电动汽车关键技术课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电动汽车关键技术,电动汽车关键技术,目录,在新能源汽车的产业浪潮中，一个在传统汽车领域耕耘多年的企业，有哪些技术需要拓展？有哪些技术需要转变？新技术发展又面临哪些风险与困局？,电动汽车技术概述,动力电池技术,驱动电机技术,电动汽车专用零件,电动汽车整车设计,电动汽车技术发展,目录在新能源汽车的产业浪潮中，一个在传统汽车领域耕耘多年的,电动汽车技术概述,电动汽车技术概述,动力电池技术,驱动电机技术,电动汽车专用零件,电动汽车整车设计,电动汽车技术发展,电动汽车技术发展历程,纯电动汽车技术,电动汽车基本构成,电动汽车技术概述电动汽车技术概述电动汽车技术发展历程,电动汽车技术发展历程,1834-1881,诞生,1834,年，美国,Thomas Dvenport,制造第一台电动三轮车，采用不可充电的蓄电池供电,1881,年，法国,Gustave Trouve,制造第一台可充电的电动三轮车，采用铅酸蓄电池供电,1885-1930,第一次发展,1900,年，美国年销售,4200,辆汽车，,38,电动汽车，,22,内燃机汽车，,40,蒸汽机汽车,轮毂电机,、,制动,能量回收被发明,，电动出租车、充电桩相继问世，混合动力、换电池开始,被,尝试,，斜轮转向、充气轮胎在电动车上最先应用,随着石油的开发和内燃机技术的逐渐成熟，电动汽车逐渐,淘汰,1970-1980,第二次发展,石油危机和环境污染，,引发,第二次研发高潮，但量产的很少,矢量,控制,、永磁电机、开关磁阻电机、,氢燃料电池,、,镍氢电池,技术发展,21,世纪 第三次发展,新材料和电子信息技术发展，节能环保呼声日益高涨，第三次研发高潮,锂电池、智能控制技术,1895,年爱迪生公司生产的第一辆电动车,1912,年一名女子和她的电动汽车,电动汽车技术发展历程1834-1881 诞生1834年，美国,纯电动汽车技术,电源技术,动力电池,辅助电源,电能补给,电机技术,驱动电机,电机控制,整车控制技术,专用零部件技术,电源变换,再生制动,制动助力,电动空调,整车集成技术,车身构架,动力性,经济性,安全性,电动汽车三大核心技术：动力电池、驱动电机、控制系统,纯电动汽车技术电源技术动力电池辅助电源电能补给电机技术驱动电,电动汽车基本构成,车轮,低压用电器,12V,蓄电池,减速器,空调,DC/DC,驱动电机,动力电池,高压配电盒,电机控制器,车载充电机,电池管理系统,整车控制器,车轮,仪表显示,操作信号,人机界面,高压,低压,CAN,电动汽车基本构成车轮低压用电器12V蓄电池减速器空调,动力电池技术,电动汽车技术概述,动力电池技术,驱动电机技术,电动汽车专用零件,电动汽车整车设计,电动汽车技术发展,电池主要类型,电池参数与术语,动力电池关键性能指标,电池管理系统,电能补给,特斯拉,Model S,电池,动力电池技术电动汽车技术概述电池主要类型,电池主要类型,电池类型,铅酸电池,镍镉电池,镍氢电池,锂离子电池,能量密度（,Wh/kg,）,3050,4580,60120,120200,循环寿命,200300,1500,300500,5001500,标称电压（,V,）,2,1.25,1.25,3.2/3.6/3.7,安全性,安全,安全,安全,有一些隐患,环保性,环境污染,含有毒金属,轻微毒性,环境友好,成本（,RMB/Wh,）,0.61.0,2.02.6,2.53.8,2.03.5,锂电池类型,钴酸锂,镍钴锰三元锂,锰酸锂,磷酸铁锂,能量密度（,Wh/kg,）,150200,150220,100150,90120,循环寿命,500-1000,10002000,300700,10002000,标称电压（,V,）,3.6,3.6,3.7,3.2,热失控（）,150,210,250,270,安全性,差，稳定性低,较好,良好,优秀,环保性,含钴,含镍、钴,无毒,无毒,原料成本,很高,高,低廉,低廉,电池主要类型电池类型铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池能量密,电池参数与术语,电压 