新能源汽车概论第2章 新能源汽车类型.docx

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新能源汽车概论第2章新能源汽车类型

第2章新能源汽车类型

课题：

2.1纯电动汽车

教学目的：

掌握纯电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

了解关键技术、主要技术指标和主要车型特点

教学重点：

纯电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

教学难点：

纯电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

类型：

新授课

教学方法：

讲练结合

课时：

3

引入：

纯电动汽车是指以车载电源为动力，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。

一般采用高效率充电蓄电池为动力源。

纯电动汽车无需再用内燃机，因此，纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。

纯电动汽车可分为2种类型，即用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车和装有辅助动力源的纯电动汽车。

一、纯电动汽车的类型

1.用纯蓄电池作为动力源的纯电动汽车

用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，只装置了蓄电池组，它的电力和动力传输系统如图所示P27。

2.装有辅助动力源的纯电动汽车

用单一蓄电池作为动力源的纯电动汽车，蓄电池的比能量和比功率较低，蓄电池组的质量和体积较大。

因此，在某些纯电动汽车上增加辅助动力源，如超级电容器、发电机组、太阳能等，由此改善纯电动汽车的启动性能和增加续驶里程。

装有辅助动力源的纯电动汽车的电力和动力传输系统如图所示。

二、纯电动汽车的结构原理

燃油汽车主要由发动机，底盘、车身和电气四大部分组成，纯电动汽车的结构与燃油汽车相比，主要增加了电力驱动控制系统，而取消了发动机，由电力驱动主模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。

当汽车行驶时，由蓄电池输出电能（电流）通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。

电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。

要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。

1.电力驱动主模块

①组成：

电力驱动主模块主要包括中央控制单元、驱动控制器、电机、机械传动装置和车轮等。

②功用：

将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。

2.车载电源模块

电源电源模块主要包括蓄电池电源、能量管理系统和充电控制器等。

它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。

3.辅助模块

辅助系统主要包括辅助动力源、动力转向系统、驾驶室显示操纵台和各种辅助装置等。

辅助系统除辅助动力源外，依据不同车型而不同。

三、纯电动汽车驱动系统布置形式

（1）传统的驱动模式。

图（a）与传统汽车驱动系统的布置方式一致，带有变速器和离合器，只是将发动机换成电动机，属于改造型电动汽车。

这种布置可以提高电动汽车的起动转矩，增加低速时电动汽车的后备功率。

（2）电动机-驱动桥组合式驱动模式。

图（b）和（c）取消了离合器和变速器，但具有减速差速机构，由1台电动机驱动两车轮旋转。

（3）电动机-驱动桥整体式驱动模式。

图（d）是将电动机装到驱动轴上，直接由电动机实现变速和差速转换。

（4）轮毂电机驱动模式。

图（e）和（f）同图（d）布置方式比较接近，将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车轮行驶。

四、纯电动汽车的特点

（1）无污染，噪声低。

纯电动汽车不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，有“零污染”的美称；电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机噪声小。

（2）能源效率高，多样化。

电动汽车的能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行。

电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用。

**电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。

向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。

除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。

（3）结构简单，使用维修方便。

电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，当采用交流感应电动机时，电动机无需保养维护，更重要的是电动汽车易操纵。

（4）动力电源使用成本高，续驶里程短。

目前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电池的寿命短，使用成本高。

电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。

但随着电动汽车技术的发展，电动汽车存在的缺点会逐步得到解决。

五、电动汽车的关键技术

1．电池及管理技术

（1）关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。

（2）电池组性能直接影响整车的加速性能、续驶里程以及制动能量回收的效率等。

电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优化。

2．电机及控制技术

（1）电动汽车的驱动电机是电动汽车的关键部件。

要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动转矩，体积小、质量轻、效率高且有动态制动强和能量回馈的性能。

电动汽车所用的电动机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。

（2）随着电机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。

3．整车控制技术

（1）新型纯电动汽车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速CAN总线和车身系统的低速总线。

（2）实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽车上应用的一个基础，同时也为X-by-Wire技术提供有力的支撑。

4．整车轻量化技术

（1）通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电动机功率、转速和转矩、整车性能等车辆参数的整体优化，合理选择电池和电动机参数。

（2）通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源系统的重量。

（3）积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻质合金材料。

（4）利用CAD技术对车身承载结构件进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。

六、纯电动汽车的主要技术指标

见P32

七、纯电动汽车车型实例

1.比亚迪e6纯电动汽车

2.北汽E150纯电动汽车

3.江淮同悦iEV

4.上汽荣威E50EV

5.日产Leaf纯电动汽车

6.特斯拉ModelS

小结：

学习纯电动汽车的结构原理，传动系统布置形式和特点

作业：

课后习题

课题：

2.2增程式电动汽车

教学目的：

掌握增程式电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

了解关键技术、主要技术指标和主要车型特点

教学重点：

增程式电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

教学难点：

增程式电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

类型：

新授课

教学方法：

讲练结合

课时：

4

引入：

根据美国通用汽车公司Tate等人给出的定义，增程式电动车（ExtendedRangeElectricVehicle,E-REV）是指整车在纯电动模式下可以达到其所有的动力性能，而当车载可充电电池无法满足续驶里程要求时，打开车载辅助发电装置为动力系统提供电能，以延长续驶里程。

