电动车能量管理与控制资料.docx

1、电动车能量管理与控制资料第一章 概述1.1 电动汽车发展概述 1.汽车发展简史 1885年由德国人卡尔奔驰研制的全世界第一辆以汽油作为燃料的汽车。该车最高时速达15Km/h。为纪念卡尔奔驰对汽车业做出的杰出功绩，将其汽车获专利日1886年1月26日定为世界汽车诞生日。美国福特汽车公司创始人亨利福特完成了四轮汽车的首创，并于1903年成立福特汽车公司。到了1913年，福特公司研发了世界上第一条汽车装配流水线，实现了汽车的批量生产，将T型车的装配时间从12.5h缩短到1.5h，最终达到高效的10s。我国汽车行业发展3阶段：1953年-1978年，该阶段我国开始自主生产汽车，初步奠定了汽车工业发展的

2、基础；1978年-20世纪末，该阶段我国汽车工业从载重汽车到轿车开始全面发展，形成较为完善的汽车工业体系。该阶段正是我国汽车工业从计划经济体制向市场经济体制的转型期，引进技术、对外合作、合资经营多种形式促进了我国汽车行业的长远发展，汽车制造水平有较大提升；中国加入WTO之后-至今，到目前为止我国汽车工业逐步进入一个市场规模、全面接轨世界汽车工业的高速发展期。随着人民生活的不断改善，私有汽车保有量呈现飞速发展的现状。我国汽车业迎来有史以来最好的发展期，在崛起中成为世界各国汽车制造业同行强大且友善的竞争对手。2.电动汽车早期发展 电动汽车技术到目前为止处于新兴发展时期，其产生却早于燃油车。电动汽车

3、最早构想和研制历史可追溯至1834年，由Thomas Davenport研制的电动三轮车采用一组不可充电的干电池驱动，行驶里程距离较短。1881年法国工程师古斯塔夫特鲁夫发明了第一辆以铅酸电池为动力的电动三轮汽车，并成功入围巴黎国际电器展览会。美国紧跟欧洲步伐，成为电动汽车迅速发展的国家。1890年美国第一辆蓄电池电动汽车诞生，车速达到23Km/h。到了20世纪初期，美国电动汽车的保有量达到汽车保有量的38%，仅次于当时主流的蒸汽机汽车（保有量40%），而内燃机汽车保有量仅占22%。随着内燃机技术的发展以及石油开采，燃油车性能大幅度提升。电动汽车受到续航里程短、需要长时间充电等因素影响，其发展

4、一度受到严重制约。到了20世纪60年代后，由于能源、环境问题，电动汽车的研究再次进入正轨，各国政府与汽车制造商对于电动汽车的研究投入上升。最近电动汽车的研发进入高峰期，且在各项技术中开始取得一定的成果和进步。3.电动汽车发展现状及计划 日本日本属于后来居上的汽车大国，受能源危机和环境保护等因素，对于电动汽车的研发尤为重视。成立电动汽车协会，展开电动汽车新技术研发工作。本田公司于1996年推出“PLUS”纯电动汽车，该车采用高能镍氢蓄电池，充电一次续航里程最高可达350Km，其最高车速为130Km/h。丰田公司于1997年推出第一款批量生产的油电混合动力汽车普锐斯（PRIUS），受市场欢迎度极高

5、。目前已开发出第二代产品，生产工艺更为成熟。有关数据表明：同等排量中普锐斯汽车城市工况下比其它汽车省油高达45%，郊区工况省油接近25%，综合节油量在40%左右。美国美国电动车发展主要是纯电动蓄电池电动汽车的发展，成立了先进电池联合体。由政府牵头，多家汽车公司共同研发高性能电池。目前最新消息美国奥巴马政府试图放弃对燃料电池的扶持，转向为锂离子电池制造商提供政府财政拨款24亿美元。欧盟各国欧盟为提高各国的科技水平，也建立了多个与电动汽车及其能源相关的发展计划，包括：FP-Framework Program系列计划，欧盟燃料电池研究发展示范计划，欧盟燃料电池巴士示范计划以及欧盟电动汽车城市运输系统

