付铁军新能源汽车全套课件PPT推荐.pptx

1、1）压缩天然气（CNG）汽车。压缩天然气是指压缩到20.724.8 MPa的天然气，储存在车载高压气瓶中。2）液化天然气（LNG）汽车。液化天然气是指常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。3）液化石油气（LPG）是一种在常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿命，而且一次载气量大、行驶里程长。,（2）甲醇汽车甲醇汽车就是以甲醇作为主要燃料的汽车，也能以汽油或汽油-甲醇混合燃料为燃料，是一种甲醇-汽油燃料灵活转换的具有节能环保科技含量的新型汽车，也可以由普通汽车改装而成。,第二节 我国新

2、能源汽车的现状和发展前景一、新能源汽车的发展现状进入21世纪以来，我国汽车产业高速发展，已经成为世界汽车生产和销售大国。新能源汽车方面，通过自主研制，开发出混合动力、插电式混合动力、纯电动和燃料电池汽车等各类整车产品，形成了多品种、全系列的各类整车和零部件生产及配套体系，产业集中度不断提高，产品技术水平明显提升，初步掌握了电动汽车整车设计、系统集成等关键技术，但在总体的技术水平与国外相比尚存在较大差距，特别是产品工程化能力亟待加强。我国新能源汽车也在快速发展，对于中国这个石油资源匮乏和环境压力大的国家来说，大力发展新能源汽车有着非常重大的现实意义和战略意义。,图1-8中国新能源汽车产业发展路线

3、全景图,二、新能源汽车的发展前景1、混合动力汽车发展现状2、插电式混合动力汽车发展现状3、纯电动汽车发展现状4、燃料电池发展现状,第三节 我国新能源汽车的政策、法规和标准从2009年2月国家科技部推出“十城千辆”计划开始，到2013年9月国务院及财政部、国家发展改革委、工业和信息化部已经发布了一系列的相关政策法规。电动车辆现有标准体系,自“九五”以来，组织制定并由标准化主管部门批准发布电动车辆相关的国家标准和行业标准49项。,第四节 国内、外新能源汽车一览一、美国新能源汽车1.凯迪拉克Escalade-混合动力汽车2.别克君越eAssist混合动力汽车二、德国新能源汽车1.奔驰S400混合动力

4、汽车2.宝马i8混合动力超跑车3.大众途锐混合动力汽车4.奥迪Q5混合动力汽车,三、日本新能源汽车1.雷克萨斯LS 600hL混合动力汽车2.丰田凯美瑞尊瑞混合动力汽车3.本田Insight混合动力汽车4.日产聆风纯电动汽车四、中国新能源汽车1.上汽荣威E50纯电动汽车2.比亚迪 E6纯电动汽车3.长城哈弗M3EV纯电动汽车4.沃尔沃C30纯电动汽车五、韩国新能源汽车2013现代索纳塔混合动力汽车,第二章 电动汽车基础蒸汽机启动了18世纪第一次产业革命以后，19世纪末到20世纪上半叶电机又引起了第二次产业革命，使人类进入了电气化时代。20世纪下半叶的信息技术引发了第三次产业革命，是生产和消费从

5、工业化向自动化，智能化时代转变；推动了新一代高性能电机驱动系统与伺服系统的研究与发展。21世纪伊始，世界汽车工业又站在了革命的门槛上；电动车（包括纯电动车，混合动力汽车，燃料电池电动车）概念的提出，将会是未来世界汽车工业发展的新方向。不过就当今世界科技水平来说，电动汽车的电动机、蓄电池等核心的研究更具有现实意义，应该作为新能源汽车发展新方向的第一步。,第一节 电动机一、电动汽车电动机相关的概念1.电动机的定义电动机（Motors）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。2.负载性质负载性质是指负载类型及其机械

6、特性，是连续运行的负载还是断续运行的负载，是恒定的力矩，还是变化的力矩，是恒转速运行还是变速运行等。3.负载容量负载容量是针对电动机功率和转矩的大小而确定，电机功率的选择应满足配套机械负载必需的容量，不要过大也不可以过小。,二、电动汽车用电动机分类电动汽车驱动电动机种类：,三、电动汽车常用的电动机电动汽车驱动电机主要包括直流电机和交流电机，目前广泛使用的交流电机有：交流感应电机、开关磁阻电机和永磁电机（包括无刷直流电机和永磁同步电机）。1.直流电动机（DCM）1）定义：直流电动机（direct current motor，DC motor）将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，

