光信号装置、车载音响设备、空调、刮水器、风窗除霜清洗器、电动门窗、电控玻璃升降器、电控后视镜调节器、电动座椅调节器、车身安全防护装置控制器等。主要是为提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的。1.纯电动汽车的优点:（1）环保。（2）运行费用低。（3）噪声小。（4）节能。（5）结构简单，维护方便。（6）加速快。2.纯电动汽车的缺点:（1）充电难。（2）续航里程短。（3）充电慢。（4）售后服务有待加强。二、纯电动汽车纯电动汽车的特点三、混合动力汽车混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上