《新能源汽車》課件 課題四 純電動(dòng)汽車

課題四純電動(dòng)汽車1.了解純電動(dòng)汽車的定義及組成2.熟悉純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)3.掌握純電動(dòng)汽車的組成和布置形式4.掌握電池管理系統(tǒng)的主要功能和工作模式5.熟悉純電動(dòng)汽車的充電要求及充電模式

學(xué)習(xí)任務(wù)1.能夠描述電池管理系統(tǒng)的工作模式2.能構(gòu)描述能量回收系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)及原理3.能夠描述什么是增程式電動(dòng)汽車技能要求

任務(wù)一純電動(dòng)汽車概述一、純電動(dòng)汽車簡(jiǎn)介純電動(dòng)汽車廣義上可理解成由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電能來(lái)源于車載儲(chǔ)能裝置（如蓄電池、超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能裝置等），它包括在道路上行駛的電動(dòng)車輛，低速的工業(yè)用電瓶車，機(jī)場(chǎng)、碼頭、倉(cāng)庫(kù)用的電動(dòng)運(yùn)輸車和電動(dòng)叉車，電動(dòng)觀光游覽車，電動(dòng)巡邏車及各種電動(dòng)專用車等。二、純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)組成典型的純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。如圖4-3所示，純電動(dòng)汽車主要由電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、車載電源控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)構(gòu)成。三、純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。1.電池及管鋰技術(shù)新型純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)是兩條總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN總線和車身系統(tǒng)的低速總線。2.整車控制技術(shù)整車輕量化技術(shù)始終是汽車技術(shù)重要的研究?jī)?nèi)容。3.整車輕量化技術(shù)四、純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)（1）零排放，無(wú)污染。（2）整車的能量效率高，電能來(lái)源多樣化。（3）舒適性好。（4）動(dòng)力系統(tǒng)布置靈活。

任務(wù)二純電動(dòng)汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介純電動(dòng)汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將動(dòng)力電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為車輪上的機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛，并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí)，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入動(dòng)力電池，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵組成部分。二、純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖4-5所示，主要由中央控制單元、驅(qū)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。中央控制單元不僅是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制中心，還要對(duì)整輛純電動(dòng)汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。1.中央控制單兀驅(qū)動(dòng)控制器的功能是按中央控制單元的指令和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度、電流反饋信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。2.驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在純電動(dòng)汽車中被要求承擔(dān)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；而在減速和下坡滑行時(shí)又被要求進(jìn)行發(fā)電，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。3.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)純電動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)裝置的作用是，將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)動(dòng)軸，從而帶動(dòng)汽車車輪行駛。4.機(jī)械傳動(dòng)裝置三、純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置如圖4-6所示，純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式目前主要有4種基本典型結(jié)構(gòu)，即傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)方式、輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式。如圖4-7(a)和圖4-7(a)所示，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式，包括離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等總成，只是將內(nèi)燃機(jī)換成電動(dòng)機(jī)，屬于改造型電動(dòng)汽車。1.傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式如圖4-8所示，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式即在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)端蓋的輸出軸處加裝減速齒輪和差速器等，電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器、差速器的軸互相平行，一起組合成一個(gè)驅(qū)動(dòng)整體。2．電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式如圖4-9(a)和圖4-9（b）所示，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式與發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置一前輪驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)汽車的布置方式類似，把電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個(gè)整體，兩根半軸連接驅(qū)動(dòng)車輪。3．電動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式圖4-13，內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子電動(dòng)輪。4.輪轂電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式

任務(wù)三純電動(dòng)汽車蓄電池管理系統(tǒng)一、動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介由于動(dòng)力電池能量和端電壓的限制，電動(dòng)汽車需要采用多塊電池進(jìn)行串、并聯(lián)組合，但是由于動(dòng)力電池特性的非線性和時(shí)變性，以及復(fù)雜的使用條件和苛刻的使用環(huán)境，在電動(dòng)汽車使用過(guò)程中，要使動(dòng)力電池工作在合理的電壓、電流、溫度范圍內(nèi)，電動(dòng)汽車上動(dòng)力電池的使用都需要進(jìn)行有效管理，對(duì)于鎳氫電池和銼離子電池，有效的管理尤其需要，如果管理不善，不僅可能會(huì)顯著縮短動(dòng)力電池的使用壽命，還可能引起著火等嚴(yán)重安全事故，因此，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)成為電動(dòng)汽車的必備裝置。二、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的主要功能如圖4-15所示，常見(jiàn)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)估計(jì)、熱管理、數(shù)據(jù)通訊、安全管理、能量管理（包括動(dòng)力電池電量均衡功能）和故障診斷，其中前6項(xiàng)為動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的基本功能。三、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組成及工作模式圖4-17所示為兩種典型的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)方案。如圖4-18所示，高壓接觸器包括B+接觸器、B-接觸器、預(yù)充接觸器、直流轉(zhuǎn)換器（用于向低壓電池及車載低壓設(shè)備供電）接觸器及車載充電器接觸器。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)可工作于下電模式、準(zhǔn)備模式、放電模式、充電模式和故障處理模式等5種工作模式下。①下電模式。②準(zhǔn)備模式。③放電模式。④充電模式。⑤故障模式。四、動(dòng)力電池組的均衡充電管理和熱管理

