第2章电动车辆.ppt

1、第2章电动车辆 本章按“863”规划“三纵”的内容，介绍了国内外纯电动车辆EV，燃料电池电动车辆FCEV和混合动力电动车辆HEV的类型。整车性能、形式、总布兰和底盘等的性能和结构。2.1概论 现代大部分的电动车辆是用普通汽车改装，用电力驱动系统全部或部分代替内燃机驱动系统。有纯电动车辆（EV,Electric Vehicle），燃料电池电动车辆(FCEV,Fuel Cell Electric Vehicle)和混合动力电动车辆(HEV,Hybrid Electric Vehicle)。进人21世纪，已出现全新设计的电动车辆的概念车，在总布置、结构上采用了最新设计理念，广泛地应用了现代科技成果，

2、使电动车辆的发展迈上了新的台阶。2.1.1电动车辆的类型 现代自携电力源或动力源的电动车辆基本有两种模式。1.多电源电力混合驱动模式 以蓄电池为主要电源，以超级电容器或发动机一发电机组为辅助电源的电动车辆称为纯电动车辆纯电动车辆。以燃料电池为主要电源，以蓄电池组或超级电容器为辅助电源的电动车辆称为燃料电池电动车辆燃料电池电动车辆。它们可以采用单独的电源(蓄电池或燃料电池)来驱动车辆，但在大多数情况下，采用主电源与辅助电源的多电源电力混合驱动模式来驱动车辆。1)EV和 FCEV的共同之处 EV和 FCEV都是以电力作为能源:(1)电力变换系统基本相同;(2)电力控制系统基本相同;(3)都是用电动

3、机来驱动。2)EV和 FCEV的不同之处 EV和 FCEV的不同之处:(1)的蓄电池必须由外接电源提供电能，蓄电池的电能是间断供给，EV的行驶状态是间断的，续驶里程受蓄电池SOC限制;(2)FCEV的燃料电池是一种自携式“发电”设备，燃料电池只要连续供给燃料，电能就可以连续产生，FCEV的行驶状态是连续的，续驶里程只受燃料箱容积的限制。2.多动力源动力混合驱动模式 以内燃机为主要动力源，以驱动电动机为辅助动力源的电动车辆称为混合动力电动车辆，HEV采用现代新技术的低油耗和低污染的发动机来取代普通的发动机，并配置了不同的变速器和驱动系统。与一普通内燃机汽车基本相似。另外，还采用电力辅助动力系统，

4、来减少石油的消耗。按配置的电力辅助动力系统形式的不同，动力混合的方式有串联式、并联式和混联式等混合形式。发动机驱动模式仍然是主要驱动模式，电动机驱动模式一般是辅助驱动模式。不同的混合动力电动车辆，可以实现不同程度的节能、“低污染”或“超低污染”。2.1.2电动车辆的总布置设计1.用普通汽车底盘改装的电动车辆总布里设计时应考虑的问题 (1)EV、FCEV、HEV的共同点和它们的不同点;(2)考虑选用或设计那些关键技术装备，如何将关键技术装备合理、有序、便于安装和维修地布置在普通汽车底盘上;(3)进行整车动力性能的设计计算，总质量和质量分配的设计计算，要求保证电动车辆的动力性能和合理的轴荷分配;(

5、4)电动车辆的电子、电气设备的通信网络的建立和控制系统的设计;(5)现代技术在电动车辆上综合应用等。2.新开发的电动车辆的概念车上应考虑的问题 （1）摆脱用传统汽车底盘改装的模式，用现代设计理念设计和制造技术设计电动车辆的整车造型;（2)研究和开发了电动车辆的专用底盘，使电动车辆更加安全、更加节能、更加环保;(3)现代技术的应用:包括虚拟设计技术、现代控制理论、仿真技术、CAl总线系统和线控技术等的应用。在本章中，系统介绍21世纪初期世界各国已经开发和量产化的各种典型的电动车辆的造型、总布置、关键技术装备的选用、技术性能、电力和动力传输的方式，现代技术的应用等，使读者对各种电动车辆有较完整和系

