研究生课程车辆电子学之课件

,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,电动汽车,1,电动汽车的概述,电动汽车的特点,电动汽车的分类,蓄电池电动汽车（,EV）,燃料电池电动汽车（,FCEV）,混合电动汽车（,HEV）,电动汽车的关键技术,电动汽车的结构及工作原理,电动汽车的概述,2,1,电动汽车的概述,电动汽车是与燃油汽车相对应的，1881年就出现了电动汽车。在20世纪20年代达到了鼎盛时期，然而在燃油汽车出现后电动汽车无论在整车质量,、动力性能、,行驶里程,、机动性和灵活性方面愈来愈落后于燃油汽车。,在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，主要国家之污染法规渐趋严格，因此对低污染车辆之需求势必增加。随着各种高性能蓄电池和高效率电机不断地出项，使人们把目光又转向了零污染或超低污染排放的电动汽车。从20世纪70年代起，新一代电动汽车脱颖而出，出现了各种高性能的电动汽车。,1 电动汽车的概述,3,电动汽车是至少以一种动力源为车载电源，全部或部分由电机驱动，符合道路交通安全法规的汽车。它因车载动力系统不同可分为三类：以车载燃料电池为动力的燃料电池电动汽车,（,Fuel Cell Electric Vehicle,-FCEV）,；以车载蓄电池为动力的蓄电池电动汽车,（,Electric Vehicle,-EV,）,，亦称之为纯电动汽车；以车载多能源为动力的混合动力电动汽车,（,Hybrid,Electric Vehicle,-HEV,）,，其动力来自,2,个或,2,个以上能源，如蓄电池，超级电容，飞轮电池，太阳能，内燃机，燃气轮机，斯特林发动机等。,电动汽车是至少以一种动力源为车载电源，全部或部分,4,2,电动汽车的特点,随着能源危机和环境污染的全球两大突出问题日益严重，特别是随电动汽车自身难点不断解决，使电动汽车具有更多突出特点。,(1),对环境无污染,(2),节能及能源多样化和综合利用,(3),结构简单和维护,使用方便,2 电动汽车的特点 随着能源危机,5,3.1,蓄电池电动汽车（,EV）,EV,是一种最好的零污染或超低污染的车辆，它没有噪声和振动，操作性能好等，远远地优先于燃油汽车，是当前开发和研制取代燃油汽车的首选车型。,EV,动力源采用蓄电池,-,电动机系统。,3.1.1 EV,的基本组成部分：,(1),车载电源,(2),电池的管理系统,(3),驱动电动机和驱动系统,(4),控制技术,(5),车身及底盘,(6),安全保护系统,3.1.2 EV,的控制策略和控制系统,3.1 蓄电池电动汽车（EV）EV,6,研究生课程车辆电子学之课件,7,3.1.3,蓄电池电动汽车的发展,EV,发展的瓶颈在于电池。近年来由于电池技术的制约使得,EV,发展速度有所缓慢。在车载电源得到解决后，电动汽车必会迅速地发展。,目前,EV,趋于小型化、个性化和家庭化发展，主要为家庭辅助用车或休闲用车。,3.1.4,几种典型,EV,世界各国有各种微型和小型,EV,在使用。,3.1.3蓄电池电动汽车的发展 EV发展的,8,韩国现代公司推出的蓄电池电动跑车,韩国现代公司推出的蓄电池电动跑车,9,美国洛杉矶车展法国文图瑞（,Venturi）,公司推出，集各种高端性能于一身，当今世界上最昂贵的一款电动车。,美国洛杉矶车展法国文图瑞（Venturi）公司推出，集各种高,10,3.2,燃料电池电动汽车（,FCEV）,采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车即,Fuel Cell Electric Vehicle(FCEV)。,其动力源是用燃料电池发动机,-,电动机系统。燃料电池驱动系统是,FCEV,的核心部分，不同燃料作为动力源，发电机系统组成是有差别的。目前，多以压缩氢气或液化氢气及作为基本燃料。,3.2.1,介绍几种典型的燃料电池电动车,下面分别介绍以氢为燃料和以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统。并介绍通用的一款用氢气作为燃料的燃料电池电动汽车。