汽车电驱动技术第2章纯电动汽车.pptx

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动力电池作为储能装置，通过充电系统进行电能的补充；动力电池向驱动电机输出电能，电机驱动汽车前进。

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,纯电动汽车的优势,行驶过程零排放、噪声小；结构简单、维修方便；使用费用低廉；消峰抑谷（城市电网）；利于智能交通系统的实现（“智能城市”）。

E-MOBILITY,纯电动汽车的系统组成,纯电动汽车的系统组成,纯电动汽车的系统组成,机械子系统,底盘、车身、驱动装置、变速器及动力电池箱体等。

纯电动汽车的系统组成,电力电子子系统,高压线束、电机及其控制器、能源系统、功率变换器等。

纯电动汽车的系统组成,信息系统,感知并处理驾驶意图、监控整车及部件的状态、发送控制指令等。

纯电动汽车的系统组成,11,纯电动汽车的工作原理,电气系统工作原理高压电气系统,低压电气系统整车网络化控制子系统,纯电动汽车的工作原理,整车控制系统纯电动车辆动力控制系统分两层次第一层是动力管理部件整车级别的协调，是整车控制器职责所在第二层是动力执行部件驱动电机控制器以及动力电池控制器，完成驾驶员对车辆的动力需求,纯电动汽车的工作原理,整车控制系统,纯电动汽车的工作原理,整车控制系统,电动化部件控制系统,整车控制器驱动电机控制器,电池管理系统,信息显示系统,通信系统,协调控制,纯电动汽车的工作原理,直流电机驱动系统,高压电气子系统的两种驱动类型,交流电机驱动系统,纯电动汽车的工作原理,直流电机驱动系统,直流电动机驱动系统采用有刷直流电动机作为驱动电机，其电动机控制器一般采用斩波控制器调速。

纯电动汽车的工作原理,直流电动机驱动系统优点：

控制技术简单，动态性能较好。

缺点：

由于采用机械换向结构，维护困难，并会产生火花，易产生电磁干扰。

另外，直流电动机及其驱动系统体积大，密封较困难，制造成本较高，速度范围有限，质量较大，能量密度较低。

纯电动汽车的工作原理,交流电动机驱动系统在对交流感应电动机供电之前，首先需要安装逆变器将直流电变换成交流电。

这样就不可避免的增加了交流驱动系统的制造成本，另外对交流感应电机的控制技术也相对复杂很多，常用的控制方法有：

变频变压控制、磁场定向矢量控制和直接转矩控制。

纯电动汽车的工作原理,交流电机驱动系统,纯电动汽车的工作原理,传动系统结构及工作原理,带变速器-离合器的传动系统（常规传动系统）无离合器-固定速比变速器传动系统单电机-变速器-差速器一体化结构双电机-固定速比变速器一体化结构双电机-固定速比变速器一体化轮边驱动传动系统四轮毂电机驱动系统,纯电动汽车的工作原理,带变速器-离合器的传动系统,1,纯电动汽车的工作原理,带变速器-离合器的传动系统,纯电动汽车的工作原理,无离合器-固定速比变速器传动系统,2,纯电动汽车的工作原理,无离合器-固定速比变速器传动系统,纯电动汽车的工作原理,与第二种传动形式类似，但是驱动电机、固定速比变速箱和差速器被进一步整合为一体，布置在驱动轴上。

整个驱动传动系统被大大简化和集成化。

从再生制动的角度出发，这种传动形式可以很容易的实现电能从车轮到电动机的回收，有利于全轮驱动。

因为没有传动装置，运转更加容易。

但是这样的布置形式要求有低速大转矩、速度变化区域大的电动机，同时增加了电动机和逆变器的容量。

单电机-减速器-差速器一体化结构3,纯电动汽车的工作原理,单电机-减速器-差速器一体化结构,纯电动汽车的工作原理,双电机-固定速比变速器一体化结构,在第三种传动形式的基础上，差速器被两个独立的牵引电机所代替。

每个牵引电机单独完成一侧车轮的驱动任务，在车辆进行曲线行驶时，两侧的电机就会分别工作在不同的速度下。

需要解决的问题是控制难度较大。

4,纯电动汽车的工作原理,双电机-固定速比变速器一体化结构,纯电动汽车的工作原理,双电机-固定速比变速器一体化轮边驱动传动系统,为了进一步简化驱动系统，牵引电机与车轮之间取消了传统的传动轴，由驱动电机直接驱动车轮前进。