6、统的了解。2.1.3电动车辆的产业化 电动车辆经过多年的研究、设计、开发、试制和试验等实践，以及电动车辆关键技术装备的研究、设计、开发、试制和试验等，为电动车辆的产业化做了长期的技术准备工作。为了实现电动车辆的产业化的目标，还必须按照国家的规划，电动车辆的国家标准和企业标准、试验条件和试验方法等，来对电动车辆进行规范，并用专利法来保护自主研发的知识产权。通过按国家标准，进行实验和试运行，在安全性、可靠性、节能性、环保性和成本等多个方面的考核和认证，并经过国家主管领导部门、汽车产品质量检测部门、公安部门和交通管理部门的考核和定型鉴定，列人国家产品规划(目录)后，电动车辆才能按产业化的要求进行生产

7、。1.纯电动车辆(EV)我国的EV经过多轮的研究和开发，已经试制了多种型号的纯电动轿车和纯电动大客车，研发了为EV配套的各种关键技术装备，如蓄电池、超级电容器、电流变换器、驱动电动机、控制系统和大型充电装备等，可以为EV提供高性能、可靠性好和批量生产的各种关键技术装备，已具备较强大的开发和实现产业化的能力。北京理工大学研究和开发了具有自主知识产权的电动化大客车底盘、电动汽车动力驱动系统、综合控制器、能量管理系统、多能源动力总成控制系统等，为我国纯电动大客车的系列化、通用化奠定了基础。并装配了多种型式的电动大客车，经过长期的试验和示范运行，在安全性、可靠性、节能性、环保性和成本等多个方面，经过国

8、家主管领导部门、公安部门和交通管理部门的考核，已逐步实现产业化生产。我国还有多个企业也研究和开发了多种纯电动车辆。EV通过蓄电池的电能化学能的转化，能够直接利用外电源的电能。但蓄电池的体积大、质量重，增加了纯电动车辆的整备质量，运行时要耗费更多的能源，降低了EV的动力性能和续驶里程短，要间断性地进行充电，机动性能差等，给EV的进一步发展带来负面的影响。2.燃料电池电动车辆(FCEV)氢气有广泛的来源，氢气作为燃料有很高的热效率，可以达到最佳节能和环保的要求，是地面车辆可持续发展的重要能源，是一种石油燃料的主要替代品。FDEV有良好的动力性和经济性，有可能成为i世纪地面车辆的主要车型，是电动车辆

9、发展的远景目标。氢气有很多种生产方法，其中用水电解产生氢气是生产氢气的重要方法，用电能使水经过电化学反应形成H2，和02，然后再用H2，作为燃料在燃料电池中转换为电能。氢气的制造、储存、运输灌装，各种容器的制作和安全保障是一个庞大的系统工程，需要政府的统筹规划，投人大量的资金和技术，大量的建立“加氢站”后，FCEV才可以得到普及。用甲醇、石油等燃料通过车载“改质器”产生的氢气，“改质器”的体积大、质量重，氢气的“纯度”低，混杂的CO等还要进行处理。因此，FCEV的产业化，还有待氢工业系统工程的发展和供应设施完备。3.混合动力电动车辆(HEV)HEV的研制为地面车辆的节能和环保开辟了另一种设计思

10、路，以发动机为主要动力，以电动机为辅助动力，采用发动机动力与电动机动力按不同方式和不同比例的混合来开发各种各样HEV，可以用比较简单，比较经济的方法，即不大量地增加车辆的整备质量，又保持车辆的动力性能，来获得不同的节能和环保的效果。我国多个汽车企业，研究和开发了多种混合动力电动车辆。出现了“轻度”混合HEV(只装ISG电动/发电机)，“中度”混合HEV(装有驱动电动机)和“高度”混合HEV(装有ISG和驱动电动机)的多种多样的混合动力电动车辆。混合动力电动车辆可以充分利用各个汽车制造厂家的技术条件和生产设备来制造和改装内燃机汽车为不同的HEV，可以用最小的投资。充分利用现有的装配线，最快地实现