,3.2 燃料电池电动汽车（FCEV）采用,11,以氢为燃料的燃料电池发动机系统,氢气储存罐,氢气压力调节器,热交换器,氢气循环泵,5,冷凝器、汽水分离器,水箱,水泵,空气压缩机,空气加湿、去离子过滤器,燃料电池组,11,电源开关,12 DC/DC,转换器,13,逆变器,驱动电机,以氢为燃料的燃料电池发动机系统氢气储存罐 氢气压力调节器热交,12,以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统,甲醇储存罐,重整器,带燃烧气,H,净化器,氢气净化泵,以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统甲醇储存罐 重整器带燃烧气H,13,通用,Hy-wire,氢动三号,由,200,块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过,68,升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为,60,千瓦,/82,马力三相异步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。氢储存罐分为两种，一种罐内储存的是温度为,-253C,的液态氢，另一种罐内储存的是承受最高压力可达,700Pa,的高压氢气。一次充气行驶里程分别可达,400,公里和,270,公里。,通用Hy-wire氢动三号由200块相互串联在一起,14,通用,Hy-wire,氢动三号的电池组,通用Hy-wire氢动三号的电池组,15,3.2.2 FCEV,的发展现状,燃料电池技术被认为是,21,世纪首选的洁净、高效的发电技术，其具有能量转化效率高、不污染环境、使用寿命长等不可比拟的优势。但是由于目前燃料电池研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。,3.2.2 FCEV的发展现状 燃料电池技,16,3.3,混合电动汽车（,HEV）,从世界范围内电动汽车的发展过程看，电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的。但由于纯电动汽车是从单独依靠蓄电池供电的，而目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的。目前燃料电池研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。,在此情况下，混合动力汽车成为电动汽车开发过程中最有可能市场化的一种新车型，它将现有内燃机与一定容量的储能器件通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。国外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注。,3.3 混合电动汽车（HEV）从世,17,3.3.1 HEV,的工作过程,HEV,采用发动机,-,发电机和电动驱动系统。发动机的动力保证,HEV,正常行驶时所需要的基本动力。然后采用控制发动机转速范围、降低发动机的最高转速、保持发动机的稳定均衡地运转和“开,关”的控制方式，使发动机避开启动、怠速和转速突然变化时，燃料燃烧不完全而引起的燃料经济性降低和增加有害气体的排放。,HEV,以电动机驱动作为辅助动力。一般在,HEV,发动机启动、车辆启动、加速和爬坡时起作用。还起发电机的作用，使发动机的动能转换为电能，储存到电池组中去。,3.3.1 HEV的工作过程 HEV采用,18,3.3.1 HEV,的主要技术组成,(1),发动机 采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。,(2),电动机 采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。,(3),电池 采用不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等。