1、电动汽车技术讲座宋建锋2010-07技术概述v纯电动汽车的技术内容包括：驱动电机技术；动力电池技术；电池监视与管理系统技术；驱动系统控制与集成技术。技术概述v混合动力电动汽车的技术内容包括：除了包括上述纯电动的技术内容外，还包括：发动机控制技术；动力系统集成控制技术；系统匹配优化技术等。技术概述v燃料电池电动汽车的技术内容包括：氢气生成技术；氢气携带与储存技术；质子交换膜（PEM）燃料电池技术等。 纯电动汽车采用了现代汽车的许多总成，但在总纯电动汽车采用了现代汽车的许多总成，但在总体结构、动力传动系统、控制系统等方面具有以下特点：体结构、动力传动系统、控制系统等方面具有以下特点：电动汽车各部件
2、的布置有很大的灵活性；电动汽车各部件的布置有很大的灵活性； 驱动系统的布置不同使电动汽车系统结构区别很大，采驱动系统的布置不同使电动汽车系统结构区别很大，采用不同的电动机会影响电动汽车的质量、尺寸和形状；用不同的电动机会影响电动汽车的质量、尺寸和形状； 不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量、尺寸和不同类型的储能装置也会影响电动汽车的质量、尺寸和形状。形状。不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构。不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构。 电动汽车系统可分为三个子系统，电动汽车系统可分为三个子系统，电力驱动子系统由电控单元、功率转换器、电动电力驱动子系统由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动
3、装置和驱动车轮组成；机、机械传动装置和驱动车轮组成；主能源子系统由主能源、能量管理系统和充电系主能源子系统由主能源、能量管理系统和充电系统组成；统组成；辅助控制子系统由动力转向单元、温度控制单元辅助控制子系统由动力转向单元、温度控制单元和辅助动力源组成。和辅助动力源组成。说明：表中直流电动机是指有换向器的直流电动机，永磁无刷电动机包说明：表中直流电动机是指有换向器的直流电动机，永磁无刷电动机包括直流和交流，每个性能满分为括直流和交流，每个性能满分为5 5分。分。技术指标混合动力驱动系统纯电动和燃料电池主驱动系统中混轿车强混轿车客车轿车客车电机峰值功率(kW)系列化，5%浮动10、15、2030
4、、40、5060、9050、90120、180、240系统目标价格(万元)20081.2-1.82.5-3.54-53-47-10系统目标价格(万元)20101-1.22-2.52.5-32-2.55-7最高系统效率90%90%90%93%90%高效区 (%，效率80%)50速度控制精度基速以下：50rpm；基速以上：1%扭矩控制精度1/2额定扭矩以下：5Nm；1/2额定扭矩以上：5%扭矩响应时间额定转速下，目标值为额定扭矩时，阶跃响应时间10ms控制器工作环境温度范围（）*-3085工作环境温度范围（）-30105-30105-30105-3085-3085噪声（dB(A)）满足整车要求设计
5、寿命（万公里）*3030503050平均故障间隔里程(km)*2008年 0.75万平均故障间隔里程(km)*2010年 1万 镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池超级电容器超级电容器容量规格（容量规格（Ah）6、830、40801008、20501003500F功率密度（功率密度（W/kg）100070050020030013006504002000能量密度（能量密度（Wh/kg）40454550506580651201206最大放电倍率最大放电倍率20C(20s)8C(30s)5C(30s)3C(30s)20C(20s)6C(30s)4C(30s)20-200C最大充电倍率最大充电倍率6C