5,纯电动汽车的工作原理,在完全舍弃驱动电机和驱动轮之间的机械传动装置之后，轮毂电机的外转子直接连接在驱动轮上。

驱动电机转速控制与车轮转速控制融为一体，构成了所谓的双轮毂电机。

这种分布方式需要驱动电机提供更高的转矩来启动和加速车辆。

双轮毂电机驱动系统6,纯电动汽车的工作原理,双轮毂电机驱动系统,纯电动汽车的工作原理,双轮毂电机驱动系统,纯电动汽车的工作原理,两种轮毂电机驱动方式,纯电动汽车的工作原理,四轮毂电机驱动系统,四轮毂电机即安装4轮独立控制的电动机和逆变器的驱动系统，这样可以使结构更加紧凑，同时能够使车辆达到前所未有的机动性。

7,纯电动汽车的工作原理,四轮毂电机驱动系统1、车轮可以实现+_180度的旋转、横向行驶、任意旋转行驶。

2、由于可以进行各车轮任意转矩控制，防滑控制、制动控制等多种性能得以发挥。

3、轮毂式电动机的大型化较难，但是总功率依靠4台电动机分担，每台电动机的容量可以变得小一些。

此外，由于没有动力传动装置，效率可以稍微得到改善。

纯电动汽车的工作原理,四轮毂电机驱动系统大客车正向低地板化方向发展，保留差速轴的情况下大幅度降低车地板是相当困难的，若采用没有贯通轴的轮毂式电动机则比较容易实现。

低速大转矩电动机体型大又昂贵，所以近来出现了减速器内置的轮毂式电动机。

但同时也有人提出随着非簧载质量增大等原因，其操纵性、乘坐舒适性等性能有所下降，且轮毂式电动机价格昂贵。

平行式一体化驱动系统,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,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,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,自动变速传动系统,纯电动汽车的动力传动系统举例,在车辆行驶时，当车速达到换挡曲线所要求车速时，机械式自动变速器向电机控制器提出换挡要求；电机控制器则把电动机处于自由模式，并回馈给机械式自动变速器信号；变速器降为空挡；电机控制器转变成转速控制模式，并以中央控制器（ECU）提供的转速为目标转速调节驱动电机的转速，当驱动电机到达目标转速后，电机控制器向机械式自动变速器发出信号，电动机处于自由模式；变速器挂到目标挡；电机控制器返回转矩控制模式，以新的挡位驱动车辆行驶。

此外，应当指出，在换挡过程中油门是不起作用的。

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为换挡前正常行驶阶段；1与2相交时刻为动力中断时刻，在该时刻驱动电机失去励磁，由转矩模式变换为自由模式；2为摘挡阶段，在该阶段，换挡机构的执行机构开始进行摘挡操作，直到空挡；3为电机调速阶段，在此阶段，驱动电机由自由模式进入转速模式，开始根据ECU传输到的目标值进行调速；4为挂挡阶段，当电机完成调速后，变速器换挡执行机构开始进行挂挡操作，该阶段直到挂挡完成；5为动力恢复阶段，在挂挡完成后，电机由自由模式返回转矩模式，车辆恢复驱动力，在新的挡位下继续前进。

电子差速桥技术；,纯电动汽车的动力传动系统举例,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,纯电动汽车的动力传动系统举例,电动轮驱动系统,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,纯电动汽车的动力传动系统举例,A.Smalldiameter,longlengthB.Largediameter,aroundbothbrake&suspensionC.Occupybrakespace,designnewbrake,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,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,环形,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,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,BIT轮毂电机驱动技术,结构设计：

采用永磁同步电机及外转子的设计方案,磁路设计：

表贴式结构，铝制外壳,研制的样机,BIT轮毂电机驱动技术,电机控制器为一套装置中包含两套电机驱动系统，控制方法采用转子磁链定向矢量控制技术。

BIT轮毂电机驱动技术,电机最大效率93%，高效区（效率80%）占电机整个运行区域75%,BIT轮毂电机驱动系统装车应用,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6.内转子永磁体,3.外转子气隙7.内转子铁心轭,4.定子5.内转子气隙8转子轴,日产公司的双转子电机,纯电动汽车的工作原理,电源系统结构及工作原理控制系统设计；结构设计；热管理；电气系统设计；制造；装配集成。