11、HEV的产业化。国外一些汽车公司特别重视“轻度”HEV的研发，其特点是制造或改装简便，可以取得一定的节能和环保的效果，但在成本上增加不多。2.2纯电动车辆 我国在“十五”期间研发的EV上，主要的动力蓄电池有以下几种:(1)铅酸电池；(2)镍一氢电池；(3)铿离子电池；(4)锌空气电池；(5)超级电容器等。因为受到蓄电池的比功率和比能量较低的限制，一般在EV上还装置辅助电源，辅助电源有:（1）超级电容器；（2）发动机一发电机组等。2.2.1EV的类型1.用纯蓄电池作为电力源的EV 用单一蓄电池作为电力源的EV只装置了蓄电池组，结构较简单，用单一蓄电池作为电力源的EV的电力和动力传输系统如图2一1

12、所示。2.装有辅助电力源的EV 由于用单一蓄电池作为电力源的EV，由于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EV上增加辅助电力源。辅助电力源有超级电容器或发电机组来改善起动性能和增加续驶里程，装有辅助电力源的EV的电力和动力传输系统如图22所示。2.2.2我国自主开发的EV1.香港大学U2001-EV电动桥车 电动轿车的技术性能见表2一1。2.天津一汽公司 天津一汽公司以夏利“幸福使者”为基础平台开发的电动轿车(图2一4)，质量1300kg，外形尺寸3395mm1475mm1695mm，最高车速50km/h，最大爬坡度15，续驶里程的80km。采用150mAh的镍氢

13、蓄电池，用直流电动机驱动，通过总线CAN系细挤寸车辆的各个总成进行控制。3.比迪亚汽车公司的纯电动汽车4.北京理工大学5.株洲时代集团公司研发的TEG6120EV2型电动大客车 株洲时代集团公司长期以来承担我国电力机车、地铁和轻轨车辆的研究和开发，所研发的TEG6120EV2型电动大客车有38个座位，可承载64名乘客(图2一8)；6.上海“博信”公司与无锡客车制造厂共同研发的博信锌空气电池大客车 7哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所研发的超级电容器客车 哈尔滨业大学电磁与电子技术研究所研发的超级电容器客车，最高车速50km/h，续驶里程匀速25km,城市循环工况下15km。超级电容器由600个

14、单体电容器组成，工作电压3201 60V，输出能最14kwh，驱动电动机为直流水磁电动机，最大功率90kw，额定转速2500r/min,超级电容器的允电器为三相交流电，电压380V，50Hz充电电流300A.充电时间15min。哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所研发的超级电容器客车开辟了用超级电容器作为电动车辆的电源。充、放电过程中没有化学反应，也没有飞轮储能器的复杂能量转换装置.可以直接利用现成的电网充电，结构简单.使用方便，没有任何污染，是具有发展潜力的电动车辆的电能储存装置。但超级电容器的容量。比能量和比功率还有待进一步提高。2.2.3国外汽车公司研发的部分EV1.关国通用汽车公司2.丰田汽车公司3.本田汽车公司 2.3燃料电池电动车辆 FCEV的电力系统由:燃料电池发动机和辅助电源、电流变换器、驱动电动机和整车控制系统等组成，电动机驱动是FCEV的唯一的驱动模式。2.3.1 FCEV的类型 分类标准：以燃料的种类分类。1）以甲醉或汽油等经过改质的产生氢气为燃料的FCEV 2)以氢气为燃料的FCEV 以氢气为燃料FCEV是我国和世界多个汽车公司研发的主要FCEV，目前以氢气为燃料的FCEV由于燃料电池的特性，大多数采用了辅助电源来帮助车辆快速起动和回收制动反馈的能量。根据FCEV 所配置的辅助电源不同，FCEV的动力系统的组成见图2-17和图2-18。