电动汽车概述

电动汽车技术主讲人：卞利云电动汽车技术•本课程教学安排•课程性质：系定选修课•总计学时：32/2•教学形式：课堂理论教学•成绩构成：期末考试占70%；平时成绩占30%。本课程主要内容•第一章电动汽车概述•第二章整车行驶工况与性能匹配•第三章电动汽车能源系统•第四章电动汽车的电机驱动系统•第五章电动汽车电气系统•第六章纯电动车辆•第七章混合动力电动汽车•第八章电动汽车的整车控制和电动化部件•第九章充电装置与基础设施第一章电动汽车概述本章主要内容：电动汽车发展的背景；电动汽车的定义和分类电动汽车的特点电动汽车发展历史电动汽车发展的关键技术电动汽车发展的背景•汽车工业的发展•世界人口和汽车的增长趋势如图所示，今后15年，世界人口将由70亿增加到80亿。汽车产量将由1亿突破12亿大关。每七个人中就有一个人拥有一辆汽车。电动汽车发展的背景•汽车工业的发展带来的问题•汽车工业的发展给我们的生产生活提供便利，促进了经济的发展。于此同时也给我们的生活带来了严重的问题。•汽车工业的发展引发的能源、环境和气候变化等问题引起了国家和社会的广泛关注。电动汽车发展的背景•汽车发展带来的能源问题•能源是国家重要的战略物资，从全球的能源结构来看，石油占主导，石油面临供应短缺。根据已探明的世界石油总储量估计，全世界的石油资源仅能供人类充分使用43年左右，而且世界范围内的石油产量已在2010年前后达到峰值。•在能源问题方面，汽车是能源消费的大户，据美国《商业周刊》报道，目前美国每天消耗的2000万桶石油中，2/3用在了汽车上，随着全世界汽车保有量的急剧增长，汽车的能源消费与有限的石油资源供应的矛盾日益突出。电动汽车发展的背景•汽车发展带来的环境问题•主要表现在三个方面，空气质量，热岛效应，噪声污染。•我国大城市60%的CO、50%的NOx、30%的CH污染均来源于机动车的尾气排放。城市中80%的噪音污染由交通车辆造成，我国有56个城市的交通噪音平均达到74dB，远远超过国家规定的标准。机动车尾气排放集聚引起的“热岛效应”已导致城市温度平均升高2~4℃。电动汽车发展的背景•汽车工业的发展带来的气候变化的问题•世界石油能源消耗所产生的温室气体排放持续增长，导致了全球气候变化严重危及生态安全。未来经济发展还面临控制CO2排放量的巨大压力。温室气体排放无疑成为汽车工业发展的又一重大问题。二氧化碳排放与温室效应电动汽车的发展应运而生•面临能源枯竭、大气污染和气候变化的多重威胁，包括美国、日本和欧洲在内汽车发达国家，投入大量精力研究电控技术和代用燃料技术，相继制定出日益严格的燃油消耗和汽车排放的法规。在一定程度上改善了汽车发动机的经济性和排放性。而传统汽车由于发动机自身技术的局限难以满足这些法规的要求，它们率先对新能源汽车进行了研究。•全球各大知名汽车厂商（通用、丰田、现代、大众等）都投入大量资金和技术到新能源汽车的研发和制造当中，其中包括燃料电池汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢能汽车、太阳能汽车等。•近年来，电动汽车已被世界公认为21世纪汽车工业改造和发展的主要方向。电动车技术优点•从环保的角度来看，电动汽车是接近零排放的市区交通工具，即使涉及发电厂增加的排气,总量上看，它也将使空气污染大大减少。•从能源的角度来看，电动汽车将使能源的利用多元化（例如可使用各种再生能源）和高效化，达到能源的可靠、均衡和无污染地利用的目的•在改善交通安全和道路使用方面，电动汽车更容易实现智能化。电动汽车的发展将使集中考虑能源、环保和交通成为可能，而且，它对于促进高科技的发展、新兴工业的兴起以及经济的发展将产生深远的影响。传统汽车与电动汽车的比较••电机是电磁能量转换装置。电磁场是保守场，理想的电磁转换不消耗能量。驱动装置车载能源能量转换原理能量流损耗与效率复杂程度传统汽车内燃机燃油热力学化学能→（热能）→机械能30%十多辅助系统，上千零件电动汽车电机蓄电池电磁学电能→（磁能）→机械能90%几个辅助系统，百多零件传统汽车与电动汽车的比较电动汽车的技术可行性•由于电机技术、电池技术、计算机和控制技术的发展，相对于燃油汽车，电动汽车不仅仅具有环保性能上的优势，而且其操纵性、平顺性、安全性甚至动力性都能达到或超越。