纯电动汽车的工作原理,电源系统结构及工作原理,BMWACTIVEE分布式电源系统结构,纯电动汽车的工作原理,电源系统结构及工作原理,锰酸锂动力电池箱结构图,纯电动汽车的工作原理,电源系统结构及工作原理,丰田和本田公司使用的Ni-H动力电池,课时要览,纯电动汽车的系统组成纯电动汽车的工作原理典型的纯电动汽车结构,典型的纯电动汽车结构,改装式的纯电动汽车福特福克斯日产聆风全新开发的纯电动汽车通用EV1、EV2本田EV-Plus,概念型纯电动汽车KAZEclectic米其林主动车轮Volvo新概念,BMWi3ConceptBatteryElectricVehicle,典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车,典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车,1.电机控制器及转换装置；2.高压空调压缩机；3.电控水冷系统；4.驱动电机；5.电动助力转向；6.变速器；7.动力总成悬置；8.电控真空泵；9.高压制冷/加热装置及控制器；10.整车控制器；11.动力电池箱；12.充电器；13.DC/DC变换器,典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车,“2011年度未来绿色车型”。

技术平台：

福特新C平台（3代Focus）；较常规车型重700lbs，提升了乘坐品质，底盘主观感受更沉稳。

典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车单电机（141马力永磁同步电机）+固定速比变速器；低转速扭矩巨大，必须人为限制扭矩的释放，否则车辆加速太快造成不适感。

电动机的减速效果介入自然。

电机上面采取了有效的隔音措施，没有其他电动车常见的高频噪声。

最高车速：

130km/h；,典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车23kWh锂离子电池；供应商：

LG化工公司位于北美的子公司CompatPower公司）。

电池组不但侵占了原来油箱的位置，还在行李箱内形成一个凸起，整合度有待提高。

续驶里程：

160km；当量油耗：

2.2L/100km（综合）；,典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车,6.6kWh大容量车载充电机；Level2充电模式（220-240V、40A）：

34h；Level1充电模式（120V）；快速充电；可以在沿途的公共充电站花短短几分钟的时间为车辆充电，增加大约30km的续航里程。

典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车,MyFordTouch+MyFordMobileAPP；使用更节能的驾驶方式时，仪表盘上蝴蝶图像数量增加；显示每次制动的能效；导航系统内标有充电站位置；能够告知当前电量还能行驶多远的智能卫星导航系统；,智能手机APP允许车主遥控操控某些功能，可以设定和管理充电过程，包括预先开启车厢空调、加热或冷却水冷电池组。

典型的纯电动汽车结构,福特福克斯纯电动汽车,太阳能充电器。

福特与太阳能系统供应商SunPower达成战略合作，将为福特电动车车主提供2.5千瓦太阳能充电器，平均每年可利用太阳能发电3000千瓦时，该电力可支持福克斯电动车每个月行驶1600公里。

典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）,典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）产品平台；Leaf国产后会以骐达为平台。

采用同样技术的东风日产自主品牌-启辰将于2015年推出电动车。

使用低能耗LED前大灯和尾灯，尾翼上的太阳能板可持续补充电力；特别设计的车头轮廓引导车头气流远离后视镜，减少风阻（风阻系数0.28）和风噪；由于动力系统的冷却需求较少，车头进气口面积也大幅缩减，减少了空气阻力。

典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）永磁同步交流电机EM61（80kW/108马力；峰值扭矩280Nm）；最高车速：

140km/h；,典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）,24kWh锂离子电池；电池组最大输出功率可达90kW。

电池组隐蔽地布置在前后排坐垫下面，位于大跨度的轴距之间，结合低重心结构，电池组整合度较高。

续驶里程：

117.5km（美国EPA环保署测试数据）；当量油耗：

2.4L/100km（综合）（21.1kWh/100km）,典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）家庭充电模式：

78h；充电站快充模式：

30m80%；可以在公共充电站花10分钟时间为车辆补电，增加大约50km的续航里程。

典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）信息显示系统；电子仪表板采用了先进的图形方案设计，所需信息一览无遗，过滤了一些不必要的视觉元素，视觉简洁、美观。

特别增加了节能驾驶树知识信息，每次刹车和加速都会将驾驶风格展示于屏幕，并将成绩上传至服务器与其他车主竞赛，以此鼓励采用更节能的驾驶方式。

有针对聆风的iPhoneAPP，连接到全球数据中枢，可以用iPhone为车定时充电，遥控空调，监视电力状况。

纯电动汽车整车技术,典型的纯电动汽车结构,日产聆风（LEAF）,纯电动汽车整车技术,日产LEAF,驱动电机前置前驱,电机：

80kW（110hp）,280Nm（210ftlb）减速箱：

7.94:

