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第二章 蓄电池电动汽车
第二章 蓄电池电动汽车
※重点 纯电动汽车的结构和性能 各种类型的电动汽车用驱动电机 各种类型的蓄电池及其性能 ※难点 各种类型驱动电机的控制系统 以蓄电池能量管理为核心的电动汽车能 源管理系统、再生制动系统
2.0
概述
2.0.1 定义 2.0.2 特点 2.0.3 基本组成 2.0.4 关键技术 2.0.5 发展趋势
2.0.1
定义
蓄电池电动汽车（纯电动汽车） EV (Electric Vehicle)是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车 Vehicle)是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车 辆行驶的道路车辆。 辆行驶的道路车辆。
2.0.1
结构示意图
定义
2.0.2
特点
节能，不消耗石油；环保，无污染；噪声和振动小。 节能，不消耗石油；环保，无污染；噪声和振动小。 能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和 转轴传递，各部件的布置具有很大的灵活性。 转轴传递，各部件的布置具有很大的灵活性。 驱动系统布置不同会使系统结构区别很大；采用不同 类型的电机(如直流电机和交流电机) 类型的电机(如直流电机和交流电机)会影响到纯电动 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、尺寸及形状。 不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄 电池可通过感应式和接触式的充电器充电，或者采用 电池可通过感应式和接触式的充电器充电，或者采用 替换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中 替换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中 充电。
2.0.3
基本组成
2.0.3
基本组成
1. 车载电源 组成 以动力电池组作为车载电源，用周期性的充电来补 充电能。 重要性 ◇动力电池组是EV的关键装备，储存的电能、质量和 动力电池组是EV的关键装备，储存的电能、质量和 体积，对EV性能起决定性影响，也是发展EV的主要 体积，对EV性能起决定性影响，也是发展EV的主要 研究和开发对象。 ◇ EV发展的症结在于电池，电池技术对EV的制约仍 EV发展的症结在于电池，电池技术对EV的制约仍 然是EV发展的瓶颈。 然是EV发展的瓶颈。汽车报警系统 ◇建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂，是推 广EV的关键问题。 EV的关键问题。
2.0.3
基本组成
1. 车载电源 发展 (1)第一代EV电池：铅酸电池 (1)第一代EV电池：铅酸电池 ◇优点：技术成熟，成本低。 优点：技术成熟，成本低。 ◇缺点：比能量和比功率低不能满足EV续驶里程和 缺点：比能量和比功率低不能满足EV续驶里程和 动力性能的需求，但进一步发展了阀控铅酸电池、 铅布电池等，使铅酸电池的比能量有所提高。
2.0.3
基本组成
1. 车载电源 发展 (2)第二代高能电池：镍—镉电池、镍—氢电池、钠— (2)第二代高能电池：镍—镉电池、镍 氢电池、钠— 硫电池、钠—氯化镍电池、锂离子电池、锂聚合物 硫电池、钠—氯化镍电池、锂离子电池、锂聚合物 电池、锌—空气电池和铝— 电池、锌—空气电池和铝—空气电池等 ◇优点：比能量和比功率都比铅酸电池高，大大提高 优点：比能量和比功率都比铅酸电池高 了EV的动力性能和续驶里程。 EV的动力性能和续驶里程。 ◇缺点：有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温 缺点：有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温 度控制系统，各种电池对充电技术有不同要求。而 度控制系统，各种电池对充电技术有不同要求。而 且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后， 会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废， 从而使EV的使用成本高。 从而使EV的使用成本高。
2.0.3
基本组成
1. 车载电源 发展 (3)第三代电池：飞轮电池、超级电容器 (3)第三代电池：飞轮电池、 飞轮电池是电能—机械能— 飞轮电池是电能—机械能—电能转换的电池。 超级电容器是电能—电位能— 超级电容器是电能—电位能—电能转换的电池。 这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力，而 充电和放电方便迅速，但尚处于研制阶段。 且充电和放电方便迅速，但尚处于研制阶段。
2.0.3
基本组成
1. 车载电源 高压电源 ◇动力电池组提供约155~380V高压直流电。 动力电池组提供约155~380V高压直流电。 ◇动力电池组是供电机工作的唯一动力电源。 动力电池组是供电机工作的唯一动力电源。 ◇空调系统的空压机，动力转向系统的油泵和制动系 空调系统的空压机，动力转向系统的油泵和制动系 统的真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。 统的真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。 低压电源 动力电池组通过DC/DC转换器，供应12V或24V低压 动力电池组通过DC/DC转换器，供应12V或24V低压 电，并储存到低压电池组中，作为仪表、照明和信 ，并储存到低压电池组中，作为仪表、照明和信 号装置等工
作的电源。 号装置等工作的电源。
2.0.3
基本组成
2.电池管理系统 2.电池管理系统 管理 ◇对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深 度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 ◇个别电池性能变化后，会影响到整个动力电池组性 能，故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其 每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一 每一单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一 致性。 致性。 充电 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装 置和快速充电装置，是EV使用时所必须的辅助设备。 置和快速充电装置，是EV使用时所必须的辅助设备。 可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或 可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或 感应充电器等进行充电。 感应充电器等进行充电。