1.2电动汽车的定义和分类•电动汽车是指以车载电源为能量源，全部或者部分由电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。•按照目前的技术状态和车辆驱动•原理的不同，一般将电动汽车•划分为:•纯电动汽车(BEV，或EV)、•混合动力汽车(HEV)、•燃料电池汽车(FCEV)。纯电动汽车•纯电动汽车又名蓄电池电动汽车，是指完全由动力蓄电池提供电力驱动的电动车。其动力系统主要有蓄电池、驱动电机及其控制系统。纯电动汽车的特点•由于它的唯一能源为蓄电池，所以具有高效，节能，低噪音等特点，对于解决当今传统汽车所带来的污染环境和能源短缺的问题具有非常重要的意义。混合动力电动汽车混合动力电动汽车•混合动力汽车指能够至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车。—可消耗的燃料；—可再充的电能/能量储存装置。•通常指在传统的内燃机汽车基础上增加一套由驱动电机和动力蓄电池组成的辅助动力系统，由其其进行功率的平衡、耦合以及能量的再生与存储等，从而降低油耗和污染物的排放。混合动力电动汽车分类•按照动力耦合方式的不同，混合动力电动汽车可分为串联式、并联式、混联式和插电式等几种类型。串联式•车辆的驱动力只来源于电动机的混合动力(电动)汽车。结构特点是发动机带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。另外，动力电池也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。•有三个驱动装置，发动机，发电机，电动机，该种混合方式的车辆效率较低。并联式•并联式混合动力汽车（PHEV）：车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给的混合动力(电动)汽车。结构特点是并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。并联混合动力动力系统的机械构造混联式（双桥驱动）•混联式混合动力汽车（CHEV）：同时具有串联式、并联式驱动方式的混合动力(电动)汽车。结构特点是可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。•与串联式相比它增加了机械动力的传递路线，与并联式相比它增加了发电装置，使电动机的驱动功率更大一些•结构复杂成本高。插电式•可以使用电网力对动力电池充电的混合动力汽车，具有较长的纯电动车行驶里程，同时还能以混合动力工作，具有良好的燃油经济性。燃料电池电动汽车电动汽车的发展历史•1834年，ThomasDavenport制造了一辆电动三轮车，它由一组不可充电的干电池驱动，但只能行驶一小段距离。四年后RobertDavidson也造了一辆用干电池驱动的电动机车。•1881年在法国巴黎街上出现了世界上第一辆以可充电的电池为动力的电动汽车，它是法国工程师GustaveTrouve装配的以铅酸电池为动力的三轮车。•在美国，每年销售的4200辆汽车中有38%是电动汽车，22%是燃油汽车，40%是蒸汽机汽车。在当时，电动汽车是金融巨头的代步工具及财富的象征,一辆电动汽车的价格相当于今天的一辆RollsRoyce电动汽车的发展历史•19世纪末由马车改装而成的电动汽车，行驶在街道上。电动汽车的发展历史•英国的伦敦电动出租汽车公司1897年生产了15辆电动出租车电动汽车的发展历史•1900年之前，法国的BGS电动汽车一直保持着世界电动汽车行驶里程的最高记录，其续驶里程约达290km。•第一辆时速超过100km/h的汽车是电动汽车，它是一辆子弹头的电动赛车，在1899年5月创下速度为110km/h的记录电动汽车的发展历史•进入无马车时代以后，电动汽车就进入了一个商业化的发展阶段，此时的电动汽车有辐条车轮、充气轮胎、舒适的弹簧椅和豪华的车内装饰。