第二章第二章 纯电动汽车纯电动汽车动力系统匹配动力系统匹配关键部件选型要求关键部件选型要求电机及其控制器电机及其控制器2.0.32.0.3 基本组成基本组成1.1.车载电源车载电源2.2.电池管理系统电池管理系统3.3. 驱动电动机驱动电动机4. 4. 控制系统控制系统5. 5. 车身及底盘车身及底盘6 6. . 安全保护系统安全保护系统2.0.32.0.3 基本组成基本组成1. 1. 车载电源车载电源 组成组成 以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补充电能。充电能。 重要性重要性 动力电池组是动力电池组是EVEV的关键装备，储存的电能、质量和的关键装备，储存的电能、质量和体积，对体积，对EVEV性能起决定性影响，也是发展性能起决定性影响，也是发展EVEV的主要的主要研究和开发对象。研究和开发对象。 EVEV发展的症结在于电池发展的症结在于电池，电池技术对，电池技术对EVEV的制约仍的制约仍然是然是EVEV发展的瓶颈。发展的瓶颈。 建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推广广EVEV的关键问题。的关键问题。2.0.32.0.3 基本组成基本组成1. 1. 车载电源车载电源 发展发展 (1)(1)第一代第一代EVEV电池：电池：铅酸电池铅酸电池 优点：优点：技术成熟，成本低技术成熟，成本低。 缺点：缺点：比能量和比功率低比能量和比功率低不能满足不能满足EVEV续驶里程和续驶里程和动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。 2.0.32.0.3 基本组成基本组成1. 1. 车载电源车载电源 发展发展 (2)(2)第二代高能电池：镍第二代高能电池：镍镉电池、镉电池、镍镍氢电池氢电池、钠、钠硫电池、钠硫电池、钠氯化镍电池、氯化镍电池、锂离子电池锂离子电池、锂聚合物、锂聚合物电池、锌电池、锌空气电池和铝空气电池和铝空气电池等空气电池等 优点：优点：比能量和比功率比能量和比功率都比铅酸电池都比铅酸电池高高，大大提高，大大提高了了EVEV的动力性能和续驶里程。的动力性能和续驶里程。 缺点：有些高能电池缺点：有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温需要复杂的电池管理系统和温度控制系统度控制系统，各种电池对充电技术有不同要求。而，各种电池对充电技术有不同要求。而且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，从而使从而使EVEV的使用的使用成本高成本高。2.0.32.0.3 基本组成基本组成1. 1. 车载电源车载电源 发展发展 (3)(3)第三代电池：第三代电池：飞轮电池飞轮电池、超级电容器超级电容器 飞轮电池是电能飞轮电池是电能机械能机械能电能转换的电池。电能转换的电池。 超级电容器是电能超级电容器是电能电位能电位能电能转换的电池。电能转换的电池。 这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而且且充电和放电方便迅速充电和放电方便迅速，但尚，但尚处于研制阶段处于研制阶段。2.0.32.0.3 基本组成基本组成1. 1. 车载电源车载电源 高压电源高压电源 动力电池组提供约动力电池组提供约155380V155380V高压直流电高压直流电。 动力电池组是供动力电池组是供电机电机工作的唯一动力电源。工作的唯一动力电源。 空调系统的空调系统的空压机空压机，动力转向系统的，动力转向系统的油泵油泵和制动系和制动系统的统的真空泵真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。等，也需要动力电池组提供动力电能。 低压电源低压电源 动力电池组通过动力电池组通过DC/DCDC/DC转换器，供应转换器，供应12V12V或或24V24V低压低压电电，并储存到低压电池组中，作为，并储存到低压电池组中，作为仪表、照明和信仪表、照明和信号装置号装置等工作的电源。等工作的电源。2.0.32.0.3 基本组成基本组成2.2.电池管理系统电池管理系统 管理管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其每一单体电池进行监控，每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一保持各个单体电池间的一致性致性。 充电充电 动力电池组必须进行周期性的充电。动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装高效率充电装置和快速充电装置置和快速充电装置，是，是EVEV使用时所必须的辅助设备使用时所必须的辅助设备。可采用。可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器地面充电器、车载充电器、接触式充电器或感应充电器或感应充电器等进行充电。等进行充电。2.0.32.0.3 基本组成基本组成3.3. 驱动电动机驱动电动机 驱动电动机是驱动电动机是驱动驱动EVEV行驶行驶的唯一动力装置。的唯一动力装置。 类型类型 直流电动机直流电动机、交流电动机交流电动机、永磁电动机永磁电动机和和开关磁阻开关磁阻电动机电动机等。等。 再生制动再生制动 再生制动是再生制动是EVEV节能的重要措施之一。制动时节能的重要措施之一。制动时电动机电动机可可实现再生制动实现再生制动，一般可回收，一般可回收10%15%10%15%的能量，有的能量，有利于利于延长延长EVEV行驶里程行驶里程。 在在EVEV制动系统中，还保留常规制动系统和制动系统中，还保留常规制动系统和ABSABS制动制动系统，以保证车辆在紧急制动时有系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能可靠的制动性能. .2.0.32.0.3 基本组成基本组成4. 4. 