现代电动汽车技术复习资料.docx

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现代电动汽车技术复习资料

第一章绪论

1.电动汽车的定义：

电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车，它主要以动力电池为车载能源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科集成的高科技产品。

2.电动汽车的优点：

尾气排放少、能源广泛化、能量效率高、运行费用低、系统可控性好。

3．发展电动汽车目前存在的主要问题：

初始成本高；续驶里程短,载质量小；基础设施投入大；蓄电池的比能量和能量密度比燃油低得多。

4.电动汽车分为纯电动汽车、混合动力电动切换、插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车。

5.一般发展电动汽车的技术路径是：

近期—混合电动汽车；中期—纯电动汽车；远期—燃料电池电动汽车。

第二章纯电动汽车

1.纯电动汽车的定义：

是指利用动力电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电机运转，从而推动汽车前进的一种新能源汽车。

2.纯电动汽车的优点：

（1）零排放、零污染、噪声小；

（2）结构简单、维修方便；

（3）行驶平稳、乘坐舒适、安全性好及驾驶简单轻便；

（4）可使用多种能源、机械结构多样化等。

3.纯电动汽车的缺点：

（1）低的电池能量密度。

（2）过重的电池组。

（3）有限的续驶里程与汽车动力性能。

（4）电池组昂贵的价格及有限的循环寿命。

（5）汽车附件的使用受到限制。

4.从电气构成角度，纯电动汽车可分纯电动汽车系统可分为三个子系统：

电动机驱动子系统、能源子系统和辅助子系统。

1）电动机驱动子系统包括：

由车辆控制器、功率转换器（电力电子变换器）、电机、机械传动装置和驱动车轮组成。

2）能源子系统

由能源、能量管理单元和能量的燃料供给单元构成。

3）辅助子系统

由功率控制单元、车内气候控制单元和辅助电源组成。

5.整车控制器：

整车控制器是整个纯电动汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。

作为汽车的指挥管理中心，动力总成控制器主要功能包括：

驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。

6.功率转换器（电力电子变换器）：

是将电能从一种电压电平和频率变换到另一种电压电平和频率，并供给负载的大功率电子器件。

包括：

DC/DC,DC/AC，AC/DC,AC/AC四种。

7.纯电动汽车的电气控制系统主要包含：

高压电气子系统、低压电气子系统和整车控制系统三部分。

纯电动汽车驱动系统按驱动电机的不同可分为：

直流电机驱动系统和交流电机驱动系统。

8.纯电动汽车传动系统的结构形式有哪些？

（1）基于多档变速器和离合器的传统传动形式

（2）基于无离合器和固定速比减速器的传动形式

（3）基于固定速比减速器和差速器的集成的传动形式

（4）双电机-固定速比减速器一体化传动形式

（5）双电机-固定速比减速器一体化轮边驱动的传动形式

（6）轮毂电机驱动的传动形式

9.轮毂电机驱动方式有两种，一种为内转子型，另一种为外转子型。

10.电动汽车的动力性指标：

最高车速，最高加速能力，最大爬坡度，最大续驶里程。

第三章混合动力汽车

1.混合动力汽车定义：

是指由两种或两种以上不同类型的动力源作为驱动能源，其中至少一种能提供电能的汽车。

2.混合动力汽车的组成：

（1）动力传动系；

（2）车载能量源；（3）动力装置；（4）传动系；（5）辅助系统。

（1）动力传动系　这是汽车上用于存储、转化和传递能量并使汽车获得运动能力的所有部件的总称，具体包括车载能量源、动力装置、传动系和其他辅助系统四部分。

（2）车载能量源　这是在汽车动力传动系中，用于能量存储或进行能量的初始转化以向动力装置直接供能的所有部件的总称，由能量直接存储装置或能量存储、调节和转化装置组成。

（3）动力装置　这是在汽车动力传动系中，用于把其他形式的能量转化为机械动能（旋转动能）的装置，并直接作为传动系的输入，如常规汽车上的内燃机、纯电动汽车上的电机等。

（4）传动系　这是在汽车动力传动系中，用于调节和传递动力装置输出的动力，使之与汽车行驶时驱动轮处要求的理想动力达到较好匹配的所有部件的总称，具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能。

（5）辅助系统　是指在汽车动力传动系中，用于从动力装置中获取动力，区别于直接驱动车辆，主要用于维持汽车良好的操控特性、舒适性等的所有部件的总称，如转向助力系统、制动助力系统、空调系统（动力装置直接拖动）、辅助电气系统（12/24V发电机系统）等。