1动力电池组：

24kWh锂离子动力电池组续驶里程：

2011/12models117km（EPA）/175km（NEDC）2013Model,121km（EPA）/200km（NEDC）135km（长里程模式）/106km（长寿命模式）,纯电动汽车整车技术,纯电动汽车整车技术,纯电动汽车整车技术,纯电动汽车整车技术,纯电动汽车整车技术,日本三菱IMiEV电机后置后驱，最高功率47kW，最大转矩180Nm，最高转速8000rpm,减速比6.066，最大续驶里程160km（日本循环工况），最高车速130km/h；88块3.7V/50Ah串联，330V16kWh锂离子动力电池组，快充20分钟80%，慢充4小时；风冷电池箱，集中控制冷却风扇，快充，强制冷却,纯电动汽车整车技术日本三菱IMiEV,纯电动汽车整车技术,日本三菱IMiEV当加速踏板松开时，整车在电机再生制动力的作用下自动减速；三种工作模式：

D-经济模式城市运行B-强再生制动模式，下坡行驶C-弱再生制动模式，平稳运行长距离巡航,纯电动汽车整车技术BMWMINIE,纯电动汽车整车技术,线控加速技术：

当加速踏板首次被踩下时，软件控制给予电机响应一定的延迟，人为限制电机的响应时间避免整车的起步冲击，起步完成后，取消延迟控制，保持整车的动力性.再生制动标定后可以获取更多的加速动能，一旦驾驶员松开加速踏板，整车进入全再生制动模式。

如果同时踩下制动踏板，同时制动灯亮，则整车减速明显。

在水平路面上时，整车可自动停车同时制动灯保持灭的状态。

因此，减速只需要送加速踏板即可，制动踏板仅在紧急和快速停车时有效。

纯电动汽车整车技术BMWACTIVEE,纯电动汽车整车技术BMWACTIVEE,纯电动汽车整车技术奔驰SmartED,纯电动汽车整车技术,典型的纯电动汽车结构,通用EV1、EV2,EV1：

19961999年,EV2：

19992003年,EV1,典型的纯电动汽车结构,通用EV1、EV22003年，通用汽车公司EV1电动汽车退市，一些人称它是一个技术悲剧。

EV1电动汽车使用铅酸蓄电池，单次充电里程大约是60miles。

通用公司在这个项目上投资了15亿美元，宣布这款车在经济上不成功（该车仅供出租，不供销售），不可能投放大众市场，该车型不再上路并销毁。

抗议者们为这款车举办了一场模拟葬礼；其他人则指责通用公司是有意失败。

2006年，索尼电影公司制作了一部名为谁杀死了电动汽车的电影。

EV1纪念,典型的纯电动汽车结构,EV1先导技术,铝合金车身框架；非金属车身面板；低滚、自修补轮胎；低风阻车身；镁合金轮毂、座椅；无钥匙开关；自动胎压检测系统；可加热车窗玻璃；可编程空调系统；,典型的纯电动汽车结构,通用EV1、EV2,典型的纯电动汽车结构,通用EV1、EV2空气阻力的降低EV1加大了前端和后端玻璃的倾斜度；挡泥板的车轮切割部分安装大的盖板，使空气平滑流动；流线型平滑车体形状，呈水滴状，后部宽度约减少到车体最大宽度的60%车体下部平滑。

空气阻力系数0.19/（0.26）,典型的纯电动汽车结构,通用EV1、EV2重量的减轻（轻量化设计）EV1铝空间框架，相对钢架降低40%框架的结合采用环氧树脂粘合剂粘接，铆钉以及点焊的数目减少40%;方向盘的芯部、座椅架使用镁制造，控制仪表板采用玻璃纤维强化甲酸酯和甲酸酯表皮，省去金属驾驶系统的前端和后端部件采用铝，前端Y字形悬挂系统的上臂和下臂采用铝煅造品。

鼓式制动器用铝和碳化硅复合材料做成，压铸铝制超薄轮胎。

典型的纯电动汽车结构,本田EV-plus,EV-plus：

19961999年,集成水冷散热系统：

电机、电机控制器、转换器和逆变器等；首款采用镍氢电池系统的电动汽车；,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,典型的纯电动汽车结构,典型的纯电动汽车结构,KAZ纯电动汽车,典型的纯电动汽车结构,Eclectic（折中）纯电动汽车Eclectic是世界上首辆“自主动力”汽车Ve，nturi公司为其装上了太阳能电池板和风力涡轮机，因此它能够从这些部件中获得能量。

它也拥有一个可以从外部充电的插口，因为电池板和涡轮机只能带来每天14英里的能量。

Eclectic,典型的纯电动汽车结构,轮毂电机,轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。

轮毂电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。

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