到1912年，美国有34000辆电动汽车注册•1899~1916年期间，Baker电气公司是美国最重要的电动汽车制造厂之一。•1901~1920年，英国伦敦电动汽车公司生产了后轮轮毂电机式、后轮驱动、斜轮转向和充气轮胎的电动汽车。•1907~1938年期间，底特律电气公司生产的电动汽车不仅具有无噪声、清洁可靠的优点，而且最高时速达到40km/h，续驶里程为129km。•1900年发布的这辆Lohner-Porsche为FerdinandPorsche在1899年所设计的Hybrid油电混合动力车，车轮中央即为电动马达，概念非常先进。电动汽车的发展历史•电动机是电动汽车驱动的关键部件，同时它又帮助燃油汽车与电动汽车竞争对抗。•1911年，Kettering发明了汽车发动机起动机，使得燃油汽车对于依赖于方便驾驶的电动汽车司机来说更具吸引力，从此打破了电动汽车在市场的主导地位•而福特公司的出现彻底结束了电动汽车的生命，他大批量生产福特T型车，使其价格从1909年的850美元降到了1925年的260美元，因此加速了电动汽车的消失。而燃油汽车的续驶里程是电动汽车的2～3倍，且使用成本低，因而使得电动汽车的制造商想占领一定的市场份额已不可能。到20世纪30年代，电动汽车几乎消失了。电动汽车近三十年的发展•20世纪70年代的能源危机和石油短缺使电动汽车重新获得生机。•但是石油价格在20世纪70年代末开始下跌，在电动汽车成为商业化产品发展起来之前，能源危机和石油短缺变的不再严重。因而电动汽车的商业化失去了动力，电动汽车的发展显著变慢，开始走入低谷。电动汽车近三十年的发展•20世纪80年代，由于人们日益关注空气质量和温室效应所产生的影响，电动汽车的发展再次获得生机。20世纪90年代初，一些国家和城市开始实行更严格的排放法规。•1990年，美国加州大气资源管理局（CARB）颁布了一项法规，规定1998年在加州出售的汽车中2%必须是零排放车辆（ZEVs），到2003年零排放车辆应达到10%。受加州法规的影响，电动汽车迅速发展起来，虽然加州大气资源管理局1998年的目标没有实现。电动汽车近三十年的发展•汽车制造商在不断推动电动汽车技术的发展，并开始将电动汽车商业化。在世界范围内，尤其在美国、日本和欧洲，许多汽车生产商开始生产电动汽车或者涉及电动汽车领域•一些电力公司和电池生产商在电动汽车的示范中也起着积极的作用，其目的都是为了促进以充电电池为动力的电动汽车的商业化，最终获得商业利益•能源和环保机构也积极参与促进电动汽车技术的发展及其商业化的活动中。另外，一些研究所和大学不断研究电动汽车新技术，以使电动汽车能与燃油汽车相竞争。电动汽车的发展趋势与技术水平•通用公司开发的具有最先进的动力系统的1997双座EV1。该车为前轮驱动，采用一台102kW的三相感应电机，双级减速的单速驱动桥。EV1装备了由26个阀控铅酸电池组成的电池组，电池组可用6.6kW的非车载感应充电器或1.2kW的车载感应充电器进行充电。电动汽车的发展趋势与技术水平•1997尼桑四座ALTRAEV，该车采用重量仅为39kg的62kW永磁同步电机，对于目前的电动汽车电机而言，其功率质量比是最高的，1.6kW/kg。电动汽车的发展趋势与技术水平•福特公司的P2000车代表了福特公司在燃料电池电动汽车发展中所作的贡献。福特公司2000年研制出的这款四门轿车。电动汽车的发展趋势与技术水平•丰田公司开发的Prius，它是世界上第一种大批量生产的混合动力汽车。是发动机主动型混合动力汽车，需要功率分配装置，即行星齿轮装置，将一部分能量传到车轮，另一部分传给发电机。发电机输出的能量可用于增加电动机的输出功率，或者用于给38个镍氢动力电池充电。电动汽车的发展趋势与技术水平•日本本田公司开发的Insight，此款车于2000年10月上市，是发动机主动型混合动力系统，电池组可利用正常行驶的富裕功率和下坡时的再生制动能量充电。Insight是燃油效率最高的混合动力汽车，燃油经济性为26～30km／l，而且它能够满足加州超低排放标准。1.2电动汽车的特点•电动汽