3.混合动力电动汽车和燃油汽车相比的优点：

（1）可采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，由电能提供汽车加速、爬坡时所需的附加动力，提高了发动机的负荷率。

（2）可使发动机保持在高效率、低污染区域内运行，从而降低排污和油耗。

（3）通过电机发电，回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。

（4）在车辆频繁启停的繁华市区，可以关闭发动机，以纯电动方式驱动车辆，从而消除了发动机的怠速能耗，实现“零排放”。

4.混合动力电动汽车的分类：

1）按混合方式分：

串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车、混联式混合动力汽车三类。

2）按混合度分：

弱混合动力系统、轻度混合动力系统、中度混合动力系统、重度混合动力系统、插电式混合动力系统。

3）按动力耦合系统分：

转矩耦合式、转速耦合式、功率耦合式。

5.串联式混合动力电动汽车的定义和运行特征？

定义：

发动机驱动发电机，电动机使用发电机发出的电能来驱动车轮，功率以串联的方式流向驱动轮。

运行特征：

①发动机和发电机组成辅助动力单元一起产生所需的电能。

发动机和发电机之间为机械连接，且无离合器。

②发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，其电能一部分给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。

③单条驱动线路：

只有电动机驱动汽车行驶。

发动机仅用于带动发电机发电，与驱动轮无机械连接，不直接驱动车辆。

6.并联式混合动力电动汽车的定义和特点

定义：

发动机和电动机都用于驱动车轮，车辆根据工况选择功率输出，功率并联输送到驱动轮。

车辆的驱动力来源于发动机和电动机；

运行特征：

①内燃机和电动机都可通过各自的驱动线路驱动车轮。

②发动机单独驱动，电动机单独驱动，发动机和电动机混合驱动。

③为电力辅助型的燃油车，可降低排放和燃油消耗。

④当发动机提供的功率大于驱动电动车所需的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入电池。

7.混联式混合动力汽车的定义和运行特征：

定义、发动机和电动机都用于驱动车轮，车辆根据工况选择功率输出，功率既可串联也可并联的方式输送到驱动轮。

车辆的驱动力来源于发动机和电动机；

①将串联HEV和并联HEV相结合，具有两者的优点。

②与串联HEV相比，增加了机械动力的传递路线。

③与并联HEV相比，增加了电能的传输路线。

8.插电式混合动力电动汽车定义：

本质是一款重度混合动力电动汽车，区别在于车载的动力电池可以用外部电网充电，具有较长的纯电动行驶里程。

9.增程式电动汽车定义：

是以提高纯电动汽车的续驶里程为目的，在纯电动汽车的基础上增加增程器而成。

10.混合动力汽车发动机提高节节油率的措施：

（1）可采用较小的曲轴，减小发动机相对运动体的摩擦；

（2）采用阿特金森循环，设计非常小的燃烧室，显著降低排气损失和节流损失；

（3）采用怠速启停技术；

（4）发动机停缸控制技术

（5）采用小排量发动机。

11.阿特金森循环发动机的特点

阿特金森循环发动机是一种高压缩比、长膨胀行程的发动机。

它通过利用进气门晚关，在压缩行程从进气门排出部分可燃混合气，减小进气量，减小了泵气损失和压缩冲程的压缩功；这样就使得膨胀行程大于压缩行程，有利于燃料充分燃烧，提高了发动机热效率，降低了燃油消耗。

阿特金森/米勒循环燃油经济性高的原因有两点：

一是部分负荷时最佳膨胀比下，燃料的热效率高；二是进气冲程中没有节气门的节流限制，减少了泵气损失。

12.阿特金森循环发动机适用于混合动力汽车的原因：

混合动力汽车技术的出现可以弥补阿特金森循环发动机的缺点。

（1）在低速小负荷下，利用电动机驱动汽车，既发挥了电动机低速大扭矩的特点，又避免了阿特金森循环发动机低速小负荷下扭矩差的缺点。

（2）在高速大功率下，控制阿特金森循环发动机一直工作在中高转速下，利用电机辅助发动机提供动力。

所以，混合动力电动汽车的发动机大多采用阿特金森/米勒循环发动机。

13.发动机怠速启停的组成和工作原理

组成：

包括了起动机－发电机，传动带和电机控制器，起动机－发电机通过传动带与发动机曲轴连接，因此，也被称为ＢＳＧ系统。

工作原理：

当遇到红灯或堵车时，驾驶员踩下制动踏板，汽车停车，发动机将自动熄火，电机控制器将发送机控制在一个便于快速起动的活塞位置；当驾驶员重新踏下油门踏板或松抬刹车的瞬间，电机控制器控制起动机将快速启动发动机。

