纯电动汽车

HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第1页第4章纯电动汽车(一)4.1概述4.2纯电动汽车传动系统参数设计4.3纯电动汽车的续驶里程4.4纯电动汽车电池管理系统HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第2页4.1概述纯电动汽车是以电池为储能单元，以电动机为驱动系统的车辆。纯电动汽车的特点是结构相对简单，生产工艺相对成熟。缺点是充电速度慢，续驶里程短。因此适合于行驶路线相对固定，有条件进行较长时间充电的车辆。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第3页1.纯电动汽车分类1).按用途分类（1）纯电动轿车；（2）电动货车；（3）电动客车。2)．按驱动形式分类（1）直流电机驱动的电动汽车；（2）交流电机驱动的电动汽车；（3）双电机驱动的电动汽车；（4）双绕组电机电动汽车；（5）电动轮电动汽车。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第4页2.纯电动汽车组成与原理电动汽车主要由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。汽车行驶时，由蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。典型电动汽车组成框图HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第6页2.纯电动汽车组成与原理1)．电力驱动系统电力驱动系统主要包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮等。它的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第7页2.纯电动汽车组成与原理包括电动机驱动器、控制器及各种传感器，其中最关键的是电动机逆变器。电动机不同，控制器也有所不同。控制器将蓄电池直流电逆变成交流电后驱动交流驱动电动机，电动机输出的转矩经传动系统驱动车轮，使电动汽车行驶。有关电动机的相关内容已在第3章中介绍。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第8页2.纯电动汽车组成与原理2)．电源系统包括电源、能量管理系统和充电机等。它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。纯电动汽车的常用电源有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。纯电动汽车主要是指电池管理系统，它的主要功用是对电动汽车用电池单体及整组进行实时监控、充放电、巡检、温度监测等。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第9页2.纯电动汽车组成与原理3)．辅助系统主要包括辅助动力源、空调器、动力转向系统、导航系统、刮水器、收音机以及照明和除霜装置等。辅助动力源主要由辅助电源和DC/DC功率转换器组成。它的功用是向动力转向系统、空调器及其它辅助设备提供动力。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第10页3.纯电动汽车驱动系统布置形式（1）第一种与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器。只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第11页3.纯电动汽车驱动系统布置形式（2）第二种取消了离合器和变速器。优点是可以继续沿用当前发动机汽车中的动力传动装置，只需要一组电动机和逆变器。（3）第三种布置方式将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速和差速转换。驱动桥HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第18页4.纯电动汽车的特点（1）无污染，噪声低（2）能源效率高，多样化（3）结构简单，使用维修方便（4）动力电源使用成本高，续驶里程短HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第19页5.纯电动汽车的关键技术1)．电机及控制技术电动汽车的驱动电机属于特种电机，是电动汽车的关键部件。驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩，体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第20页5.纯电动汽车的关键技术变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。电动汽车再生制动控制系统可以节约能源、提高续驶里程，具有显著的经济价值和社会效益。再生制动还可以减少刹车片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第21页5.纯电动汽车的关键技术2)．电池及管理技术电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池要求比能量高、比功率大、使用寿命长，但目前的电池能量密度低，电池组过重，续驶里程短，价格高，循环寿命有限。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第22页5.纯电动汽车的关键技术3)．整车控制技术新型纯电动轿车整车控制系统是两条总线的网络结构，高速CAN总线每个节点为各子系统的ECU。低速总线按物理位置设置节点、基本原则是基于空间位置的区域自治。实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-Wire技术提供有力的支撑。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第23页5.纯电动汽车的关键技术4)．