控制系统控制系统 EVEV的控制系统主要是的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动对动力电池组的管理和对电动机的控制机的控制。 将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱动电动机运转。动电动机运转。 计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。 对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。 采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等，对整个动力电池组对整个动力电池组功率转换器功率转换器驱动电动机系驱动电动机系统进行监控统进行监控并及时反馈信息和报警。并及时反馈信息和报警。2.0.32.0.3 基本组成基本组成5. 5. 车身及底盘车身及底盘 车身车身 EVEV车身车身造型特别重视造型特别重视流线型流线型, ,以以降低空气阻力系数降低空气阻力系数。 底盘底盘 由于动力电池组的质量大，为由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量减轻整车质量，采用采用轻质材料轻质材料制造车身和底盘部分总成制造车身和底盘部分总成。 动力电池组占据的空间大，在底盘布置上动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足还要有足够的空间存放动力电池组够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充，并且要求线路连接、充电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体机械化装卸。机械化装卸。2.0.32.0.3 基本组成基本组成6 6. . 安全保护系统安全保护系统 高压安全高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。维修时的安全。 故障处理故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制，在电气系统发生故障时自动控制EVEV不能起动等，不能起动等，及时防止事故的发生。及时防止事故的发生。2.0.32.0.3 基本组成基本组成小结小结 操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操操作简单化和规范化作简单化和规范化。 控制：在控制：在EVEV控制系统中，采用全自动或半自动的控制系统中，采用全自动或半自动的机电一体机电一体化控制化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。 电池：电池：提高电池的比能量和比功率提高电池的比能量和比功率，实现电池的高能化。，实现电池的高能化。 电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机，提高电动机和驱动系统的效率提高电动机和驱动系统的效率。 车身和底盘：采用车身和底盘：采用流线型车身流线型车身，降低迎风面积和空气阻力降低迎风面积和空气阻力系数系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EVEV专用车专用车身和底盘结构，实现身和底盘结构，实现车身和底盘的轻量化车身和底盘的轻量化，减轻整备质量，减轻整备质量。采用。采用低滚动阻力轮胎低滚动阻力轮胎，降低行驶阻力。，降低行驶阻力。 再生制动：回收再生制动：回收再生制动再生制动能量，延长行驶里程。能量，延长行驶里程。2.0.42.0.4 关键技术关键技术1. 1. 驱动电动机的选择及功率匹配驱动电动机的选择及功率匹配 电动机应具有电动机应具有良好的转矩良好的转矩转速特性转速特性，一般具有，一般具有600015000r/min600015000r/min的转速。的转速。 根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在恒转矩区恒转矩区和和恒恒功率区功率区运转。运转。 驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速大转矩（恒转矩区）运转范围内效率在大转矩（恒转矩区）运转范围内效率在0.750.850.750.85之间，在恒功率运转范围内效率在之间，在恒功率运转范围内效率在0.80.90.80.9之间。之间。2.0.42.0.4 关键技术关键技术2. 2. 动力电池组的选择与特性动力电池组的选择与特性3. 3. 减速器传动比的确定减速器传动比的确定 由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮，通常在驱动系统中通常在驱动系统中采用大速比的减速器或采用大速比的减速器或2 2档变速器档变速器。 作用：作用：减速、增扭减速、增扭 减速器或变速器中减速器或变速器中不设置倒档不设置倒档齿轮，齿轮，倒车是靠电动倒车是靠电动机的反转来实现机的反转来实现。2.0.42.0.4 关键技术关键技术4. 4. 控制系统的设计控制系统的设计 目标：目标：延长续驶里程延长续驶里程 续驶里程续驶里程 续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始到标准规定的试验结束时所走过的里程。到标准规定的试验结束时所走过的里程。采用工况采用工况法按照一定的工况反复地循环行驶，是法按照一定的工况反复地循环行驶，是EVEV测定续驶测定续驶里程的基本方法。里程的基本方法。 我国颁布的我国颁布的GB/T 183862001GB/T 183862001电动汽车能量消耗电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法率和续驶里程试验方法适用于适用于EVEV最大总质量最大总质量 3500kg 3500kg ，最高