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车辆节能与排放讲授内容：第八章新能源汽车类型主讲人：邓晓亭讲师Email：xiaotingdeng@njau.edu.cn电话：13851810258第八章新能源汽车类型纯电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车气体燃料汽车生物燃料汽车氢燃料汽车太阳能汽车第一节纯电动汽车纯电动汽车的类型纯电动汽车的结构原理纯电动汽车驱动系统布置形式纯电动汽车的特点电动汽车的关键技术纯电动汽车车型实例一、纯电动汽车的类型纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。一般采用高效率充电蓄电池为动力源。纯电动汽车无需再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。纯电动汽车可分为2种类型，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组。蓄电池组传输系统车轮电动机电池变换器电力传输动力传输一、纯电动汽车的类型2.装有辅助动力源的纯电动汽车蓄电池组电动机电流变换器或超级电容器发动机-发电机组传输系统车轮电力传输动力传输二、纯电动汽车的结构原理与传统汽车相比，纯电动汽车的结构增加了电力驱动控制系统。电力驱动控制系统由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。驾驶室显示操纵台蓄电池电源充电控制器辅助动力源动力转向单元能源管理系统中央控制单元辅助装置（照明、空调等）车轮车轮机械传动装置电机驱动控制器电网电源加速踏板制动踏板档位杆车载电源模块辅助模块电力驱动主模块方向盘控制信号流向；动力电源流向；机械方式连接1．电力驱动主模块组成：包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置和车轮等。功用：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。中央控制单元根据加速踏板和制动踏板的输入信号，向驱动控制器发出相应的控制指令，对电动机进行启动、加速、减速、制动控制。二、纯电动汽车的结构原理1．电力驱动主模块驱动控制器：按中央控制单元的指令和电动机的速度、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。电机：承担电动和发电的双重功能，正常行驶时——电动机功能；减速和下坡滑行时——发电机功能。机械传动装置：将电动机的驱动转矩传输给汽车的驱动轴，从而带动汽车车轮行驶。二、纯电动汽车的结构原理2．车载电源模块组成：包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。功用：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。常用电源：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。能量管理：指电池管理系统，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。充电控制器：把交流电转化为相应电压的直流电，并按要求控制其电流。二、纯电动汽车的结构原理3．辅助动力模块组成：包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。辅助动力源：由辅助电源和DC/DC功率转换器组成，用于供给电动汽车其它各种辅助装置所需要的动力电源，一般为12V或24V的直流低压电源，它主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提供所需的能源。动力转向系统：为实现汽车的转弯而设置的，它由转向盘、转向器、转向机构和转向轮等组成。二、纯电动汽车的结构原理3．辅助动力模块驾驶室显示操纵台：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。辅助装置：有照明、各种声光信号装置、车载音箱设备、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。它们主要是为提高汽车的操控性、舒适性、安全性而设置的，根据需要进行选用。二、纯电动汽车的结构原理三、纯电动汽车驱动系统布置形式电动汽车的驱动系统是电动汽车的核心部分，其性能决定着电动汽车运行性能的好坏。电动汽车的驱动系统布置取决于电机驱动系统的方式。(1)传统的驱动模式。其布置方式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。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。(2)电动机-驱动桥组合式驱动模式。取消了离合器和变速器，但具有减速差速机构，由1台电动机驱动两车轮旋转。优点：可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。对电动机的要求较高，不仅要求电动机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽车的起动、爬坡、加速超车等动力性。三、纯电动汽车驱动系统布置形式三、纯电动汽车驱动系统布置形式(3)电动机-驱动桥整体式驱动模式。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。对电动机有较高的要求，大起动转矩和后备功率，不仅要求控制系统有较高的控制精度，而且要具备良好的可靠性，从而保证电动汽车行驶的安全、平稳。(4)轮毂电机驱动模式。将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车轮行驶。三、纯电动汽车驱动系统布置形式四、纯电动汽车的特点（1）无污染，噪声低。零污染（2）能源效率高，多样化。减速制动能量再利用；充电电力的能源多样化。（3）结构简单，使用维修方便。结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，易操纵。（4）动力电源使用成本高，续驶里程短。