7、直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。,2）特点（1）调速性能好。（2）起动力矩大。（3）高速性能不佳。3）构造直流电动机的结构分为定子与转子两部分。2.交流感应电动机（induction motor）1）交流感应电动机定义交流感应电动机又称交流异步电动机，由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。,2）特点交流感应电动机具有结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、低转矩脉动和低噪音特点。近年来被广泛应用于汽车。最大缺点是驱动电路复杂，相对于永磁电机而言，感应电机（异步电机）效率和功率密度偏低。3）工

8、作原理异步电动机定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导体切割磁力线，并产生感应电动势，判断感应电动势方向。转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。,3.永磁无刷电动机简介与传统的电励磁电动机相比，永磁电动机特别是稀土永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高，以及电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。4.开关磁阻电动机1）开关磁阻电动机的定义开关磁阻电动机（Switched Reluctance Drive：SRD）

9、是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。,2）系统特点结构简单；电动机结构简单、成本低、可用于高速运转。起动优点；起动转矩大，起动电流低。频繁起停；适用于频繁起停及正反向转换运行。性能好；可控参数多，调速性能好。效率高损耗小；效率高，损耗小。缺点：转矩脉冲大，噪音大，相对于永磁电机而言，功率密度和效率偏低。5.永磁电机 永磁电机包括反电动势为方波的无刷直流电机和反电动势为正反弦波的永磁同步电机。,1）无刷直流电机无刷直流电机具有高转矩密度、

10、高功率密度、位置检测和控制方法简单、效率高优点。2）永磁同步电机永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；永磁同步电机有如下的特点:（l）高起动力矩、高过载能力（2）运行效率高、节能效果尤为明显,四、电动汽车电动机的选用策略车用驱动电机应满足如下要求：1.体积小，质量轻2.在整个运行范围内的高效率。3.低速大转矩特性及宽范围恒功率特性4.良好的环境适应性和高可靠性。5.价格低,第三节 蓄电池一、电池的定义与分类1、电池的定义电池（Batte

11、ry）指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。2、电池的记忆效应和消除方法如果电池属镍镉电池，长期不彻底充、放电，会在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象被称为电池记忆效应。3、电池的分类电池的分类有不同的方法，其分类方法大体上可分为四大类：1）按电解液种类分类2）按工作性质分类3）按贮存方式划分4）按电池所用正、负极材料划分,图 2-6化学蓄电池的分类,3.电池主要性能指标比能量能量密度比功率功率密度寿命充放电效率自放电率按一定标准规律的放电,二、电动汽车常用的蓄电池1、动力电池的定义动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行

12、车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。动力电池组是电动汽车的关键装备，它储存的电能、质量和体积，对电动汽车的性能起到决定性的影响。2、动力电池的分类电动汽车的动力电池可以分为二次电池、超级电容器和飞轮电池三大类。二次电池-也称可充电电池。主要有铅酸蓄电池、镍-氢电池、锂离子电池、镍-金属氢化物电池。超级电容器-又叫电化学电容器，是新型双电层电容器，具有电容量大的特点飞轮电池-亦称飞轮储能器，利用飞轮高速旋转储存和释放电能的装置。,3、电动汽车常用的蓄电池目前，在电动汽车上使用的蓄电池主要是铅酸电池、镍氢电池（MH-Ni）和锂离子电池，如克莱斯勒ESX2采用铅酸电池，丰田Prius和本田Insight

13、用镍氢电池，日产Tino用锂离子电池。1.铅蓄电池铅蓄电池可分为两类：注水式铅蓄电池和阀控式铅蓄电池。2.镍氢电池镍氢电池是90年代发展起来的一种新型电池。它的正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成，是一种碱性蓄电池。,3.锂离子电池锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。锂离子电池具有工作电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠和能够制造成任意形状等优点。主要集中在大容量、长寿命和安全性三个方面。三、蓄电池能量管理技术目前，蓄电池能量管理技术是混合动力汽车的关键技术之一。通常，能量管理技术决

14、定了蓄电池的使用寿命以及充放电速度等技术指标。蓄电池能量管理系统直接检测及管理电动汽车的储能电池运行全过程，包括蓄电池充放电过程管理、电池温度检测、电池电压电流检测、电量估计、单体电池故障诊断等几个方面。,第四节其他类型动力蓄电池一、超级电容器超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。超级电容器（supercapacitor，ultracapacitor），又叫双电层电容器（Electrical Double-Layer Capacitor）、电化学电容器（El