1.動(dòng)力電池組均衡充電管理動(dòng)力電池組均衡充電具有以下3種方式:①充電結(jié)束后實(shí)現(xiàn)單體電池間的自動(dòng)均衡，工作原理如圖4-19所示。②充電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)單體電池間的自動(dòng)均衡，主要有3種方案，如圖4-20所示。③采用輔助管理裝置，對(duì)單個(gè)電池的電流進(jìn)行調(diào)整。如圖4-21所示。

2.動(dòng)力電池組的熱管理①氣體冷卻法。圖4-22所示為幾種典型的氣體冷卻方式。②液體冷卻法。圖4-23所示為一種典型的液體冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成。③相變材料冷卻法。④熱管冷卻法。⑤帶加熱的熱管理系統(tǒng)。

任務(wù)四純電動(dòng)汽車的充電一、純電動(dòng)汽車蓄電池的充電方法1．蓄電池的常規(guī)充電方法（1）恒定電流充電法（2）恒定電壓充電法（3）有固定電阻的恒定電壓充電（4）階段等流充電法（5）浮充電法2.蓄電池的快速充電方法（1）定電流定周期快速充電法（2）定電流脈沖快速充電法（3）定電流定電壓脈沖快速充電法（4）定電流提升電壓脈沖充去極化充電法（5）定電壓定頻率脈沖去極化充電法（6）端電壓和充放電頻率脈沖去極化充電法（7）適應(yīng)全過(guò)程去極化脈沖去極化充電法二、純電動(dòng)汽車對(duì)充電的要求1．充電的快速化2．充電的通用化3.充電的智能化4.電能利用的高效化5.充電的集成化三、純電動(dòng)汽車充電機(jī)1.充電機(jī)的類型（1）按充電機(jī)安裝位置分類車載充電機(jī)非車載充電機(jī)（2）按能量轉(zhuǎn)換方式分類接觸式充電機(jī)感應(yīng)式充電機(jī)2．充電機(jī)的組成（1）高頻開(kāi)關(guān)電源模塊（2）監(jiān)控單元（3）人機(jī)操作界面四、純電動(dòng)汽車充電設(shè)施1．純電動(dòng)汽車的充電模式（1）慢充方式（2）快充方式（3）換電池模式2.純電動(dòng)汽車的充電設(shè)施（1）充電樁（2）充電站①充電樁的組成與類型②充電樁的設(shè)置①充電站的組成與功能②充電站的布置

任務(wù)五純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量的回收一、制動(dòng)能量回收的路徑和控制方式如圖4-32所示為制動(dòng)能量回收時(shí)的能量傳遞路徑。1.制動(dòng)能量回收路徑在圖4-33所示的制動(dòng)能量回收控制方式中，制動(dòng)踏板提供制動(dòng)信號(hào)，信號(hào)傳遞到整車電控單元，整車電控單元根據(jù)車輛運(yùn)行狀況及其他電控單元的狀態(tài)，決定是否進(jìn)行制動(dòng)能量回收，并分配制動(dòng)能量回收時(shí)輔助制動(dòng)力矩的大小。2.制動(dòng)能量回收控制方式二、純電動(dòng)汽車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.無(wú)獨(dú)立發(fā)電機(jī)的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)（1）前輪驅(qū)動(dòng)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)如圖4-35所示為前輪驅(qū)動(dòng)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的構(gòu)成。（2）全輪驅(qū)動(dòng)能量回收制動(dòng)系統(tǒng)如圖4-36所示為全輪驅(qū)動(dòng)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。如圖4-37所示，該系統(tǒng)帶有發(fā)電機(jī)，且發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是分別獨(dú)立安裝的，即將獨(dú)立的發(fā)電機(jī)連接到電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中（圖4-36中忽略了液壓制動(dòng)系統(tǒng)）。2.有獨(dú)立發(fā)電機(jī)的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)三、純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)原理1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（1）能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)時(shí)電路如圖4-38所示。圖4-38（2）反接制動(dòng)反接制動(dòng)的機(jī)械特性如圖4-39所示。（3）再生制動(dòng)①正向再生制動(dòng)正向再生制動(dòng)為出現(xiàn)在第二象限的減速過(guò)程，如圖4-40所示。②反向再生制動(dòng)反向再生制動(dòng)適用于重物的穩(wěn)定下放，如圖4-41所示。②反向再生制動(dòng)反向再生制動(dòng)適用于重物的穩(wěn)定下放，如圖4-41所示。2．交流異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（1）能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)電路如圖4-42所示。機(jī)械特性如圖4-43所示。（2）反接制動(dòng)繞線式電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)原理如圖4-44所示，機(jī)械特性如圖4-45所示。（3）再生制動(dòng)①正向再生制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)正向再生制動(dòng)，如圖4-46所示。②反向再生制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)反向再生制動(dòng)，如圖4-47所示。四、再生制動(dòng)的控制策略1.制動(dòng)能量回收系統(tǒng)控制方式控制邏輯如圖4-48所示。2.制動(dòng)力的分配（1）電功率限制制動(dòng)力分配的過(guò)程，如圖4-49所示。（2）ECE法規(guī)限制