整车轻量化技术（1）通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能等车辆参数的整体优化，合理选择电池和电动机参数。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第24页5.纯电动汽车的关键技术（2）通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的重量。（3）积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。（4）利用CAD技术对车身承载结构件（如前后桥、新增的边梁、横梁等）进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第25页4.2纯电动汽车传动系统参数设计四个指标来评价：（1）起步加速性能车辆在设定时间内由静止加速到额定车速或走过预定的距离的能力。（2）以额定车速稳定行驶的能力对电动汽车来说，蓄电池和电动机应该能提供车辆以额定车速稳定行驶的全部功率需求，并且根据我国的道路状况至少能克服坡度为3%的路面阻力。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第26页4.2纯电动汽车传动系统参数设计（3）以最高车速稳定行驶的能力在电动汽车上，电动机发出的功率应该能够维持车辆以最高车速行驶。（4）爬坡能力电动汽车能以一定的速度行驶在一定坡度的路面上。另外，电动汽车的蓄电池所输出的电能和电量应该能够维持电动汽车在一定工况下行驶额定的里程。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第27页1.电动机参数设计电动机的功率包括额定功率和最大功率。电动机的功率不能选得太大，应该依照电动汽车的最高行驶车速、爬坡度和加速性能来确定电动机的功率。HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第28页1.电动机参数设计1)．根据汽车最高车速确定电动机功率已知电动汽车期望的最高车速，选择的电动机功率应大体上等于但不小于汽车以最高车速行驶时行驶阻力消耗的功率之和。式中，为整车质量（kg）；为滚动阻力系数；为迎风阻力系数；为迎风面积（㎡）；为最高行驶车速（km/h）。3maxmax761403600maxuACuMgfPDUMfDCAmaxuHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第29页1.电动机参数设计2)．根据汽车爬坡度确定电动机功率电动汽车以某一车速爬上一定坡度消耗的功率为式中，为电动汽车行驶速度（km/h）；为坡度。3)．根据电动汽车加速性能确定电动机功率aaDaiuMgiuACuMgfP36007614036003auiaaDaaudtduMuACuMgfP36007614036003HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第30页1.电动机参数设计22022111RiiIMRIMtgfw式中，为汽车旋转质量换算系数；为车轮的转动惯量（kg·m2)；为飞轮的转动惯量（kg·m2)；为车轮半径（m）；为变速箱传动比；为主减速器传动比。电动汽车电动机的额定功率为wIfIRgi0itaiUerPPPP}max{，，HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第31页2.传动系传动比设计电动汽车传动比的选择应该满足汽车最高期望车速、最大爬坡度以及对加速时间的要求。1)．传动系速比的上限传动系速比的上限由电动机最高转速和最高行驶车速确定。式中，为主减速器的传动比；变速器的传动比。maxmax377.0uRnigiii00igiHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第32页2.传动系传动比设计2)．传动系速比的下限由电动机最高转速对应的最大输出转矩和最大行驶车速对应的行驶阻力确定传动系速比下限为式中，为最高车速对应的行驶阻力；为电动机最高转速对应的输出转矩。由电动机的最大输出转矩和最大爬坡度对应的行驶阻力确定传动系速比下限为式中，为最大爬坡度对应的行驶阻力（N）；为电动机最大输出转矩（N·m）。maxmaxutuTRFimaxuFmaxuTmaxmaxTRFitimaxiFmaxTHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第33页3.电池组容量设计1)．由电动汽车所需的最大功率选择电池组数目蓄电池的携带能量必须大于或等于电动汽车的最大能耗，要求电池组数目为式中，为电动机的工作效率；为电动机控制器的工作效率；为单个电池组所包含的电池的数目。NPPnecebemaxmaxeecNHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第34页3.电池组容量设计2)．由续驶里程选择电池组的数目在汽车充电前，蓄电池所携带的能量必须保证电动汽车能够行驶一定的里程。所以电池组数目为式中，为续驶里程（km）；为电动汽车行驶1km所消耗的能量（kW）；为单个电池的电容（A·h）；为单个电池的电压（V）。从二者中选择较大者确定电池组组数。NVCLWnss1000LWsVsCHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第35页4.设计实例1).电动机参数的选择电动机类型选取交流感应电动机。计算得到电动机的最大功率=71.3348kW。参考ADVISOR并查阅电工手册选择交流电机参数：额定功率=30kW；额定电压=220V；最大电流=180A；过载系数=2.4；最高转速=9000r/min。maxePerPerUmaxeImaxnHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGY新能源汽车技术第36页4.设计实例2).传动系统传动比的选择电动汽车行驶工况多种多样，最低稳定车速在3~6km/h范围内，最高车速可达100km/h，甚至更高。行驶过程遇到的阻力变化很大，变化范围在6倍以上，在电动机和驱动轮之间需要安装减速器和变速器。为了满足电动汽车行驶阻力的变化范围，减轻电动机和动力电池的负荷，提高工作效率，又