15、ectrochemcial Capacitor，EC），黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。1）充放电时间超级电容器可以快速充放电，峰值电流仅受其内阻限制，甚至短路也不是致命的。实际上决定于电容器单体大小，对于匹配负载，小单体可放10A，大单体可放1000A。,2）优点在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；3）缺点如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；4）超级电容器与电池的

16、比较的优点超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。5）应用前景,二、飞轮电池技术飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。1、飞轮电池的能量传递模式飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机发电机和电力电子变换装置。2、飞轮电池的基本工作原理基本工作原理：飞轮电 池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，将外界输入的电能通过电动机转化为飞轮转动的动能储存起来；当外界需要电能时，又通过发电机将飞轮的动能转

17、化为电能，输出到外部负载。,3、飞轮电池的优点飞轮电池兼顾了化学电池、燃料电池和超导电池等储能装置的诸多优点，主要表如下几个方面：（1）能量密度高（2）能量转换效率高（3）体积小、重量轻（4）工作温度范围宽（5）使用寿命长（6）低损耗、低维护4、飞轮电池的应用,三、磷酸亚铁锂电池 磷酸亚铁锂（LiFeP）为近年来新开发的锂离子电池电极材料，人们习惯称其为磷酸铁锂。作为正极活性物质使用，主要用于动力锂离子电池，凭借其良好的性能，在电动汽车上具有较好的发展前景。LiFeP 电池的工作原理是：电池充电时，正极材料中的锂离子脱出来，经过电解液，穿过隔膜进入到负极材料中；电池放电时，锂离子又从负极中脱出

18、来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中。,目前磷酸铁锂正极材料具有以下的优点：（1）优良的安全性（2）对环境友好（3）耐过充性能优良（4）高的可逆容量（5）工作电压适中（6）电压平台特性好，非常平稳（7）与大多数电解液系统兼容性好，储存性能好（8）无记忆效应（9）结构稳定，循环寿命长10）可以大电流充电（11）充电时体积略有减小，与碳基负极材料配合时的体积效应好。,第四节 逆变器与变频器一、逆变器及其控制技术1.逆变器的概念及工作原理逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V，50Hz正弦波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。2.逆变器的分类1）按波

19、弦性质主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。2）按照源流性质（1）有源逆变器（2）无源逆变器,3.逆变器控制技术（1）开环和单电压环控制技术1）系统动态响应速度缓慢:2）负载适应性差:（2）电压电流双环反馈控制技术二、变频器及其控制方式1.变频器的概念及工作原理变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。,2.变频器的分类目前主要分为交直交变频器和交交变频器两大类。（1

20、）交一直一交变频器1）可控整流器调压、逆变器调频方式。2）不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。3）不控整流器整流、脉宽调制型（WPM）逆变器同时实现调压调频方式。（2）交一交变频器交一交变频器可直接将电网频率交流变成频率可调交流,无需中间直流环节,从而可提高整个变频装置的变换效率。3.变频器控制方式（1）正弦脉宽调制（SPWM）控制方式（2）电压空间矢量（SVPWM）控制方式（3）矢量控制（VC）方式（4）直接转矩控制（DTC）方式,第五节 空调与转向系统一、电动汽车空调系统汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。（一）电动汽车空调系统研

21、究现状（二）电动汽车空调系统分类和工作原理根据电动汽车特有性质，目前电动汽车空调可采用热电（偶）空调系统和电动热泵型空调系统。1、热电（偶）电动汽车空调系统该项技术具有很多适合电动汽车使用的特点，并且与传统机械压缩式空调系统相比，热电空气调节具有以下特点:,（1）热电元件工作需要直流电源；（2）改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果；（3）热电制冷片热惯性非常小，制冷时间很短，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差；（4）调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度，温度控制精度可达0.001，并且容易实现能量的连续调节；（5）在正确设计和应用条件下，其制冷效率

22、可达90%以上，而制热效率远大于1；（6）体积小、重量轻、结构紧凑，有利于减小电动汽车的整备质量;可靠性高、寿命长并且维护方便，没有转动部件，因此无振动、无摩擦、无噪声且耐冲击。,2、热泵型电动汽车空调系统该热泵型空调系统是在原有燃油汽车上进行改进的，压缩机是由永磁直流无刷电机直接驱动，该系统与普通的热泵空调系统并无本质区别，由于在电动车上使用，压缩机等主要部件有其特殊性。二、电动汽车转向系统1.PRIUS汽车的电动助力转向系统（1）转向器（2）助力电动机总成（3）转矩传感器,（二）电动汽车电动助力转向优点（1）更加节省能源和环保。（2）助力效果相对更好。（3）质量大大减轻（4）安全性能更好。