任務(wù)六曾程式電動(dòng)汽車一、增程式電動(dòng)汽車簡(jiǎn)介純電動(dòng)汽車在行駛時(shí)完全沒(méi)有任何污染物排放，但目前的電量存儲(chǔ)技術(shù)還不能保障足夠車輛自身足夠的電力儲(chǔ)備，因此續(xù)航里程短就是致命的弱點(diǎn)。為了彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)，為電動(dòng)汽車提供更為持續(xù)的電力供應(yīng)，增程式電動(dòng)車（ExtendedRangeElectricVehicle，簡(jiǎn)稱EREV）應(yīng)運(yùn)而生。增程式電動(dòng)汽車是以電動(dòng)機(jī)為主，發(fā)動(dòng)機(jī)為輔。發(fā)動(dòng)機(jī)的唯一作用是發(fā)電，為電池充電，來(lái)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)做功，來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。增程式電動(dòng)車是一種配有車載供電功能的純電動(dòng)車輛。二、增程式純電動(dòng)汽車基本組成增程式純電動(dòng)汽車是在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上增加增程器而成。它的主要由增程器、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)組成，如圖4-51所示。三、增程式電動(dòng)汽車基本工作模式1.純電動(dòng)模式純電動(dòng)模式屬于電量消耗階段。根據(jù)動(dòng)力電池最佳工作區(qū)間特性，預(yù)先設(shè)計(jì)一個(gè)荷電狀態(tài)SOC閥值，當(dāng)電池SOC值處于這個(gè)閾值以上時(shí)，增程式電動(dòng)汽車處于純電動(dòng)模式。在純電動(dòng)模式，與純電動(dòng)汽車一樣，由動(dòng)力電池提供能量，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供行駛動(dòng)力。2.增程模式增程模式屬于電量維持階段。隨著車輛在純電動(dòng)模式下運(yùn)行，電池SOC逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定閾值時(shí)，如果再繼續(xù)使用電池，將會(huì)減少電池的使用壽命。這時(shí)，應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)增程器，利用增程器發(fā)出的電能提供驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)行駛，同時(shí)，多余的部分電能為電池充電，使電池SOC略微增加至預(yù)定閾值，并保持SOC處于前述兩個(gè)閉值之間，直至停車充電，將電池充滿，之后車輛行駛時(shí)，又進(jìn)入純電動(dòng)模式。四、沃藍(lán)達(dá)增程式電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)及工作模式1.結(jié)構(gòu)組成2.工作模式在此模式中，離合器C1接合如圖4-57所示，C2和C3分離，行星齒輪齒圈鎖止。（1）純電動(dòng)工作模式：低速單一電動(dòng)機(jī)行駛模式在此模式中，離合器C2接合，C1和C3分離，如圖4-58所示。（2）純電動(dòng)工作模式：高速雙電動(dòng)機(jī)行駛模式當(dāng)SOC低于預(yù)定閾值時(shí)，整車進(jìn)入增程模式，在車速較低時(shí)，離合器C1、C3接合，C2分離，如圖4-59所示。（3）純?nèi)加凸ぷ髂Ｊ剑旱退賳我浑妱?dòng)機(jī)行駛模式在純?nèi)加拖碌碾p電動(dòng)機(jī)模式，離合器C1分離，從而讓行星齒輪的外齒圈可以被驅(qū)動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低、發(fā)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升之后，也可以說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速在行星齒輪組得