6、(10s)4C(60s)3C(60s)2C(60s)6C(10s)4C(10s)4C(60s)20-200C单体电池内阻（单体电池内阻（m）2.51.51.03.02.53.03.00.5单体电压偏差（单体电压偏差（V）0.05单体容量偏差（）单体容量偏差（）510使用温度范围（使用温度范围（）-2560搁置温度范围（搁置温度范围（）-4080荷电保持能力荷电保持能力（常温下搁置（常温下搁置28天）天）80SOC估算误差（）估算误差（）6安全性安全性通过行标或规范要求通过行标或规范要求循环寿命（万公里）循环寿命（万公里）(2008)(2008)10 10 101088815万次万次循环寿命（万
7、公里）循环寿命（万公里）(2010)(2010)15 15 151510101020万次万次成本（元成本（元/Wh）（20082008）5553533150成本（元成本（元/Wh）（20102010）3332322100纯电动汽车产品纯电动汽车产品电动汽车在中国发展电动汽车在中国发展电动汽车在中国发展电动汽车在中国发展优点：优点： 1 1 发动机工作在经济工况区，排放低，燃油消耗少。发动机工作在经济工况区，排放低，燃油消耗少。2 2 发动机不在全负荷和加速工况工作，噪声小。发动机不在全负荷和加速工况工作，噪声小。3 3 可回收制动时的能量和利用已有的燃油设施。续可回收制动时的能量和利用已有的燃
8、油设施。续驶里程长。驶里程长。缺点：缺点：动力系统复杂，成本高，动力系统的质量增加，占动力系统复杂，成本高，动力系统的质量增加，占用空间大。用空间大。1、能量流和功率流的配置结构关系 串联、并联、混联2、按照两种不同的能量的搭配比例不同 轻度、中度、重度、插电3、按照运行模式的不同 单一、双模THANK YOUSUCCESS2022-5-12可编辑按照两种不同的能量的搭配比例不同 电机仅作为内燃机的启动机/发电机使用。现在通常使用的启动机/发电机系统是指在传统内燃机的启动电机（一般为12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常说的Belt-alternator Starter Generator
9、，简称BSG系统）。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。 按照两种不同的能量的搭配比例不同 驱动车辆的两种动力源中，依靠电池-电机功率的比例增大，内燃机功率的比例相对减少。通常，此种混合动力系统采用集成启动电机（也就是常说的Integrated Starter Generator，简称ISG系统），车辆还是以发动机为主要动力来源，助动电机被安装在发动机和变速器之间，作为辅助动力来源与主要动力相联。当行驶
10、中需要更大驱动力时，它被用作电动机。当需要重新启动熄火的发动机时，它被用作为一个起动机。其能够实现：在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。 按照两种不同的能量的搭配比例不同 指既可以使用汽油引擎或电动机单独驱动车辆也可以同时使用两种动力的汽车。它们普遍采用大容量电池以供给电动机做纯电动模式运行，同时还具有动力切换装置用以发动机、电动机各自动力的耦合和分离。在起步、倒车、缓加速（如频繁起步-停车）、低速行驶等情况下，车辆可以纯电动模式行驶；急加速时，电机和内燃机一起驱动车辆，并具有制动能量回收的能
11、力。与轻混合系统相比，驱动车辆的两种动力源中，依靠电池-电机功率的比例更大，内燃机功率的比例更小。按照两种不同的能量的搭配比例不同 混合动力系统通过接入家用电源为系统中配备的充电电池充电，充电后可仅凭充电电池作为电动汽车行驶。另外，在充电电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，利用由此产生的电力为蓄电池充电，继续用电动机行驶，从而形成了串联方式的插电式混合动力车。这种混合动力汽车比全混合动力汽车有较长纯电动行驶里程。该系统电机功率比例与纯电动情况基本相同（或稍小），内燃机功率比例与重度混合系统基本相同，电池容量一般比全混合系统的大，比纯电动车辆的小。混合动力
