绝密资料新能源大透题.docx

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绝密资料新能源大透题

新能源汽车：

是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术，新结构的汽车。

常规的车用燃料：

汽油，柴油，天然气，液化石油气，乙醇汽油，甲醇，二甲醚。

新能源汽车的分类：

纯电动汽车，増程式电动汽车，插电式混合动力汽车，氢发动机汽车，其他新能源汽车。

新能源汽车发展现状：

“863”计划

三纵：

混合动力汽车，纯电动汽车，燃料电池汽车。

三横：

电池，电动机，电控。

电池分类：

化学电池，物理电池，生物电池。

化学电池：

原电池，蓄电池，燃料电池，储备电池。

蓄电池：

蓄电池又称为第二次电池，是指电池在放电后可通过充

电的方法使活性物质复原而继续使用的电池。

燃料电池：

燃料电池又称为连续电池，是指参加反应的活性物质从电池外部连续不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。

电池的性能指标：

电压，容量，内阻，能量。

（只写老师标记的）

额定电压：

额定电压是指电池在标准规定条件下工作时应达到的电压。

充电终止电压：

蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。

放电终止电压：

放电终止电压是指电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压为终止电压。

荷电状态：

荷电状态（SOC）是电池在一定放电倍率下，剩余电量与

相同条件下额定容量的比值。

（SOC=1即表示电池充满状态）。

比能量：

比能量也称质量比能量，是指电池单位质量所能输出的电能。

比功率：

单位质量电池所能输出的功率为比功率，也称为质量比功率。

自放电率：

自放电功率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。

放电倍率：

放电倍率等于额定容量与放电电流之比。

电动汽车对动力电池的要求：

比能量高，比功率大，循环寿命长，均匀一致性好，高低温性能好，环境适应性强，安全性好，价格低廉，绿色环保。

铅酸蓄电池的分类和结构

分类：

免维护铅酸蓄电池，阀控密封式铅酸蓄电池。

结构：

正负极板，隔板，电解液，溢气阀，外壳等部分组成。

优点：

1.除锂离子电池外，在常用蓄电池中，铅酸蓄电池的电压最高。

2.价格低廉。

3.高倍率放电性能好。

4.高低温性能好。

5.电能效率高达60%。

6易于浮充使用，没有“记忆“效应。

7.易于识别荷电状态。

缺点

1.比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短。

2.使用寿命短，使用成本高。

3.充电时间长。

4.铅是重金属，存在污染。

铅酸蓄电的充电方法

常规方法：

恒流充电法，分段电流充电法，恒压充电法，恒压限流充电法。

快速充电法：

脉冲式充电法，变电流间歇充电法，变电压间歇充电法。

镍氢电池的分类与结构

分类：

方形镍氢电池，圆形镍氢电池。

结构：

正极，负极，极板，隔板，电解液等组成。

特点：

无污染，高比能，大功率，快速充放电，耐用性等许多优异特

性。

锂离子电池的分类和结构

分类

形状：

方形锂离子电池，圆柱形锂离子电池。

正极材料：

锰酸锂离子电池，磷酸铁锂离子电池，镍钴锂离子电池或镍钴锰酸锂离子电池。

结构：

正极，负极，隔板，电解液，安全阀。

特点：

工作电压高，比能量高，循环寿命长，自放电率低，无记忆性

无污染，能制造成各种模样。

缺点：

成本高，必须有特殊的保护电路。

燃料电池分类：

酸性燃料电池，碱性燃料电池。

燃料电池系统：

燃料供应系统，氧化剂系统，发电系统，水管理系统，热管理系统，电力系统，控制系统，安全系统。

质子交换膜燃料电池的工作原理：

P63

太阳能电池的发电原理p73

太阳能电池的发电原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。

电动机种类介绍p89：

直流电动机，无刷直流电动机，异步电动机，永磁同步电动机，开关磁阻电动机。

电动机的额定指标

额定功率：

额定运行情况下轴端输出的机械功率。

额定电压：

外加于线端的电源线电压。

额定电流：

电动机额定运行情况下电驱绕组的线电流。

额定频率：

电动机额定运行情况下电枢的频率。

额定转速：

电动机额定运行的情况下，电动机转子的转速。

电动汽车对电动机的要求：

1.在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩；在恒功率区，要求低转

矩时具有高的速度。

2.具有瞬时功率大，带负载启动性能好，过载能力强，加速性能好，使用寿命长。

3.在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高一次充电的续驶里程。

4.在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率。

5.可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作。

6.体积小，质量轻。

7.结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护。

8.价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比。

9.运行时噪声低，减少污染。

绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同分为：

他励式，并励式，串励式，复励式。

各种励磁式的电路图p92

直流电动机的结构和特点

结构：

定子和转子两部分构成。

定子：

主磁极，机座，换向极。

电刷装置。

转子：

电枢铁心，电枢绕组，换向器。

特点：

1.调速性能好。

2.起动力矩大

3.控制比较简单。

4.有易损件

直流工作的工作原理p93

直流电动机的运行特性p96:

直流电动机的工作特性：

转速特性，转矩特性，效率特性。

直流电动机的机械特性：

电源电压恒定，励磁调节电阻和电枢回路电阻不变的情况下，其转速与电磁转矩之间的关系又称为转矩—转速特性。

硬机械特性：

逐渐减小电源电压时，理想空载转速逐渐下降，但从空载到满载转速变化很小的特性。

直流电动机的转速控制方法：

电枢调节控制，磁场控制，电枢回路串电阻。

电枢调压控制

优点：

直流电动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围

内的连续平滑的速度控制，调速比一般可达1:

10，

如果与磁场控制配合使用，调速比可达1:

30.

缺点：

1.只适合电动机基速以下的转速控制。

2.需要专用的可控直流电源。

调速过程：

当磁通量保持不变时，减小电压，由于转速不立即发生变化，反电动势也暂时不变化，同时由于电枢电流减小了，转矩也减小了。

如果阻转矩未变，则转速下降。

随着转速的降低，反电动势减小，电枢电流和转矩就随着增大，直到转矩与阻转矩再次平衡为止，但这时转速已经较原来降低了。

磁场控制

优点：

1.可采用可变电阻器，也可采用可控整流电源作为励磁电源。

2.当电枢电流不变时，具有恒功率调速特性，控制效率高。

缺点：

1.磁场控制只适合电动机基速以上的控制。

2.调速范围小，响应速度较慢。

无刷直流电动机的结构和特点

结构：

电动机本体，电子换相器，位置传感器。

特点：

1.外特性好，符合电动汽车的负载特性。

2.可以在低、中、高宽速度范围内运行。

3.效率高。

4.过载能力强。

5.再生制动效果好。

6.体积小，质量轻，比功率大。

7.无机械换相器。

8.控制系统比异步电动机简单。

缺点：

电动机本身比交流发动机复杂，控制器比有刷直流电动机复杂。

无刷直流电动机的工作原理：

无刷直流电动机的工作原理与有刷直流电动机的工作原理基本相同。

它是利用电动机转子位置传感器输出信号控制电子换向线路去驱动逆变器的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动电动机转子旋转。

同时，随着电动机转子的转动，转子位置传感器又不断送出位置信号，不断地改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向保持不变，这样电动机就旋转起来了。

工作原理图p103.

机械特性：

无刷直流电动机与有刷直流电动机的机械特性类似，通过调节电枢电流可以实现转矩控制，同时通过调节电源电压可以实现无刷直流电动机的调速控制。

异步电动机

异步电动机：

异步电动机又称为感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。

异步：

指的异步电动机的转子转速不等于定子旋转磁场的同步转速。

异步电动机（三相笼型异步电动机）的结构与特点

结构：

由静止的定子和旋转的转子两部分组成。

定子与转子之间还存在气隙。

定子：

定子铁心，定子绕组，机座。

转子：

转子铁心，转子绕组，转轴。

特点：

转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电动机相比，异步电动机的结构简单，制造，使用，维护方便，运行可靠性高，质量轻，成本低。

缺点：

它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差。

且在大功率，低转速场合不如使用同步电动机合理。

异步电动机的工作原理：

当异步电动机的三相定子绕组通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电动势，电动势的方向由右手定则来确定。

由于转子绕组是闭合通路，转子中便有电流产生，电流的方向与电动势方向相同，而载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。

由电磁力进而产生电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电动机旋转方向与旋转磁场方向相同。

异步电动机的转速是随负载变化而变化的。

转差率的公式p114

永磁同步电动机

永磁同步电动机的分类：

1.正弦波驱动电流的永磁同步电动机。

2.方波驱动电流的永磁同步电动机。

永磁同步电动机（三相正弦波驱动）的结构与特点

结构：

定子和转子两部分组成。

定子：

电枢铁心，电枢绕组。

转子：

永磁体，转子铁心，转轴。

优点：

1.用永磁体取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁线圈，集电环和电刷。

2.永磁同步电动机的转速与电源频率间始终保持准确的同步关系，控制电源频率就能控制电动机的转速。

3.永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的承受能力。

4.永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁。

5.功率因素高，定子电流和定子铜耗小，效率高。

6.体积小，质量轻。

7.结构多样化，应用范围广。

缺点：

1.永磁同步电动机的转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这增大了定子的电流，增加电动机的铜耗。