目前电动汽车技术不够完善，动力电池寿命短，使用成本高。电动车的价格较贵。五、电动汽车的关键技术1．电池及管理技术电动汽车对动力电池的要求：比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。电池组性能直接影响整车的加速性能、续驶里程以及制动能量回收的效率等。电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优化。为了达到最佳的性能和寿命，需将电池包的温度控制在一定范围内，减小包内不均匀的温度分布以避免模块间的不平衡，以此避免电池性能下降，且可以消除相关的潜在危险。2．电机及控制技术要求：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。发展方向：大功率、高转速、高效率和小型化。五、电动汽车的关键技术2．电机及控制技术控制系统：趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线五、电动汽车的关键技术性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电动机控制系统。使系统结构简单、响应迅速、抗干扰能力强，参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个系统的综合性能。再生制动控制系统：节约能源、提高续驶里程，有显著的经济价值和社会效益。3．整车控制技术新型纯电动汽车整车控制系统：两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。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，采用基于空间位置的区域自治原则。五、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。(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。五、电动汽车的关键技术六、纯电动汽车车型实例奇瑞瑞麒M1-EV纯电动汽车瑞麒M1-EV搭载一台336V、40kW的大功率电机驱动系统，配备40Ah高性能磷酸铁锂电池。在普通220V民用电源上慢充，充电时间为4—6h。利用专业充电站充到电池电量的80％需要0.5h。奇瑞QQ纯电动汽车百千米耗电量为10kWh六、纯电动汽车车型实例比亚迪E6纯电动汽车自主研发ET-POWER铁电池，续驶历程超过300km。百千米加速时间为10s以内，在高车速160km/h。百千米耗电为2010kWh，相当于燃油消费价格的30%左右。15min快充可充满80%电量。吉利熊猫纯电动汽车EK-140Ah铁锂离子电池，340V系统电压，高车速80km/h，续驶历程80km。完全充电5h，18min快充可充满80%电量。长安奔奔纯电动汽车六、纯电动汽车车型实例高性能锂电池，永磁直流无刷电机，最高时速120km/h，百千米加速时间16s，快充0.5h，续驶里程150km。百千米能耗10kWh宝马MiniE纯电动汽车搭载了一台152kW、220N·m的直流电机，百千米加速时间8.5s，锂电池2.5h内完全充满，续驶里程240km。车顶可选装太阳能电池板，直接给空调等车内的电器供电。三菱iMiEV纯电动汽车六、纯电动汽车车型实例日产Leaf纯电动汽车六、纯电动汽车车型实例奔驰smartfortwo纯电动汽车GeneralElectricElec-TrakE15电动拖拉机Gorillae-ATV电动拖拉机七、纯电动拖拉机实例6组铅酸电池驱动永磁无刷直流电机，功率从8hp(5.9kW)到15hp(11kW)不等，速度大约在4.8～14.4km/h。用于草坪修剪作业，充电一次大约能修剪1英亩(4046.8m2)的草坪。3-4个8V125Ah的铅酸电池，6.5-8.5hp直流牵引电机，牵引1816kg的货物，最高行驶速度可达27-30km/h，最大行驶里程为48-56公里七、纯电动拖拉机实例电动微耕机耕作效率为0.15hm2/h，约为2.29亩/h，略高于同功率汽油微耕机约2亩/h的耕作效率。耗电量为6.86kWh/hm2，约为0.46kWh/亩，按0.55元/度计算，电动微耕机每耕作一亩地约需花费0.25元。而同功率的汽油微耕机每亩油耗约为0.8升，按7元/升计算，每耕作一亩地约需花费5.6元.第二节混合动力电动汽车混合动力电动汽车的定义与分类混合动力电动汽车的结构原理混合动力电动汽车的特点混合动力电动汽车车型实例一、混合动力电动汽车的定义与分类1.混合动力电动汽车的定义从狭义上讲——同时装备两种动力源——热动力源（汽油机或柴油机）与电动力源（电池与电动机）的汽车。电机使得动力系统可按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。从广义上来讲——装备有两种具有不同特点驱动装置的车辆。一个是主要动力来源，提供稳定的动力输出，满足稳定行驶的动力需求；一个辅助驱动装置，有良好的变工况特性，能够进行功率的平衡，能量的再生与存储，目前应用最多的是电混合系统。国际电子技术委员会对混合动力车辆的定义为：在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车。2．混合动力电动汽车的分类基于各个组成部件、布置方式的不同，从而形成各式各样的结构，依据这些结构分类，可以分为串联型（SeriesSchedule,又称SHEV）并联型（ParallelSchedule,又称PHEV）混联型（Series-ParallelCombinedSchedule，又称PSHEV）根据驱动系统的配置及动力传递方式发动机连续运行模式发动机开、关模式根据发动机运行模式的不同双轴式单轴式根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上一、混合动力电动汽车的定义与分类根据电动系统的功率和功能微混合（MicroHybrid）弱混合（MildHybrid）全混合（FullHybrid）轻度混合型（MildHybridVehicle-MHV）功率混合型（PowerHybridVehicle-PHV）能量混合型（EnergyHybridVehicle-EHV）基于任务分类的现代分类方法一、混合动力