第2章电动汽车基本结构与工作原理

第2章电动汽车基本结构与工作原理•2.1电动汽车驱动原理的分类•2.2纯电动汽车•2.3混合动力电动汽车•2.4插电式混合动力电动汽车•2.5燃料电池电动汽车•2.6电动汽车的结构•2.7电动汽车的行驶性能2.1电动汽车驱动原理的分类电动汽车：主要以动力电池为能量源、全部或部分由电机驱动的汽车。电动汽车纯电动汽车（EV）燃料电池电动汽车（FCEV）混合动力电动汽（HEV）插电式（PHEV）非插电式1、概念：利用动力电池作为储能动力源，通过动力电池向驱动电机提供电能，驱动电机运转，从而推动电动汽车前进的一种新能源汽车。2.2纯电动汽车吉利EC7-EV2、基本结构蓄电池逆变器驱动电机驱动轴由机械、电子、能源、计算机、信息技术等集成1、混合动力汽车：指汽车传动系统由两个或多个能同时运转的单个动力传动系统联合组成的汽车。2、混合动力电动汽车：其中一个动力传动系统为纯电动汽车动力传动系统的混合动力汽车。2.3混合动力电动汽车（1）串联式混合动力电动汽车蓄电池逆变器驱动电机驱动轴发电机发动机单一的动力装置，两个以上能量源发动机发电机电动机驱动桥电池组控制器机械连接电气连接串联式驱动系统示意图图2-29CoasterSHEV的外形图串联式典型车型介绍图2-30CoasterSHEV结构布置（2）并联式混合动力电动汽车采用发动机和驱动电机两套独立的驱动系统驱动电机单独驱动发动机单独驱动发动机和驱动电机混合驱动并联式驱动系统结构示意图电动机驱动桥电池组机械连接电气连接电动机控制器发动机动力复合装置并联式驱动系统的组合驱动方式EBMEBMEBMEBM(a)CR-Z并联式典型车型介绍(b)混合动力版飞度（c）Insight(d)混合动力版雅阁（第七代）图2-32本田第四代IMA系统外形图（3）混联式混合动力电动汽车内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构两个电机系统：发电机和电机驱动系统混联式驱动系统结构示意图电动机驱动桥电池组机械连接电气连接控制器发动机动力复合装置发电机动力电池组驱动电机车轮发电机发动机油箱离合器车轮开关混联式混合动力电动汽车离合器打开：简单的串联式离合器接合，发电机不工作：简单的并联式离合器接合，发电机工作：复杂的混联式功率分流混联式混合动力电动汽车利用行星轮系功率分流。3个自由度：发动机、发电机及驱动轴分别于行星轮系的3个轴相连。发动机动力一部分到驱动轴，一部分到发电机。动力电池组驱动电机车轮行星轮系发动机油箱车轮发电机混联式典型车型介绍福特翼虎PSHEV结构简图1、概念：可以利用电力网（包括家用电源插座）进行补充充电的的混合动力电动汽车。2.4插电式混合动力电动汽车2、特点（1）低噪声、低排放（2）介于常规混合动力和纯电动之间（3）利用晚间“谷电”，降低使用成本（4）动力电池需具备深充和深放的能力1、组成：燃料电池发动机、燃料存储装置、驱动电机、动力电池组等。2.5燃料电池电动汽车燃料电池发动机控制系统驱动电机驱动轴电池组燃料桶燃料电池电动汽车的基本结构DC/AC逆变器电动机车轮车轮DC/AC变换器辅助动力源DC/DC变换器燃料电池DC/AC逆变器电动机车轮车轮DC/AC变换器辅助动力源燃料电池燃料电池系统驱动电动机传动系纯燃料电池驱动的FCEV结构简图燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的FCEV结构简图燃料电池系统驱动电动机传动系蓄电池FC+C动力结构图燃料电池系统加湿氢气瓶冷却系统超级电容加湿空气供给系统电机燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动的FCEV燃料电池系统驱动电动机传动系蓄电池超级电容燃料电池电动汽车能量储存与转化系统示意图2、燃料电池：氢气和氧气（或空气）在催化剂的作用下直接经电化学反应产生电能的装置。