U(V),端电压：正负极电位差,标称电压：,由,电池类型,决定,，与电池形状和大小无关，不同荷电状态下，端电压总是高于或低于标称电压,容量 C(Ah),放电电流与放电时间的乘积,同种电池体积越大，容量越高,端电压不同的电池间，不能用容量来衡量储能大小,能量 E(Wh),输出电能总和,能量体积密度：Wh/L,能量质量密度：Wh/kg（比能量）,功率 P(W),单位时间输出电能,功率体积密度：W/L,功率质量密度：W/kg（比功率）,电池状态,荷电状态,SOC=,剩余容量,/,额定容量,放电深度 DOD,=,1-SOC,充放电速率,倍率,=,电流,/,额定容量,时率,=,额定容量,/,电流,如：,额定容量为,20Ah,用,4A,电流放电，则放电倍率,0.2C,，时率,5h,内阻,电池,内阻,使,能量以电池发热的形式损耗掉,寿命,使用周期,循环次数：,在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前（一般为额定容量的,80%,），电池能耐受的充放电次数,自放电率,无负荷,存放过程中电容量自行损失的速率,用单位储存时间内自放电容量占储存前容量的百分数表示,一致性,电池的不一致性，,会,导致电池,间,温度、电荷、电压出现不平衡现象，引起个别电池过充、过放并产生静电反应，从而降低电池组寿命以及安全性,电池参数与术语电压 U(V)端电压：正负极电位差标称电压：由,动力电池关键性能指标,能量密度（,Wh/kg,）,功率密度（,W/kg),铅酸电池,（,40,，,150,）,镍氢电池,（,70,，,250,）,锂电池,（,180,，,400,）,空气电池,（,350,，,100,）,超级电容,（,5,，,3000,）,动力电池功率越大，车辆动力性能越好,动力电池能量越大，车辆续航能力越长,功率大,跑得快,能量大,跑得远,动力电池关键性能指标能量密度（Wh/kg）功率密度（W/kg,电池管理系统,电动汽车上实现电池管理的关键在于通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通信,，,采集的每块电池的电压、温度和充放电电流数据，建立每块电池剩余能量的数学模型，,控制,SOC,值,（剩余能量）,在,合理,的工作范围,（,30,70,），对电池的不一致性有一定的补偿措施，维护电池组的热平衡,电池管理系统,电池状态监测,电压监测,电流监测,温度监测,电池状态分析,剩余电量评估,老化程度评估,电池安全保护,过电流保护,过温保护,过充过放保护,能量控制管理,充电控制管理,放电控制管理,均衡控制管理,电池信息管理,电池信息显示,系统内外信息交互,历史信息储存,电池管理系统电动汽车上实现电池管理的关键在于通过总线实现各检,电能补给充电模式,常规充电,恒流充电,恒压充电,先恒流后恒压充电,快速充电,脉冲式充电,分段定流充电,变电流间歇充电,变电压间歇充电,蓄电池最佳充电电流曲线，超过此电流，会对蓄电池造成损害。快速充电方法都是围绕最佳充电曲线进行设计，目的是使充电曲线尽可能逼近最佳充电曲线。,I,t,O,可接受区,不可接受区,最佳充电电流曲线,60,kWh,动力电池充电实例：,电源,电压,电流,最大功率,时间,慢充,家用插座,AC 220V,16A,3.5kW,20h,充电桩,AC 220V,32A,7kW,10h,快充,充电站,DC 