电动汽车关键技术课件.ppt
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- 电动汽车 关键技术 课件
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1、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?一电动汽车技术概述二动力电池技术三驱动电机技术四电动汽车专用零件五电动汽车整车设计六电动汽车技术发展电动汽车技术概述一电动汽车技术概述二动力电池技术三驱动电机技术四电动汽车专用零件五电动汽车整车设计六电动汽车技术发展n电动汽车技术发展历程n纯电动汽车技术n电动汽车基本构成电动汽车技术发展历程 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
2、制造第一台可充电的电动三轮车,采用铅酸蓄电池供电1834-1881 诞生 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1885-1930 第一次发展 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1970-1980 第二次发展 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
3、21世纪 第三次发展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动力电池技术一电动汽车技术概述二动力电池技术三驱动电机技术四电动汽车专用零件五电动汽车整车设计
4、六电动汽车技术发展n电池主要类型n电池参数与术语n动力电池关键性能指标n电池管理系统n电能补给n特斯拉Model S电池电池主要类型电池类型电池类型铅酸电池铅酸电池镍镉电池镍镉电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池能量密度(Wh/kg)3050458060120120200循环寿命20030015003005005001500标称电压(V)21.251.253.2/3.6/3.7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)0.61.02.02.62.53.82.03.5锂电池类型锂电池类型钴酸锂钴酸锂镍钴锰三元锂镍钴锰三元锂锰酸锂锰酸锂磷酸铁锂磷酸
5、铁锂能量密度(Wh/kg)15020015022010015090120循环寿命500-10001000200030070010002000标称电压(V)3.63.63.73.2热失控()150210250270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
6、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
7、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(3
8、070),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。ItO可接受区不可接受区最佳充电电流曲线60k
9、Wh动力电池充电实例:电源电源电压电压电流电流最大功率最大功率时间时间慢充家用插座AC 220V16A3.5kW20h充电桩AC 220V32A7kW10h快充充电站DC 500V 120A 60kW1h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
10、,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
11、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。驱动电机技术一电动汽车技术概述二动
12、力电池技术三驱动电机技术四电动汽车专用零件五电动汽车整车设计六电动汽车技术发展n电机类型n电机性能比较n电机控制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:铁芯电机性能比较电动机类型电动机类型比较性能比较性能直流电动机直流电动机交流感应电动交流感应电动机机永磁同步电动永磁同步电动机机开关磁阻电动开关磁阻电动机机功率密度低一般高一般力矩转速性能
13、一般好好好转速范围(r/min)4000600090001500040001000015000峰值效率(%)8589949595978590过载能力(%)200300500300300500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
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