2.0.3
基本组成
3. 驱动电动机 驱动电动机是驱动EV行驶的唯一动力装置。 驱动电动机是驱动EV行驶的唯一动力装置。 类型 直流电动机、交流电动机、永磁电动机和 直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻 电动机等。 电动机等。 再生制动 ◇再生制动是EV节能的重要措施之一。制动时电动机 再生制动是EV节能的重要措施之一。制动时电动机 可实现再生制动，一般可回收10%~15%的能量，有 实现再生制动，一般可回收10%~15%的能量，有 利于延长EV行驶里程。 利于延长EV行驶里程。 ◇在EV制动系统中，还保留常规制动系统和ABS制动 EV制动系统中，还保留常规制动系统和ABS制动 系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能. 系统，以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能.
2.0.3
基本组成
4. 控制系统 EV的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动 EV的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动 机的控制。 机的控制。 将加速踏板、制动踏板机械位移的行程
量转换为电 信号，输入中央控制器，通过动力控制模块控制驱 动电动机运转。 计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。 对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。 采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等， 对整个动力电池组—功率转换器— 对整个动力电池组—功率转换器—驱动电动机系统 进行监控并及时反馈信息和报警。 进行监控并及时反馈信息和报警。
2.0.3
基本组成
5. 车身及底盘 车身 EV车身造型特别重视流线型,以降低空气阻力系数。 EV车身造型特别重视流线型, 降低空气阻力系数。 底盘 ◇由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量，采用 由于动力电池组的质量大，为减轻整车质量， 轻质材料制造车身和底盘部分总成。 轻质材料制造车身和底盘部分总成。 ◇动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足 动力电池组占据的空间大，在底盘布置上还要有足 够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充 够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接、充 电、检查和装卸方便，能够实现动力电池组的整体 机械化装卸。
2.0.3
基本组成
6. 安全保护系统 高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系 统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和 维修时的安全。 故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统， 在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及 在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及 时防止事故的发生。
2.0.3
基本组成
小结 操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主 要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操 要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操 作简单化和规范化。 作简单化和规范化。 控制：在EV控制系统中，采用全自动或半自动的机电一体 控制：在EV控制系统中，采用全自动或半自动的机电一体 化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。 化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的
目的。 电池：提高电池的比能量和比功率，实现电池的高能化。 电池：提高电池的比能量和比功率，实现电池的高能化。 电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机， 提高电动机和驱动系统的效率。 提高电动机和驱动系统的效率。 车身和底盘：采用流线型车身， 车身和底盘：采用流线型车身，降低迎风面积和空气阻力 系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EV专用车 系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EV专用车 身和底盘结构，实现车身和底盘的轻量化，减轻整备质量。 身和底盘结构，实现车身和底盘的轻量化，减轻整备质量。 采用低滚动阻力轮胎，降低行驶阻力。 采用低滚动阻力轮胎，降低行驶阻力。 再生制动：回收再生制动能量，延长行驶里程。 再生制动：回收再生制动能量，延长行驶里程。
1. 驱动电动机的选择及功率匹配 电动机应具有良好的转矩—转速特性，一般具有 电动机应具有良好的转矩—转速特性，一般具有 6000~15000r/min的转速。 6000~15000r/min的转速。 根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在恒转矩区和 根据车辆行驶工况，驱动电动机可以在恒转矩区和恒功率区 运转。 驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速— 驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速—大转 矩（恒转矩区）运转范围内效率在0.75~0.85之间，在恒功率 矩（恒转矩区）运转范围内效率在0.75~0.85之间，在恒功率 运
转范围内效率在0.8~0.9之间。 运转范围内效率在0.8~0.9之间。
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