因为频繁的起步和停车十分耗油，尤其在等红灯时，采用怠速停起技术可以汽车更加省油，可节省约5%-10%的油耗。

14.混合动力汽车的机电耦合装置的功能和分类：

1）动力合成；

2）动力输出不干涉；

3）动力分解与能量回收

4）辅助功能。

分为转矩耦合装置、转速耦合装置、功率耦合装置三类。

15.以丰田普锐斯混合动力系统（THS）为例，分析该系统的典型工作模式及能量传递路线。

参考第四节混联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理来进行分析，自己总结

16.以本田IMA混合动力系统结构为例，试分析该系统的工作过程？

参考第三节并联式混合动力电动汽车的系统组成和工作原理来进行分析，自己总结

第四章燃料电池汽车

1.燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能获得。

2.燃料电池电动汽车的特点：

1）优势：

（1）工作效率高以氢气为燃料的FCV效率可达到50%——70%左右，甲醇重整产生氢气的FCV效率可达30%左右，内燃机汽车的效率为11%左右。

（2）节能、环保

（3）结构简单和运行平稳

2）面临问题：

（1）造价高

（2）氢气的储存、制备和运输

（3）加氢站等基础设施建设

3.燃料电池（FuelCell）:

是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”，是电化学反应的发生器。

4.电解质类型不同，燃料电池可分为：

1）质子交换膜燃料电池

2）直接甲醇燃料电池

3）碱性燃料电池

4）磷酸燃料电池

5）熔融碳酸盐燃料电池

6）固体氧化物燃料电池

5.燃料电池发电系统的分类：

（1）增压式燃料电池发电系统

（2）常压式燃料电池发电系统

6.车载燃料电池系统必须满足以下几点要求：

能保证在常温下工作，并且电化学性能不变；

为满足汽车功率需求，能提供较高的电流密度；

具有良好的免维护性能；

耐振性和耐冲性能好；

能够从低负荷到高负荷进行高效率运转；

可以放置在冰点以下环境中。

7.氢燃料按燃料的供应方式不同，燃料电池发电系统分为直接和间接供氢型。

8.燃料电池混合动力系统中常用的辅助能源包括动力电池、超级电容、动力电池+超级电容三种。

根据辅助动力源的不同，燃料电池混合动力电动汽车可分为以下三类：

（1）FC+B

（2）FC+C（3）FC+B+C

9.FC+B型燃料电池电动汽车的特点：

优点：

1）降低对燃料电池的功率要求；

2）燃料电池可在比较好的在设定工作条件下工作，工作时效率较高；

3）系统对燃料电池的动态响应性能要求较低；

4）汽车的冷起动性能好；

5）能够实现制动能量的回馈，提高能量的利用率。

缺点：

1）动力电池使整车质量增加，动力性和经济性受到影响；

2）动力电池充放电过程会有能量损耗；

3）系统变得复杂，系统控制和整体布置难度增加。

第五章电动汽车电机驱动系统

1.电动汽车的电机驱动系统定义：

是将电能转换为机械能，并通过传动装置（或直接）将能量传递给车轮，驱动车辆按驾驶员的意图行驶，是电动汽车的关键系统之一。

2.电动汽车对驱动电机系统的要求：

1）高电压

2）小质量

3）较大的起动转矩和较大的调速范围，使电动汽车有好的起动性能和加速性能，从而获得起动、加速、行驶、减速、制动所需的功率与转矩

4）高效率，低损耗

5）电气系统和控制系统的安全性必须符合国家（或国际）有关车辆电气控制安全性能的标准和规定，装备有高压保护设备。

6）高可靠性。

3.驱动电机的分类

4.电机驱动系统中电机的主要性能参数

额定电压——在额定运行时，电动机定子或转子绕组应输入的电压值；

额定电流——在额定电压下，电动机轴上输出的机械功率为额定功率时，电动机定子或转子绕组通过的线电流值；

额定转速——在额定电压输入下，以额定功率输出时对应的电动机输出转速；

额定转矩——电机在额定功率和额定转速下的输出转矩；

额定功率——在额定条件下，电动机轴上输出的机械功率；

最高工作转速——相应于电动汽车最高设计车速的电机转速；

峰值功率——在规定的时间内，电机允许输出的最大输出功率；

峰值转矩——电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩；

5.直流电机由定子和转子构成。

直流电机可分为：

他励电机、并励电机、串励电机、复励电机。

6.直流电机的调速控制

直流电机驱动系统采用直流斩波器以控制电压，从而实现电机的调速控制。

常用方法：

1）周期T固定，导通时间Ton改变，称为脉波宽度调变（Pulse-widthModulation，PWM）。

2）导通时间Ton固定，周期T改变，称为频率调变（FrequencyModulation，FM）。

3）周期T及导通时间Ton同时改变，即波宽调变及频率调变混合使用

7.三相交流感应电机的工作原理

当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电后，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流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同.