增程式电动车是一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车、电动自行车、电动摩托车。

其动力系统由动力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统（APU）组成。

一、增程式电动汽车结构0.5

1.组成：

电驱动系统、发动机/发动机系统、功率分配装置、动力电池

2.电驱动系统由驱动电动机及牵引力驱动控制装置组成

发动机→燃油→化学能→发电机→三相交流电→发电机驱动控制器→直流电→功率分配系统→动力输出

①需要大功率：

功率分配系统→电能→驱动力控制系统逆变器→三相交流电→电动机→汽车

②增程模式：

增程模块提供电力有余则为蓄电池充电，平衡系统充放电，稳定系统电压

③停车：

通过外接电源充电

3.系统之间的数据传输由CAN总线完成

4.发动机、发电机和发电机驱动控制装置共同组成増程器系统

5.増程器只提供电能，来驱动电动机或者位动力电池充电，增加电动汽车的行驶里程

二、増程器的分类1.5

増程器是增程式电动汽车最重要的组件之一，与汽车的性能、油耗、燃油替代、原始成本和运行成本密切相关。

1.按布置位置分类

（1）挂车式増程器

（2）插拔式増程器

（3）车载式増程器

2.按结构组成分类

（1）大容量蓄电池増程器

（2）燃料电池増程器

（3）发动机/发电机组増程器

三、增程式电动汽车原理0.5

在电池电量充足时，动力电池驱动电机，提供整车驱动功率需求，此时发动机不参与工作。

当电池电量消耗到一定程度时，发动机启动，发动机为电池提供能量对动力电池进行充电。

当电池电量充足时，发动机又停止工作，由电池驱动电机，提供整车驱动。

1.纯电动模式

（1）与发动机和发电机无关

（2）电池是唯一动力源，驱动电动机

2.增程模式

（1）条件：

电池的电量达到预设的最低值，増程器系统启动

（2）发动机达到最佳工作状态，能量一部分驱动汽车，一部分位蓄电池充电

四、增程式电动汽车的特点0.5

1、可纯电动模式运行，所需电池容量小，造价低且不会发生缺电抛锚现象。

2、可插电式方模运行，在混合动力基础上进一步提高节油率。

3、电池充电功率小，不必建设大型充电设施。

4、电池充放电可以浅充浅放，有利于电池寿命。

5、具有外接充电方式，能利用夜间得低价低谷电充电。

6、结构简单，电机直驱，易于维修保养，易于实现产业化。

7、节能:

发动机一直处于最佳工作状态，效率高，排放小。

8、减排:

综合节油率高，现有技术就可节油50%以上。

五、增程式电动汽车的主要技术指标0.5

1.动力电池

（1）能量密度

（2）循环寿命

（3）目标成本

2.车用电动机

（1）成本

（2）概率密度

（3）最高效率

3.电子控制

4.整车平台

（1）最高车速

（2）纯电续航里程

（3）附加成本

六、增程式电动汽车车型实例0.5

1.瑞麟X1增程式电动汽车

2.增程式电动宽体轻客V80Hybrid

3.马自达ExtenderEV增程式电动汽车

4.雪佛兰VOLT增程式电动汽车

小结：

学习增程式电动汽车的结构原理，传动系统布置形式和特点

作业：

课后习题

课题：

2.3混合动力电动汽车

教学目的：

掌握混合动力电动汽车的结构原理，驱动布置型式和特点

了解关键技术、主要技术指标和主要车型特点

教学重点：

混合动力电动汽车的结构原理

教学难点：

混合动力电动汽车的结构原理

类型：

新授课

教学方法：

讲练结合

课时：

引入：

所谓混合动力电动汽车，是指拥有两种不同动力源的汽车。

这两种动力源在汽车不同的行驶状态（如起步、低中速、匀速，加速，高速，减速或者刹车等）下分别工作，或者一起工作，通过这种组合达到最少的燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的目的。

例：

丰田普锐斯

一、混合动力电动汽车的定义与分类

1.混合动力电动汽车的定义1

（1）从狭义上讲，混合动力电动汽车是指同时装备两种动力源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。

既有蓄电池可提供电力驱动，又装有一个相对小型内燃机的汽车。

（2）从广义上来讲，混合动力电动汽车指的是装备有两种具有不同特点驱动装置的车辆。

（3）国际电子技术委员会对混合动力车辆的定义为：

在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车。

2．混合动力电动汽车的分类

混合动力电动汽车分类方法较多，主要介绍6种分类方法。

（1）按照动力系统结构形式划分。

根据混合动力电动汽车零部件的种类、数量和连接关系，可以将其分为串联式混合