汽车新能源技术02

1汽车新能源应用技术何洪文副教授车辆实验楼511B房间[e-mail]研究生学位课第二章纯电动汽车技术研究生学位课汽车新能源应用技术†现代电动汽车的概念及特点†纯电动汽车构造和工作原理†纯电动汽车的整车技术†纯电动汽车的能量管理和控制技术†纯电动汽车的充电技术†纯电动汽车示范运行技术纯电动汽车技术现代电动汽车的概念及特点电动汽车是以电驱动为基础的机动车辆，电驱动由电动机、功率转换器以及电源组成，在现代电力电子技术发展下，形成了自己独特的特点；„对现代社会而言，电动汽车不仅是一辆车，而且是实现清洁、高效道路运输的一个全新的系统；„电动汽车系统是一个便于和现代交通网络结合的智能系统；„电动汽车的设计是工程和艺术的结合；„必须重新定义电动汽车的工作条件和工况循环；„必须对用户对于电动汽车的期望进行调研，这样就能对用户进行适当的有关电动汽车知识的教育。‡现代电动汽车理念‡现代电动汽车组成机械子系统由底盘和车身、驱动装置、变速器以及电源箱体组成，与之相关的因素包括道路特性、防撞性、汽车的内部空间、装配时间、适用性以及价格。电力电子子系统由动力网、电机、控制器和能源系统组成，与之相关的因素有安全、规则、标准、效率、可靠性、重量以及价格。信息系统用于处理司机的意愿，并监控汽车的运行、电源、电机、控制器和充电器的状态，相关的因素有通讯网络、数据处理的算法以及和通讯相关的故障诊断和充电控制。现代电动汽车的概念及特点‡电动车辆总布置设计：„电动车辆类型的选择；„考虑选用和设计哪些关键技术装备，如何将关键技术装备合理、有序、便于安装和维修地布置在普通汽车底盘上；„进行整车动力性能的设计计算，总质量和质量分配的设计计算，要求保证电动车辆的动力性能和合理的轴荷分配；„电动车辆的电子、电气设备的通信网络的建立和控制系统的设计；„现代技术在电动车辆上的综合应用等。现代电动汽车的概念及特点2‡新开发电动车辆总布置设计：„电动车辆类型的选择；„摆脱用传统汽车底盘改装的模式，用现代设计理念设计和制造技术设计电动车辆的整车造型；„研究和开发电动车辆的专用底盘(电动化底盘)，使电动车辆更加安全、更加节能、更加环保；„现代技术的应用：包括虚拟设计技术、现代控制理论、仿真技术、CAN总线系统和线控技术等的应用。现代电动汽车的概念及特点‡电动车辆设计中的工程哲学电动车辆的工程哲学在本质上是把汽车工程和电气工程结合在一起，因此，要在可接受的价格基础上得到好的电动汽车性能必须首先考虑系统的整合和优化。由于电动汽车的驱动特性与燃油汽车的内燃机驱动有着本质的不同，对电动汽车工程而言，它需要一种全新的设计方法。能使电动汽车与燃油汽车相竞争的关键是先进的电源和智能化的能量管理系统。当然，能否使电动汽车市场化的决定性因数是其总体价格。现代电动汽车工程的主要问题，是要将汽车工程、电气、电子工程以及化学工程领域中最新的技术发展结合到电动汽车的设计中来，找到适合于电动汽车的独特的设计方法和制造技术，实现电动汽车能量的最优化利用。现代电动汽车的概念及特点‡电动车辆开发中应考虑的具体问题„了解车辆使用的市场和环境；„决定电动汽车的设计哲学；„决定使用电动汽车所需的基础设施，以及蓄电池的回收设施；„决定整个系统的结构—纯电动汽车、混合车和燃料电池车的结构；„设计底盘和车身；„决定能量方式，采用发电方式或储存方式，纯电动式或混合式；„决定驱动系统，包括电动机、转换器和变速器的类型，单电机和多电机驱动，有齿轮减速或无齿轮减速器及其安装方式、混合车中的内燃机系统等等；„根据电动汽车的行驶要求，决定电驱动的技术条件和能源的容量、电流和电压。„采用智能化的能量管理系统；„分析各个子系统之间的相互作用，以及对安全和成本的影响；„根据选定的驾驶模式和工作条件优化电机驱动的效率；„通过计算机仿真优化整个系统。现代电动汽车的概念及特点电动车辆整车的研究、设计、开发、试制和试验；电动车辆关键技术装备的研究、设计、开发、试制和试验。电动车辆技术研发和技术准备：电动车辆试验考核和示范运行：按照国家的规划、电动车辆的国家标准和企业标准、试验条件和试验方法等进行整车性能型式认证试验和可靠性考核试验。