8.交流电机三相绕组常用的两种连接方式：

星型连接和三角形连接。

9.转差率：

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比。

10.感应电机常用的控制方式：

矢量控制、直接转矩控制、智能控制等.

11.逆变器:

把直流电变成交流电称为逆变，相应的功率变换装置被称为逆变器。

可将直流电变为定频定压或调频调压的交流电输出。

传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现,目前多采用SPWM控制技术。

12.SPWM方法:

是用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波.

13.永磁同步电机可分为:

由方波驱动的无刷直流电机（BDCM）、由正弦波驱动的永磁同步电机（PMSM）

14.永磁同步电机的特点：

优点：

1）效率高、更加省电

2）功率因数高

3）电机结构简单灵活

4）可靠性高

5）体积小，功率密度大

6）起动力矩大、噪音小、温升低

缺点：

1）价格较高

2）弱磁能力低

3）起动困难。

15.永磁同步电机转子结构：

1）表面凸出式结构、2）表面嵌入式结构、3）内置式转子结构

16.开关磁阻电机及其控制系统的优缺点？

主要优点：

1.电机结构简单，制造容易。

2.控制相对简单。

3.控制器主电路不会出现直通现象。

缺点：

1.起动时的噪声脉动转矩较大。

2.需要转子位置传感器。

17.电机的两种冷却方式及特点：

1）气体冷却：

优点：

（1）结构简单，成本低，

（2）维护方便，运行可靠。

缺点：

（1）散热性能一般，

（2）损耗大

2）液体冷却：

优点：

（1）冷却效果好，均匀冷却，延长寿命。

缺点：

（1）水管容易产生锈蚀；

（2）存在漏水问题，易造成短路和漏电的危险

第六章电动汽车的车载能量源系统

1.动力电池定义：

动力电池是一种能储存能量，并能向外传送能量（放电）和从外部接受能量（充电）的能量存储装置。

动力电池是各种电动汽车的主要能量载荷和动力来源，也是电动汽车整车成本的主要组成部分。

2.电动汽车对动力电池的基本要求

1）良好的充放电性能（快速充放电性能和耐过充，过放电容量，充电时间短）。

2）高功率密度（高功率，高功率体积比），以满足驾驶性能的要求。

3）高的能量密度（高质量能量，高体积比），以提高运行效率和一次性充电行驶里程。

4）较长的循环寿命以保证车辆的全寿命周期内不更换电池。

5）宽广的工作温度范围以满足夏季高温和冬季低温运行需要。

6）价格较低，操作和维护方便；

7）无污染

3.按能量和功率划分：

能量型动力电池、功率型动力电池、能量功率坚兼顾型动力电池。

按工作性质和存储方式分：

一次电池、二次电池、燃料电池、储备电池。

4.不同类型电动汽车对电池的要求：

1）纯电动汽车电池的工作要求：

（1）电池能量和容量要大；

（2）电池能够深度放电而不影响寿命；

（3）需要安装电池管理系统和热管理系统；

2）混合动力汽车对电池的工作一般要求：

（1）电池的峰值功率要大，能短时大功率充放电。

（2）循环寿命要长，达到1000次以上的深度放电循环和40万次以上的浅度放电循环。

（3）电池的SOC应尽可能保持在50%～85%的范围内。

（4）需要配备电池管理系统和热管理系统。

3）插电式混合动力汽车对电池的工作要求：

（1）动力电池能量密度高、功率密度高；

（2）同时在SOC低时有提供大功率的能力，在SOC高时能接收大功率。

5.动力电池的主要性能参数

电池容量：

是指充满电的电池在指定的条件下放电到终止电压时输出的电量，单位为A·h。

（1A·h=3600C,IC表示1A电流在1s内所能传递的电荷）。

比能量：

指动力电池组单位质量中所能输出的能量。

能量密度：

指动力电池组的能量密度是指动力电池组单位体积中所能输出的能量

电池荷电状态（SOC）:

电池剩余容量与额定容量的百分比。

电池放电深度（DOD）:

电池电池已经放出的电量与电池额定容量的比值

放电率：

电池放电快慢的放电参数即是放电率。

通常有两种表示方式。

（1）时率（Cn）：

以放电时间表示的放电速率，即以某电流放至规定终止电压所经历的时间。

例如：

一组额定容量60Ah蓄电池以10h放电完毕，称为C10放电率。

（2）倍率（nC）：

以放电电流相对额定容量大小的比率来表示，例如：

一组额定容量100Ah蓄电池以0.1C放电率放电时，其放电电流为0.1×100=10A。

对于24Ah电池来说，2C放电电流为48A，0.5C放电电流为12A。

6.铅酸电池的特点

1）优点：

（1）单体电压高，为2.0V。

（2）价格低廉。

（3）可制成小至1A·h大至几千安时的各种尺寸和结构的蓄电池。

（4）高倍率放电性能良好，可用于车辆起动。

（5）高低温性能良好，可在-40℃～60℃条件下工作。

（6）电能效率高达60%。

（7）易于浮充使用，没有“记忆”效应。

（8）易于确定荷电状态。

2）缺点：

（1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，

（2）一次充电行驶里程短。

（3）使用寿命短，使用成本高。

（4）充电时间长。

（5）铅是重金属，存在污染。

7.镍氢电池的特点

1）优点：

（1）能量密度和功率密度均高于铅酸电池和镍镉电池。

（2）循环使用寿命高；

（3）快速充电和深度放电性能好，充放电效率高；

（4）无重金属污染，被称为“绿色电池”；

2）缺点：

（1）成本高，价格较贵；

（2）单体电池电压低（1.2V）

（3）自放电损耗大

（4）对环境温度敏感，电池组热管理任务重

8.锂离子电池的特点

1）优点：

（1）工作电压高

（2）比能量高。

（3）循环寿命长。

（4）自放电率低。

（5）无记忆性。

（6）对环境无污染。

（7）能够制造成任意形状。

2）缺点：

（1）成本高。

（2）必须有特殊的保护电路，以防止过充电。

9.电池的组合形式主要有串联、并联和混联三种方式。

10.电池管理系统（BMS）的组成和主要功能：

电池管理系统一般由传感器（用于测量电压、电流和温度等）、一个带微处理器的控制单元（ECU）、一些输入输出接口（A/D、I/O）等组成。

BMS主要功能如下：

数据采集；数据显示；电池SOC状态估计；能量管理；热管理；通信功能；安全管理

11.飞轮电池在电动汽车上的功用

飞轮电池既可作为独立的动力源直接驱动车辆行驶，也可作为辅助动力源，作用如下：

①稳定主动力源的功率输出：

即在电动车辆起动、爬坡和加速时，快速、大能量地提供动力（放电），减少主动力源的动力输出。

②提高制动能量回收效率：

即在电动车辆下坡、滑行和制动时，FWB能够快速、大能量地储存动能（充电），充电速度不受“活性物质”化学反应速度的影响，再生制动时能量回收的效率大大提高。

12.飞轮储能装置的特点

1）优点：

（1）储能效率高（转换效率高）；

（2）与动力电池比，比功率大；

（3）飞轮储能装置的寿命长，受外界因素小。

2）缺点：

（1）比能量较低；

（2）转子转速高，存在安全隐患；

（3）技术不成熟，成本高。

3.超级电容的特点：

1）优点：

（1）高功率密度：

输出功率密度高达1KW/kg，一般蓄电池的数十倍。

（2）极长的充放电循环寿命：

其循环寿命可达万次以上。

（3）非常短的充电时间：

在0.1-30s即可完成。

（4）解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾：

将它与蓄电池组合起来，

就会成为一个兼有高比功率输出的贮能系统。

（5）贮能寿命极长：

其贮存寿命几乎可以是无限的。

（6）高可靠性。

（7）工作温度范围宽：

能在一40～60℃的环境温度中正常工作。

2）缺点：

（1）线性放电：

超级电容器线性放电的特性使其无法完全放电。

（2）低能量密度：

作为纯电动应用续驶里程太短；

　　（3）低电压：

需要较多的数量串联形成高压系统，耐过充电、过放电性能差。

　　（4）高自放电。

　　（5）价格高。

说明：

超级电容的特点决定了其主要用于混合电动汽车作为功率辅助应用，或者与其他蓄电池系统组合成复合电源弥补蓄电池功率性能的不足。