500V,120A,60kW,1h,电能补给充电模式常规充电恒流充电恒压充电先恒流后恒压充电,电能补给换电模式,有不少城市和厂商尝试过换电模式，但未能实现推广,2008,年,，,BetterPlace,公司成立,并推出,换电服务,，,但最终合作车企只有雷诺一家，,现,已经破产,；,2011,年，国家电网、众泰、北汽新能源在北京、杭州、厦门、兰州投放换电出租车；,2013,年,，,特斯拉发布了一段换电操作演示，但,并未付诸实践，而是选择推广,超级充电站,；,2018,年,5,月,20,日，蔚来首座换电站在深圳完成最后联调,北汽,新能源,的底盘换电,，,过程大约,3,分钟,换电模式难以推广的原因：,电池标准化困难，不同车型为充分利用车体空间，电池包形状、尺寸、接口布置不尽相同,电池包含电动车众多核心技术，关系到整车性能与安全，难以与车辆分割,车企不愿把占电动汽车成本,1/4-1/3,的电池拱手让出，失去销售电池这一块的利润,换电站场地、设备、备用电池投资极大，收入主要靠电费加成，不仅回本难度大，连日常经营都难以为继,电能补给换电模式有不少城市和厂商尝试过换电模式，但未能实,特斯拉Model S电池电芯选型,特斯拉,ModelS,使用松下的,NCA,系列,18650,型号,钴酸锂电池，单颗电池容量为,3100,毫安时，标称电压,3.7,。,85kWh,的,ModelS,的电池包一共运用了,7104,个,18650,电池，总重量接近,900,公斤。,钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高。,小容量的,18650,型号锂电池工艺成熟，成本低，安全性好，但也会大幅增加电池单体之间的不一致性。,单个电芯,电池组,电池组,电池模块,电池模块,电池包,特斯拉Model S电池电芯选型特斯拉ModelS使用松,特斯拉Model S电池电池成组,特斯拉,ModelS,将每,74,节,18650,电池并联成一组，,6,组串联成一板，,16,板串联成一个电池包。,每个电池与电极板之间用保险丝连接。,特斯拉Model S电池电池成组特斯拉ModelS将每7,特斯拉Model S电池电池管理,特斯拉电池管理系统的核心技术为电池温度管理系统和电荷平衡系统。特斯拉所申请的知识产权大都与电池安全控制系统相关，包括电池冷却系统、安全系统、电荷平衡系统等。,特斯拉Model S电池电池管理特斯拉电池管理系统的核心,驱动电机技术,电动汽车技术概述,动力电池技术,驱动电机技术,电动汽车专用零件,电动汽车整车设计,电动汽车技术发展,电机类型,电机性能比较,电机控制,驱动电机技术电动汽车技术概述电机类型,电机类型,电机类型,直流驱动,直流有刷电机,正弦波驱动,交流异步电机,永磁同步电机,矩形波驱动,直流无刷电机,开关磁阻电机,直流有刷电机,交流异步电机,永磁同步电机,直流无刷电机,开关磁阻电机,定子：永磁体或励磁绕组,转子：电枢绕组,定子：电枢绕组,转子：感应绕组,定子：电枢绕组,转子：永磁体,定子：电枢绕组,转子：永磁体,定子：电枢绕组,转子：铁芯,电机类型电机类型直流驱动直流有刷电机正弦波驱动交流异步电机永,电机性能比较,电动机类型,比较性能,直流电动机,交流感应电动机,永磁同步电动机,开关磁阻电动机,功率密度,低,一般,高,一般,力矩转速性能,一般,好,好,好,转速范围（,r/min,）,4000,6000,9000,15000,4000,10000,15000,峰值效率（,%,）,8589,9495,9597,8590,过载能力（,%,）,200,300500,300,300500,尺寸,/,质量,大,/,重,一般,/,一般,小,/,轻,小,/,轻,可靠性,差,好,优良,好,结构的坚固性,差,好,一般,优良,操作控制性,最好,好,好,好,主要优势,优良的控制性,体积小、易维护,控制器简单,简单、可调范围宽,主要劣势,有刷，维护困难,控制较复杂,价格较贵,转矩波动、非线性,应用前景,早期，逐步淘汰,应用最多,逐步推广,较少、有待发展,电机性能比较电动机类型直流电动机交流感应电动机永磁同步电动机,电机控制,传统控制,电压控制,电流控制,频率控制,弱磁控制,矢量控制,直接转矩控制,智能控制,模糊控制,神经网络控制,PID,控制,自适应控制,电机控制器（,MCU,）是根据整车控制器（,VCU,）的指令，将动力电池的直流电转化为驱动电机所需的电流，来控制电机的启停、速度、正反