通过国家标准，进行电动车辆的试运行试验以及安全性、可靠性、节能性、环保性和成本等多方面的考核和认证试验；经过国家主管领导部门、汽车产品质量检测部门、公安部门和交通管理部门的考核和定型鉴定；自主知识产权的保护。电动车辆整车产品公告和产业化：电动车辆整车批量生产和产业化，市场推广应用。现代电动汽车的概念及特点†现代电动汽车的概念及特点†纯电动汽车构造和工作原理†纯电动汽车的整车技术†纯电动汽车的能量管理和控制技术†纯电动汽车的充电技术†纯电动汽车示范运行技术纯电动汽车技术纯电动汽车的构造和工作原理†内燃机汽车传动系统发动机、发动机控制装置、机械式动力传动系统、燃油箱、排气系统能量的补充方式是向燃油箱加入燃油3纯电动汽车传动系统„镍镉电池组：264V/140Ah/2000次，动力电池组布置在后排座椅下部；„永磁直流无刷电动机45kW/50kW;„130km/h0~48km/h加速时间6.3sRange270km@88km/h主电源到电动机的电路；主电源-DC/DC变换器-汽车电器设备用电源-电器设备；制动能量回收到主电源；主电源充电电路纯电动汽车传动系统常规型传动系统纯电动汽车传动系统无差速器型传动系统纯电动汽车传动系统无变速器型传动系统纯电动汽车传动系统电动轮型传动系统纯电动汽车传动系统4直流电动机驱动系统纯电动汽车传动系统交流电动机驱动系统纯电动汽车传动系统电力驱动子系统电控单元功率转换器电动机机械传动装置驱动车轮主能源子系统主电源能量管理系统充电系统辅助控制子系统纯电动汽车传动系统纯电动汽车传动系统MGBDC纯电动汽车传动系统MFGD纯电动汽车传动系统5MFGD纯电动汽车传动系统†车辆电传动的结构形式MFGFGM纯电动汽车传动系统†车辆电传动的结构形式FGFGMM纯电动汽车传动系统MM纯电动汽车传动系统纯电动汽车传动系统‡平行式一体化驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例6‡同轴式一体化驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡同轴式一体化驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡同轴式一体化驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡同轴式一体化驱动系统由Ford和GE公司联合开发的ETX电动汽车，其电动机、两速变速箱和差速器设计成一个整体，并直接安装联结在后轴上，电机轴为空心轴，汽车转弯时，与两根半轴一起实现差速传动。纯电动汽车的动力传动系统举例‡双联式一体化驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡双联式一体化驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例7‡电动轮驱动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡自动变速传动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡自动变速传动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡自动变速传动系统纯电动汽车的动力传动系统举例前桥独立悬挂和转向一体化技术，整体式动力驱动桥技术，实现了大转向角。‡小型车传动系统纯电动汽车的动力传动系统举例‡电子差速桥技术；纯电动汽车的动力传动系统举例8系统的双电机相向布置，双减速器成为单一总成，组成两套相对独立的左右轮驱动系统。在两套减速器中间安装了一套由减速齿轮组和粘性限滑差速器组成的中央减速系统，中间减速器的减速比大于两侧减速器的减速比。三个主动齿轮分别通过轴承固定在减速器壳体上，主动齿轮依靠同步器与电机轴接合，两侧中间从动齿轮与差速器的半轴齿轮靠花键联结。该驱动系统结构紧凑，易于布置在车身上，由于是簧载质量，受路况等外界影响小，使电机寿命得到一定保障，且对车辆动力学特性影响小.