23、（5）提高了转向系统的回正性能。,第三章 纯电动汽车,第一节纯电动汽车的结构及其行驶性能一、纯电动汽车的基本结构纯电动汽车的定义：纯电动汽车（BladeElectricVehicles，简称BEV）是指以车载电源（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）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。纯电动汽车结构可分为三个子系统，即电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统。（如右图所示）,二、纯电动汽车的电驱动的典型结构形式根据目前普遍接受的按照动力驱动 系统的不同进行分类的典型结构形式，大体分为六种。（如右图所示）（C-离合器D-差速器G-变速器M-电动机FG-定

24、速比减速器 GB-变速器）电驱动的典型结构形式,三、纯电动汽车的动力性能1）纯电动汽车的驱动力电动汽车的电动机输出转矩M，使驱动轮与地面间产生相互作用，从而地面给车轮产生一个反向的作用力Ft，Ft汽车前进方向一致，因而Ft即为驱动力。所以有式中Ft驱动力（N）；M电动机输出转矩（Nm）；ig减速器或者变速器传动比；i0主减速器传动比；电动汽车机械传动效率；r驱动轮半径（m）。,2）纯电动汽车的电动机转矩特性汽车在各种行驶工况下行驶时，所需要的转矩和功率是行驶速度的函数，取决于不同车速行驶时所遇到的行驶阻力。原动机的转矩一转速特性必须满足汽车的这种需要一假设原动机在不同转速时的功率保持不变。=9

25、549 式中n原动机转速（r/min）M原动机转矩（Nm）PM原动机的输出功率（kW）,四、纯电动汽车的几个重要指标1.比功率比功率（Kw/Kg）是衡量汽车动力性能的一个综合指标，具体是指汽车发动机最大功率与汽车总质量之比。一般来讲，对同类型汽车而言，比功率越大，汽车的动力性越好。2.比能量比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克（重量单位），L是升（体积单位）。,简要介绍几种常见电池的比能量：,五、纯电动汽车关键技术发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量

26、管理技术。,六、纯电动汽车的优势及存在的问题1.纯电动汽车的优势电动汽车较少的部件意味着维修成本。现今，电机的效率在80%-95%之间，而内燃机效率只有5%-25%，电动车提供了更高的效率。并且众所周知电动汽车的能源费用也是非常的小。因而总体费用减少了。2.纯电动汽车的不足电动汽车最大的不足是续驶里程短，充电时间长达数小时。目前的电动汽车续驶里程在150km左右，虽然这对于90%的上班族己足够，但传统内燃机汽车行驶里程一般在300-400km左右，此外，由于电机电池技术的限制，目前，电动车的价格昂贵，因而它还不能完全取代内燃机汽车。,第二节纯电动汽车的基础设施建设一、国内基础设施建设基础1.概

27、述（1）交流充电桩，交流充电桩是一种安装在电动车外，与交流电网连接，通过车载充电机给电动汽车电池提供交流电源的充电装置。主要技术要求1）环境条件要求工作环境温度：-20+50；相对湿度：5%95%；海拔高度：1000m；抗震能力：地面水平加速度 0.3g；地面垂直加速度 0.15g；,2）结构要求交流充电桩壳体应坚固；结构上须防止手轻易触及露电部分；交流充电桩应选用厚度1.0cm以上钢组合结构，表面采用浸塑处理，并充分考虑 散热的要求。充电桩应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能；充电桩应有足够的支撑强度，应提供必要设施。,3）电源要求输入电压：单相220V；输出功率：单相220V/5KW；频率：50

28、Hz2Hz；允许电压波动范围为：单相220V15%；4）电气要求插头与插座正确连接确认成功后，带负载可分合电路方可闭合，实现对插座的供电；漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧；低压配电设备及线路的保护应满足低压配电设计规范（GB/50053）中的相关规定；,（2）直流充电站1）充电站配电系统配电系统为充电站的运行提供电源，它不仅提供充电所需电能，而且还要满足照明、控制设备的需要，包括变配电所有设备、配电监控系统等。2）充电站充电系统充电系统是整个充电站的核心部分，根据电能补给方式的不同，氛围地面单相充电和整车充电两种充电系统，通常情况下，充电站采用单箱充电方式为更换下来的电池进行充电。单箱充电方式有利于提高电池组的均衡性，延长电池使用寿命。,3）充电站电池调度系统电池调度系统对所有的电池实时进行数量、质量和状态的额监控和管理，具备电池存储、电池更换、电池重新配组、电池组均衡、电池组实际容量测试、电