6、等。尤其是欧盟中的德国与法国，2国对于电动汽车的研发不遗余力。中国中国对于电动汽车研发一直未曾中断。在国家的“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善气候环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业跨越式发展的战略高度出发，设立“电动汽车重大科技专项”，确定“三纵三横”研究布局，三纵包括燃料电池汽车、混合动力电动汽车和纯电动汽车三种车型；三横包括多能源动力总成控制系统、驱动电动机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种技术。2009年初公布的我国汽车产业调整振兴规划中明确提出：要实施新能源汽车战略，推动电动汽车及其关键零部件产业化。科技部部长表态：我国新能源汽车产业面临的发展机遇十分难得，科技部

7、将联合相关部门进一步加大对节能和新能源汽车的研发、示范和产业化支持力度，推动我国节能与新能源汽车健康快速的发展。1.2 电动汽车定义与特点 1.电动车辆的类型电动车辆定义：用电能驱动，电动机作为牵引或驱动行驶的车辆。电动车辆类型轨道电车：电动火车：电动机车、电动列车、磁悬浮列车 轻轨电力客车：地铁、高架无轨电车：有馈线无轨电车、无馈线快速充电电车特定车：高尔夫球场车、观光游览车、电动自行车、残疾人电动车电动汽车：纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池电动汽车2.电动汽车定义和分类电动汽车定义：全部或部分用车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的汽车。电动汽车应具备汽车

8、特性与属性，但动力线路与内燃机动力线路不同，具有电力车辆基本特性。车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池，驱动电动机相当于内燃机的发动机，蓄电池或燃料电池相当于内燃机的汽油。电动汽车具体分类：电动汽车类型蓄电池电动汽车（BEV）：铅酸蓄电池/二次锂电池/镍氢蓄电池/钠硫蓄电池混合动力汽车（HEV）：内燃机+电能/燃料电池+蓄电池/蓄电池+电容+太阳能/蓄电池+电容/飞轮燃料电池汽车（FCEV）：氢燃料电池/甲醇燃料电池/重整燃料电池3.电动汽车的性能特点电动汽车驱动装置与内燃机驱动装置有着截然不同的变化，因此其动力驱动特性、结构布局及其组成方面也将有相应变化：提高能源的综合利用和效率可用能源范

9、围广。纯电池汽车通过“蓄电池”将电能转变为汽车的驱动行驶能量，而电能的来源除常规燃煤、水力、核能发电外，还能采用各种新能源。燃料电池则采取氢、甲醇等非化石燃料作为能源，既解决了汽车的替代能源问题，也改善了能源结构，缓解石油资源的枯竭带来的担心。能源利用率高。内燃机汽车使用汽油、煤油作为燃料，在提炼、运输、分配环节中要消耗30%左右的原油能量，内燃机有效效率为30%，机械效率75%，因此其输出动力轴仅能获取22.5%的可利用能量。实际使用过程中，受外部环境影响（城市工况下的堵车情况）等燃油的燃烧不完全，可利用能量更低，有效利用率只能达到15%左右。电动汽车采取电能作为媒介，其电能的损耗主要体现在

10、发电厂发电、输配电、电机设备等环节，最终可获取20%左右有效能量。若能采用新能源（太阳能、风能、原子能）等发电，则效率会直线上升。对于采用化学能转变为电能的燃料电池，其电池能量利用率可高达50%。可实现能量回收。内燃机汽车在下坡时为减速，必须消耗能量抵抗重力加速度副作用。电动汽车则可以利用回馈制动方式将电能反向回馈至蓄电池，实现能量有效回收利用，从而增加电动汽车续航里程，提高经济性能。有数据表明，较好的能量回收系统可以使汽车续航里程增加10%-20%。良好的环境保护效果排污量小。纯电池汽车无废气排放，基本达到零排放要求。混合动力汽车发动机配合蓄电池使用，废气排放量减少，实现少排放目标。燃料电池

11、电动汽车虽然排放废气（主要是二氧化碳，少量氮、硫氧化物），但是相对内燃机汽车，其排放量仅为后者的40%，对大气造成危害较轻。严格而言，蓄电池中的电能在生产过程中也会产生大量的污染，但是若集中生产处理，可以使污染控制在有效程度内。对于蓄电池本身，也存在有毒金属，对于蓄电池回收也应妥善处理。噪音低。电动机所产生噪音远比发动机小。发动机运行过程中冷却风扇运行亦会产生噪音。燃料电池通过电化学原理工作，运动部件少，产生噪音较低。对于压力供气的燃料电池而言，由于空压机的运转会带来相当的噪音，应添加隔音装置措施减小噪音。可以看出，纯电动车噪音最低。排放废热少。内燃机汽车运行时汽车尾气温度明显高于环境温度，废