,3.3.1 HEV的主要技术组成(1)发动机 采用四冲程,19,3.3.2,按发动机和电动机的不同形式的组合可分为：,(1),串联式混合动力电动汽车（,SHEV）,(2),并联式混合动力电动汽车（,PHEV）,(,a),发动机轴动力组合式,(,b),动力组合器组合式,(,c),驱动轮动力组合式,(3),混联式混合动力电动汽车（,PSHEV）,(,a),动力组合器动力组合式,(,b),驱动轮动力组合式,日本、美国开展了混合动力电动汽车的研究。混合动力电动轿车多采用并联和混联的结构型式不同，混合动力电动公共汽车的结构型式以串联为主。,3.3.2按发动机和电动机的不同形式的组合可分为：(1)串联,20,研究生课程车辆电子学之课件,21,研究生课程车辆电子学之课件,22,研究生课程车辆电子学之课件,23,研究生课程车辆电子学之课件,24,在,1998,年，通用公司研制出的,Gen2,斯特灵混和动力车，使用斯特灵发动机,通用公司,Gen2,混合动力样车,在1998 年，通用公司研制出的Gen2 斯特灵混和动力车，,25,研究生课程车辆电子学之课件,26,标致雪铁龙集团推出基于“柴油,-,电力”混合动力的两款展示车,标致,307,和雪铁龙,C4,。这种混合动力车平均百公里能耗为,3.4,升柴油，二氧化碳的排放量为每公里,90,克。在高速行驶模式下为,80g/km,，与,307,及,C4,的柴油发动机车型相比，分别减少了,28,和,45,。柴油混合动力车的燃效为,29.4km/L,，比汽油混合动力车提高,25,，每,100km,可节省,1L,左右的燃料。,混合动力系统由最大输出功率为,66kW,的,1.6L,柴油发动机、柴油颗粒过滤器（,DPF,）、起动器兼交流发电机、“,Stop,Start”,系统、,DC,无刷马达、逆变器及镍氢充电电池构成。该系统配套使用,6,速手自一体变速箱。,3.3.3,柴油混合动力车,标致雪铁龙集团推出基于“柴油-电力”混合,27,混合动力系统采用以发动机为主动力、利用马达进行辅助的并联驱动方式。当车速降到,60km/h,以下时，,Stop,Start,系统就会停止发动机工作。马达可通过减速时回收能量来向电池蓄电，当车速在,50km/h,以下时仅凭马达行驶。在加速及电池没电时，便会自动切换至发动机驱动。为了停止发动机工作后仍可凭借马达行驶，在发动机与马达之间采用了干式离合器。,马达在连续使用时的额定功率为,16kW,，可产生,80Nm,的扭矩。在超车等情况下进行暂时辅助时，最大输出功率为,23kW,，最大扭矩为,130Nm,。马达与逆变器连接，以,210,380V,的电压驱动。在车辆后部通常用于配备备用轮的位置上配备了由,240,个电池单元构成的镍氢充电电池。充电电池的容量为,6.5Ah,，普通电压为,288V,。仅凭马达可持续行驶,5km,。,混合动力系统采用以发动机为主动力、利用,28,配备柴油混合动力系统的展示车,左为“标致,307,混合动力,HDi,，右为“雪铁龙,C4,混合动力,HDi,。,配备柴油混合动力系统的展示车,左为“标致307混合动,29,雪铁龙,C4,柴油混合动力系统的构成示意图,雪铁龙C4柴油混合动力系统的构成示意图,30,柴油混合动力系统,1-1.6,升,Hdi,柴油发动机,(,最大输出功率为,66kW),2-,柴油机微粒过滤器,(DPF),3-”,停车,-,启动”系统,4-,电动机,(,额定功率为,16kW),5-6,速手自一体变速箱,6-,逆变器,7-,低压电池,8-,动力传输管理单元,9-,高压电缆,10-,高压镍氢充电电池,(288V),柴油混合动力系统,31,柴油混合动力系统的驱动系统构成示意图,柴油混合动力系统的驱动系统构成示意图,32,“雪铁龙,C4,混合动力,HDi”,发动机室,“雪铁龙C4混合动力HDi”发动机室,33,4,电动汽车的关键技术,(1),多能源总成控制系统,(2),超级电容器,(3),电机及其控制系统,(4),燃料电池发动机,(5),动力蓄电池,4 电动汽车的关键技术(1)多能源总成控制系统,34,4.1,多能源总成控制系统,一般都采用嵌入式计算机或高性能单片机作为主控计算机。就控制器的结构而言，国外主要经历了两代。第一代为集中式控制系统。说，用一台计算机采集电动汽车所有的输入信号，通过处理、计算然后输出控制信号。第二代为分布式控制系统。这种方式是根据汽车的布局，在相对输入输出