12、汽车需要解决的关键技术问题混合动力汽车要进入实用化，需要具备高比能量和高比功率的能量存储装置，低成本、高效率的功率电子设备和燃料经济性高、排放低的高效发动机。需要解决的关键技术问题主要有：混合动力单元技术混合动力单元技术混合动力汽车的动力可以同时来自热力发动机和电动机。在混合动力汽车上，发动机又被称为混合动力单元。混合动力汽车的主要目标就是降低排放，所以，控制混合动力单元的排放将是今后研究的重点。混合动力车系统示意图能量存储技术目前用于混合动力汽车的能量存储装置主要还是高能蓄电池，镍氢电池和锂离子电池的技术也较成熟。未来能量存储装置的研究应该包括：电池内部的连接、检测、监控和电池设计制造方面的
13、改进，降低制造成本，改善电池性能，提高电池使用寿命。能量存储装置也称之为载荷调节装置，其目的是通过它的调节作用来提高燃油经济性和减少排放。汽车集成电力电子模块技术汽车集成电力电子模块技术 混合动力汽车的控制系统的开发是混合动力系统最关键的技术创新，其目的是要实现发动机与电动机的最优耦合功率分配比。该系统要具备高功率密度、低耗损的开关、电容和电感等器件；要求控制装置采用功率密度高、散热性能好的可高速运行的半导体芯片。混合动力汽车发展前景 混合动力汽车在现有技术的基础上达到了提高燃油经济性和减少排放的目的，因而极具发展前景。在美、日、欧下一代汽车开发计划中，混合动力汽车处于战略发展的位置。混合动力
14、汽车使人们看到了在短期内大幅提高燃油经济性和减少排放的可能性。国内出现的混合动力整车国内出现的混合动力整车系统匹配技术方案系统匹配技术方案方案一方案一【方案特点】 微混合（启-停混合） BSG系统具有简单、重量轻，对整车原有结构改动很小，成本低的优势 可实现5%10%的节油效果 方案二方案二【方案特点】 并联 ISG技术 永磁直流电机【该方案下的车辆性能指标】 内 容 单 位 参 数 尺寸（长宽高） Mm 444517681640 整车整备质量 Kg 1501 最大总质量 Kg 1950 发动机（或燃料电池发动机） JL475Q3 电机系统 额定转速 Rpm 1800 最大发电功率 kW 15
15、 电池组 动力电池类型 金属氢化物镍蓄电池 电池组规格 Ah 6.0 驱动 系统 转速（额定/峰值） RPM/RPM 1800/7000 功率（额定/峰值） kW 10/15 扭矩（额定/峰值） N.m 56 /110 控制器最高效率 98% 最高车速 km/h 160 0100km/h加速时间（客车0-50km/h）S 16.9 最大爬坡度 30% 行驶里程（NEDC工况下） Km 800 百公里经济性（NEDC工况下） L 6.8 方案三方案三【方案特点】 并联、单轴式轻度混合 结构精减 对电池的依赖性较小 对于整车的改动比较少，比较容易实现 技术较成熟 性价比较高 【该方案下的车辆性能指
16、标】 内 容 单 位 参 数 尺寸（长宽高） mm 4552*1750*1483整车整备质量 kg 1350 最大总质量 kg 1725 发动机（或燃料电池发动机） ml 1297 电机系统 额定转速 Rpm 1600 最大发电功率 Kw 15 电池组 动力电池类型 镍氢蓄电池 电池组规格 节 120 驱动 系统 转速（额定/峰值） Rpm 1600/8000 功率（额定/峰值） Kw 10/15 扭矩（额定/峰值） N.m 88/110 控制器最高效率 97% 最高车速 km/h 160 0100km/h加速时间 S 15 最大爬坡度 30% 百公里经济性（匀速） L 4.95 方案四方案四【方案特点】 将主电机在变速器输出轴与发动机的动力进行混合 【该方案下的车辆性能指标】 其最高车速为：160km/h； 0-100km/h 加速时间达到14s NEDC工况燃料消耗4.9L/100km 排放性能优于欧标准 其他（客车）方案其他（客车）方案THANK YOUSUCCESS2022-5-12可编辑