纯电动汽车的动力传动系统举例纯电动汽车的动力传动系统举例(a)单电机集中驱动(b)双电机集中驱动(c)独立车轮驱动纯电动汽车的动力传动系统举例纯电动汽车的动力传动系统举例轮毂电机驱动系统日本普利斯通公司开发的动态吸振轮毂电机驱动系统德国西门子公司开发的ecorner纯电动汽车的动力传动系统举例纯电动汽车的动力传动系统举例米其林主动轮9轮边电机驱动系统可将驱动电机固定在副车架位置，其输出轴直接或间接驱动车轮。由于轮边电机与车轮相对的独立性，其功率选择范围比轮毂电机更大，而且可以通过改变悬架结构使部分非簧载质量转移至车身，从而减少车轮的惯性，使车辆加速、制动时更加平顺，还可以提高不平路面上的稳定性；另外，非簧载质量的降低可以有效减小轮胎的磨损；再者，从电机维修方面考虑，轮边电机较集成度高的轮毂电机安装调试更方便，能够在在减少车轮部分复杂程度的同时，使驱动系统更适合应用。纯电动汽车的动力传动系统举例纯电动汽车的动力传动系统举例1.外转子铁心轭2.外转子永磁体3.外转子气隙4.定子5.内转子气隙6.内转子永磁体7.内转子铁心轭8转子轴日产公司的双转子电机†现代电动汽车的概念及特点†纯电动汽车构造和工作原理†纯电动汽车的整车技术†纯电动汽车的能量管理和控制技术†纯电动汽车的充电技术†纯电动汽车示范运行技术纯电动汽车技术纯电动汽车整车技术香港大学U2001-EV电动轿车比亚迪汽车公司的ET纯电动汽车„4605mm×1832mm×1590mm3100mm„整备质量1205kg/满载1505kg„165km/h,30%,0z100km/h=8.5s„Range=350kmWitnout/300kmWithAC„Li-ion动力电池组296V@200Ah@400kg„接触式充电5h/快充60%DOD1h„4×25kW永磁同步电动机400Nm/2500rpm5500rpm„ABS+ASR+ESP集成制动控制系统„电动转向系统和变频空调系统纯电动汽车整车技术北京理工大学纯电动大客车835Wh/km能量消耗率73.8dB(A)加速行驶车内噪声76.4dB(A)加速行驶车外噪声190km续驶里程@40km/h≥20％最大爬坡度9.0m制动距离@30km/h14.6s30～50km/h加速时间10.2s0～30km/h加速时间80km/h最高车速50人乘客数14500/18000（kg）整备质量/满载质量11850×2540×3300（mm）整车外廓尺寸交流电机100kW＋三挡自动变速系统动力驱动系统锂离子动力电池388V，360Ah动力电池纯电动汽车整车技术10博信锌-空气电池大客车装备了DQFC94/94-330型锌－空气电池；电池组装在大客车的顶棚上。最高车速72km/h整备14000kg/最大19000kg锌空气电池：2000kg170kg锌燃料230～400V3×330Ah340kWh180A纯电动汽车整车技术哈尔滨超级电容器客车最高车速50km/h;RANGE=25km/15km市区;超级电容器：600个单体电容器组成，工作电压320~160V,输出能量14kWh;驱动电动机：直流永磁电动机，90kW超级电容器充电：380V@50Hz,300A,15min;位于车顶的充电设备会自动垂直升起，搭到隐藏在候车站“屋檐”下的电缆上，30秒即可完成充电，一次充电能平稳行驶3~8公里，最高速度可达每小时44公里纯电动汽车整车技术美国通用汽车EV1脊梁式车架；T形布置蓄电池组；纯电动汽车整车技术日本丰田汽车公司RAV4-EV125km/h，Range=215km免维护密封型NiMH动力电池组288V，强制空气冷却，布置在底盘中部和座椅的地板下面，保证了车厢有宽大的乘坐空间以及较大的行李舱装载空间45kW永磁电动机驱动，再生制动。纯电动汽车整车技术日本本田汽车公司EV-Plus家用轿车130km/h，Range=210km免维护密封型NiMH动力电池组288V，动力电池组和各种高压电气系统集中为一个整体电池箱，乘坐空间与动力电池箱完全隔离49kW，275Nm永磁无刷电动机驱动，再生制动。功率调控装置PCU，集中控制，集中水冷却系统纯电动汽车整车技术KeioAdvancedZero-Emissionvehicle8×8轮毂电机驱动驱动类型600kg重量55kWh/315V总容量88Ah,3.75V单体