2.永磁电动机的磁钢价格较高。

开关磁阻电动机的结构和特点

结构：

由双凹凸极的定子和转子组成，其定子，转子的凸极均有普通

的硅钢片叠压而成。

特点：

1.可控参数多，调速性能好。

2.结构简单，成本低。

3.损耗小，运转效率高。

4.起动转矩大，起动电流小。

缺点：

1.转矩脉动现象较大。

2.振动和噪声相对较大。

3.电动机的出线头相对较多。

4.电动机的数学模型比较复杂。

5.控制复杂且依赖于电动机的结构。

开关磁阻电动机的工作原理和工作原理图.p137

纯电动汽车

纯电动汽车的组成：

电力驱动系统，电源系统，辅助系统3部分组成。

典型电动汽车组成框图P151

纯电动汽车的特点：

1.无污染，噪声低。

2.能源效率高，多样化。

3.结构简单，使用维修方便。

4.动力电源使用成本高，续驶里程短。

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，车载能源系统的质量。

3.积极采用轻质材料。

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

电动汽车动力传动系统的设计应该满足车辆对动力性能和续驶里程的要求。

电动机参数设计：

额定功率，峰值功率，额定转速，最高转速，最大转矩，额定电压，行驶里程。

等速行驶的里程：

汽车在良好的水平路面上一次充电后等速行驶直至消耗掉全部携带的电能为止所行驶的里程。

纯电动汽车续驶里程的影响因素

1.滚动阻力系数：

轮胎的滚动阻力系数越小，续驶里程越大。

2.空气阻力系数：

空气阻力系数越小，续驶里程越大。

3.机械效率：

提高电动汽车动力传动系统的机械效率，能有效提高续驶里程。

4.整车质量：

整车质量越大，续驶里程越小。

5.蓄电池参数：

蓄电池的放电深度，电池比能量，电池箱串联电池个数，电池箱并联电池组数，自行放电率。

电动汽车的电池管理核心问题就是SOC的预估问题，电动汽车电池操作窗SOC的合理范围是30%~70%。

制动能量回收：

把汽车制动时的一部分动能转化为其他形式的能量储存起来，在减速或制动的同时达到回收制动能量的目的，然后在汽车起步或加速时又释放储存的能量。

混合动力汽车

混合动力汽车的分类（丰田普锐斯）

按连接方式分类；串联式混合动力汽车混联式混合动力汽车

并联式混合动力汽车

按混合程度分类：

微混混合动力汽车轻混混合动力汽车

强混混合动力汽车全混混合动力汽车

按能否充电分类：

插电式混合动力汽车

常规混合动力汽车

混合动力汽车获得高的燃油经济性主要通过以下原则

1.将较小型发动机安装在汽车上并使发动机在较高负荷下工作。

2.将制动时产生的能量转换为电能用于汽车加速或为其提供动力。

3.采用高效率的电动机将汽车从静止状态起动起来。

设计发动机的最大功率为55KW，这样既可以降低发动机的排量又可以提高发动机的负荷率。

动力分配装置p256

燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车的类型：

按燃料种类分为：

1.以纯氢气为燃料的FCEV

2.经过重整后产生的氢气为燃料的FCEV

按多电源的配置不同分为：

1.纯燃料电池驱动的FCEV。

2.燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的FCEV。

3.燃料电池与超级电容联合驱动的FCEV。

4.燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动的FCEV。

纯燃料电池驱动的FCEV的燃料电池系统的优点

1.系统结构简单，便于实现系统控制和整体布置。

2.系统部件少，有利于整车的轻量化。

3.较少的部件使得整体的能量传递效率高，从而提高整车的燃料经济性。

缺点：

1.燃料电池功率大，成本高。

2.对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求。

3.不能进行制动能量回收。

储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。

常见的车载储氢系统有：

高压储氢，低温储存液氢，金属氢化物储氢3种方法。

燃料电池电动汽车的驱动系统框图p285

以氢为燃料的燃料电池发动机系统p286