12、气携带的热量导致环境温度升高，带来目前城市较为明显的“热岛效应”。燃料电池和混合动力电池热效率较高，单位里程排热少。纯电动汽车基本不存在废热气体的排放，大量普及使用会明显缓解城市环境温度。提高汽车性能与结构布局利用电动机的快速响应性提高汽车性能。电动汽车的驱动机构是电动机，电动机实现转矩快速响应性指标一般比发动机高出2个数量级，通过微电子控制方式可以极大提高对汽车车轮控制的动态响应性，从而较容易实现一些高性能的控制功能，改善汽车的操控性与行驶安全性。结构与整体布局的差别大。传统内燃机汽车能高效产生转矩时转速被控制在较狭窄的范围内，必须添加庞大的变速机构来适应该特性。电动汽车电动机可以在较大的转

13、速范围内产生转矩，这样可以简化甚至省略掉庞大的变速机构，从而带来汽车机械结构的重大变革，减轻汽车自重，缩小传动及附加损耗，降低成本，节能减噪。能量不富裕特点突出。纯电动汽车完全依赖蓄电池工作，而蓄电池能量比受目前材料影响受限，如何有效利用车载可用能量极为关键。汽车重量作为消耗能量的重要参数，包含了自重及负载。为增强续航里程，就需要在以下方面做重点研究：简化机械传动机构、采用新型轻质高强度材料、提高蓄电池能量密度等等实现。另外，需要从空气动力学入手减轻行驶过程中的各种阻力，也能减少能量消耗。正是能量少的特点，目前绝大多数纯电动车都制作成微型车样式。制造成本与售后服务制造成本与使用寿命。目前电动汽

14、车制造价格总体较高。对于纯电动汽车而言，主要成本在于蓄电池和电动机驱动部分。业界内看好的蓄电池主要包括磷酸锂铁电池、锂离子电池、锂聚合物电池、镍氢电池等，价格都难以承受。随着制造工艺的成熟和批量生产，价格问题可以得到大幅度改善。能源补充添加特点。类似内燃机汽车需要加油站补充能源，纯电动车需要配备电能补充配套设施。维护与维修特点。电动汽车除了机械部件的正常维护外，还需要定时对蓄电池进行维护，以延长其使用寿命。电动汽车性能指标最高车速限制。电动车采用电动机驱动，理论上其车速可以超越传统汽车。但是受蓄电池影响，其正常速度远远低于传统汽车。正由于蓄电池能量受限，电动汽车非常适合城市中短距离行驶，所带来

15、的正面效应是极为可观的。对于其最高车速，应在电动汽车相关技术进一步发展的前提下提出。加速性能。传统汽车受惯性影响较大，其加速性能表现欠佳。电动汽车若采用直接驱动方式，则可以较大缩短加速时间。亦可利用电动机短时过载能力提高其加速性能。爬坡能力。爬坡能力指汽车在良好的路面上，以最大驱动力行驶所能爬行的最大坡度。坡度采用坡高与水平距离比表示，电动汽车一般要求其最大爬坡度20%。能量利用效率。不完全统计，电动汽车能量利用效率比传统内燃机汽车高30%40%。续驶里程。纯电动汽车重要参数，表明电动汽车一次充电情况下所能行驶的最大距离，与电池容量有关。车载电源系统里程寿命。纯电动汽车参数，反应所配备的蓄电池

16、的使用寿命。即蓄电池报废前所能行驶最大里程数。1.3 汽车业面临的新挑战和技术发展方向 汽车业发展到现阶段已经有100多年的历史，在这100多年的历史长河中，汽车技术的发展日新月异，汽车的结构不断改进，性能不断提升，汽车保有量日渐壮大。汽车工业成为资金与技术密集、规模效应明显、产业关联度大的支柱性龙头产业。汽车工业的发展带动了上下游多种产业结构，对其它众多产业有明显的拉动作用，对国家的就业情况、扩大内需、促进经济发展影响显著。在给人类带来福祉的同时，汽车也带来许多不幸与灾难。交通事故频发、能源危机紧迫、环境污染严重、道路拥堵均与汽车有关联。交通事故频发。有关数据显示，近年来全世界每年接近50万人死于交通事故。从全世界发生的第一起交通死