3、燃料电池特点：（1）能量转化效率高（2）不污染环境【燃料电池电动汽车车型实例】帕萨特领驭燃料电池车外形图帕萨特领驭燃料电池车动力源2.6电动汽车的结构2.6.1基本构成电动汽车与燃油汽车相比：（1）能量传递方式不同（2）驱动系统的布置不同（3）储能装置不同三个子系统：1、电驱动子系统：电子控制器、功率转换器、电机、机械传动装置和驱动车轮。2、能源子系统：主电源、能量管理系统和充电系统。3、辅助控制子系统：具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能。整车控制器机械传动装置功率转换器电机能量管理系统能量源辅助动力源动力转向单元温度控制单元能量单元车轮车轮辅助控制子系统主能源子系统电力驱动子系统转向盘制动踏板加速踏板2.6.2电驱动的结构形式（1）最简单的电动汽车电驱动系统由驱动电机、离合器、齿轮箱和差速器组成C：离合器D：差速器GB：变速器M：驱动电机（2）无变速器传动系统变速器被固定速比减速器取代，且省去离合器。D：差速器FG：固定速比减速器M：驱动电机省重量和体积；减少换挡带来的控制难度。（3）驱动电机、固定速比减速器和差速器合为一体，布置在驱动轴上。与第二种传动系统相似。D：差速器FG：固定速比减速器M：驱动电机驱动传动系统被大大简化和集成化。（4）无机械差速器的传动形式在第三种的基础上，差速器被两个独立的牵引电机所代替。FG：固定速比减速器M：驱动电机曲线行驶时，两侧电机速度不同。MMFGFG（5）驱动电机直接驱动车轮在第四种的基础上，取消了牵引电机和车轮之间的传动轴。FG：固定速比减速器M：驱动电机FGFGMM（6）双轮毂电机驱动轮毂电机的外转子直接接在驱动轮上。驱动电机转速控制与车轮转速控制融为一体。M：驱动电机MM2.6.3储能装置的结构形式（1）动力电池系统作为唯一能量源为电动汽车提供动力该结构的储能和控制简单；但对动力电池要求苛刻B：动力电池P：功率变换器选择比能量和比功率较高的动力电池，保证续驶里程、加速性和爬坡能力。BP（2）同时采用高比能量和高比功率的动力电池作为混合能量源。B：动力电池P：功率变换器BPB2.7电动汽车的行驶性能2.7.1驱动力和行驶阻力1、驱动力：推动汽车前进的外力0gttMiiMFrr机械传动装置：与驱动电机输出轴有运动学联系的减速齿轮变速器、传动轴以及主减速器等机械装置。机械传动效率：（1）单排行星减速器：0.97-0.98（2）万向传动轴：0.98电动机的转矩特性：9549MMnP在原动机的工作转速范围内，转矩与转速成反比。2、行驶阻力：即外阻力tfwijFFFFF汽车行驶方程式:fF滚动阻力:wF空气阻力:jF加速阻力:iF坡道阻力cos=fFGffF（1）滚动阻力橡胶轮胎的弹性迟滞形成的能量损失wF（2）空气阻力221.25=DawCAvF空气动力在汽车行驶方向上作用的分力，与气流相对速度的动压力成正比。sin=iFGiF（3）坡道阻力重力沿上坡路面的分力阻止汽车前进。=tan=hsi坡度：坡度角的正切值。一般路面的坡度角很小，可以近似地认为：sin=iFGGijF（4）加速阻力jGdvgdtF2.7.2驱动力与行驶阻力的平衡tfwijFFFFF电动汽车在行驶过程中，驱动力与行驶阻力始终保持平衡：2.7.3动力性评价参数1、最高车速：无风条件下，在水平、良好的路面上所能达到的平均最高车速。2、加速能力：用汽车原地起步的加速能力和超车加速能力表示，评价指标是加速时间和加速距离。3、爬坡能力：在良好的路面上，以低车速上坡的最大坡度，坡度值一般用百分比表示。2.7.4续驶里程电动汽车上动力电池组充满一次电后的最大行驶里程。电动汽车经济性=预定行驶规范所走的续驶里程/蓄电池再充电恢复到原充电状态所需的交流电能量。续驶里程S：S=E/e=E/e0mE：充满电的总能量e：单位里程能耗e0：电动车质量为m，每吨的比能耗，等于e/m（只能估算）1、续驶里程的计算方法（1）环境状况（3）电动汽车的总质量2、续驶里程的影响因素（2）环境温度（4）辅助装置的能量消耗（5）电池的性能2012年11月5日，中国首款量产纯电动汽车上汽荣威E50于上海世博会议中心横空出世，这款基于全新平台自主开发的纯电动汽车实现了国内纯电动汽车产业化的一次重大突破。2019/8/14这款纯电动轻型车，4门4座设计，采用锂离子动力电池，永磁同步直流电机，百公里耗电10度。电池可以2000次的满充满放，使用寿命为5年，一次充电续驶里程160Km，最高时速130Km/h，最大功率50kW。在快速充电情况下，15分钟即可充满电池容量的80%。2008年北京车展，2009年上海车展长城自主电动小型车欧拉海马Me于2009年上海车展正式推出。酷似奔驰Smart,又与比亚迪F0有几分相像。采用两门设计，电力驱动由大功率、高能量的锰酸锂电池组提供电能。电能费用只有同级别汽油机汽车燃油费用的1/5，使用方便快捷、一次电池充电时间4-5小时；目前一次充电续航能力在120公里以上，时速超过80公里。纯电动微型轿车比亚迪E6纯电动车四驱轿车，外观融合了SUV和MPV的特点。尺寸为4554*1822*1630mm，轴距达到2830mm。内部设五座。E6的动力电池和启动电池均采用比亚迪自主研发生产的ET-POWER铁电池，可使用220V民用电源慢充，快充为3C充电，15分钟左右可充满电池80%。续驶里程超过300公里，2010年在世界上续驶里程最长。百公里加速时间在10秒以内，最高车速可达160km/h以上，而百公里能耗为18度电以内，只相当于燃油车1/3至1/4的消费价格。和悦，采用双动力系统，将控制发电机和电动机两种混合力量相结合的先进技术，降低了油耗及排放，极大地提高了动力和操纵性，既可充电又可加油，实现了真正意义上的双动力混合系统。在动力上以电为主，以油为辅，当动力电池电量低于某一定值后，内燃机起动发电机发电，与同类型燃油车相比可降低燃油消耗30%。当内燃机工作时可驱动发电机发电，从而满足整车高速行驶时的电量平衡。在动力方面，和悦混合动力车最高车速能达到每小时120公里，最大爬坡度大于30度，如果纯电力行驶，可驶里程超过50公里。大众新途锐混合动力版使用了一台245kw的3.3升V6发动机，配合一台可以产生34kw的电动马达，总共产生280kw的功率和580N.m的扭矩，百公里加速时间6.5秒，百公里油耗为6.8升。而大众宣称其可以在纯电力驱动模式下，帮助车子加速到48km/h。奔驰S400hybrid搭载一款275马力的3.5升V6汽油发动机与一款20马力的电动机，这是一款“轻型”混合动力车的车型。该车能够获得19mpg（英里每加仑）市区/24mpg高速路的EPA燃油经济性。而S级车型阵容中的另一款车型S550的燃油经济性为14mpg市区/21mpg高速路的燃油经济性。装备7G-Tronic7速自动变速箱，2010款奔驰S400混合动力车还能够在7.2秒的时间内完成0-62英里/小时的提速过程。最高时速被电子限定在156英里/小时。