电动汽车技术教学课件-第2章-电动汽车基本结构与工作原理.ppt

1、第2章电动汽车基本结构与工作原理2.1电动汽车驱动原理的分类2.2纯电动汽车2.3混合动力电动汽车2.4插电式混合动力电动汽车2.5燃料电池电动汽车2.6电动汽车的结构2.7电动汽车的行驶性能2.1电动汽车驱动原理的分类2.2纯电动汽车 零排放、零污染、噪声小。结构简单，使用维修方便。能量转换效率高，同时可回收制动和下坡时的能量，提高能量的利用效率。可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差的作用。图2-1典型的纯电动汽车的基本结构(1)串联式混合动力电动汽车(图2-2)(1)串联式混合动力电动汽车(图2-2)车载能量源环节和混合。单一的动力装置。车载能量源由两个以上的能量联

2、合组成。图2-2串联式混合动力电动汽车结构图(2)并联式混合动力电动汽车(图2-3)机械动能的混合。具有两个或多个动力装置。每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。图2-3并联式混合动力电动汽车结构 每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。图2-4混联式混合动力电动汽车结构(3)混联式混合动力电动汽车(图2-4)图2-5开关混联式混合动力电动汽车图2-6功率分流混联式混合动力电动汽车2.4插电式混合动力电动汽车 插电式混合动力电动汽车具有低噪声和低排放的优点。插电式混合动力电动汽车介于常规混合动力电动汽车和纯电动之间，出行里程长(如周末郊游)时采用以内燃机为主的混合动力模式，出行里程短(如正常

3、上下班)时采用纯电动模式。可在晚间低谷时使用外部电网对车载动力电池进行充电，不仅可改善电厂发电机组效率问题，而且可以大大降低对石油的依赖；同时用电比燃油便宜，可以降低使用成本。由于插电式混合动力电动汽车的行驶特性，动力电池SOC必须在很大的范围内波动，属于深度充电深度放电，因此循环工作寿命受到一定影响，需要动力电池具备深充和深放的能力。2.5燃料电池电动汽车 能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达60%80%，是内燃机的23倍。不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是水，它本身工作不产生CO和CO2，也没有硫和微粒排出，没有高温反应，也不产生NOx。如果使用车载的甲醇重整催化器供给氢

4、气，仅会产生微量的CO和较少的CO2。图2-7燃料电池电动汽车结构2.6电动汽车的结构2.6.1电动汽车的基本构成2.6.2电动汽车电驱动的结构形式2.6.3电动汽车储能装置的结构形式2.6.1电动汽车的基本构成(1)能量传递方式不同(2)电动汽车驱动系统的布置不同(3)储能装置不同图2-8电动汽车的基本结构2.6.2电动汽车电驱动的结构形式图2-9纯电动汽车传动系统布置和装置结构图1电机2螺栓3套筒4飞轮壳5飞轮6轴承7压盘8离合器壳9螺栓10轴承11输入轴12分离叉13分离套筒14离合器盖15分离杠杆16从动盘C离合器D差速器GB变速器M驱动电机第一种形式：电驱动系统由驱动电机、离合器、齿

5、轮箱和差速器组成，为纯电动汽车传动系统布置的常规形式 2.6.2电动汽车电驱动的结构形式图2-10固定速比减速器系统和应用实例第二种形式：由于驱动电机能够在较长的速度范围内提供相对恒定的功率，因此多级变速器可以被一个固定速比减速器所代替，并且离合器也可以省去，即无变速器的传动形式 2.6.2电动汽车电驱动的结构形式图2-11驱动电机与传动同向布置形式第三种传动形式与第二种传动形式类似，但是驱动电机、固定速比减速器和差速器被进一步整合为一体，布置在驱动轴上，整个驱动传动系统被大大简化和集成化 图2-12双驱动电机-固定速比变数器2.6.3电动汽车储能装置的结构形式图2-16典型储能装置的结构形式

6、一般按照电动汽车的功能和使用工况要求，选择较高的比能量和比功率的动力电池，来保障整车的续驶里程、加速性和爬坡能力。为了解决一种动力电池不能同时满足对比能量和比功率要求的问题，有些电动汽车则同时采用两种不同的动力电池，其中一种能提供高比能量（例如能量型锂离子电池、锌空气电池），另外一种提供高比功率（例如功率型锂离子电池、超级电容器）。2.7电动汽车的行驶性能2.7.1电动汽车的驱动力和行驶阻力 1.驱动力驱动力0tdMMi i0gttMi iMFrr式中 Ft驱动力（N）；M驱动电机输出转矩（Nm）；ig减速器或者变速箱传动比；io主减速器传动比；电动汽车机械传动效率；r驱动轮半径（m）。nmy

7、z 式中 y圆柱齿轮对的效率，y0.970.98；z圆锥齿轮对的效率，z0.960.97；n传递转矩时处于啮合状态的圆柱齿轮对数；m传递转矩时处于啮合状态的圆锥齿轮对数。图2-18加载时间不同时，串激式交流驱动电机的功率与转矩特性9549MMnP式中 n原动机转速（r/min）；M原动机转矩（Nm）；PM原动机的输出功率（kW）。2.行驶阻力电动汽车在坡道上上坡加速行驶时，作用于电动汽车上的阻力与驱动力保持平衡，建立如下的汽车行驶方程式：式中，为电动汽车驱动力；为电动汽车行驶时的滚动阻力；为电动汽车行驶时的空气阻力；为电动汽车行驶时的加速阻力；为电动汽车行驶时的坡道阻力。2.7.2电动汽车行驶

8、的驱动力与行驶阻力的平衡2.7.3电动汽车的动力性评价参数2.7.4电动汽车的续驶里程(1)滚动阻力Ff电动汽车在硬路面上行驶，由于橡胶轮胎的弹性迟滞形成的能量损失，相当于汽车车轮在前进方向上遇到的一个阻力消耗了汽车的能量。将这个阻力定义为汽车行驶的滚动阻力，通常它与车轮上的法向载荷成正比。cosfFf GGf式中，为汽车的总重量（N）；为汽车在坡道上行驶时道路的坡度角；为滚动阻力系数。(2)空气阻力Fw根据空气动力学原理，汽车在行驶过程中由于空气动力的作用，在汽车行驶方向上作用在汽车上的分力称为空气阻力。空气阻力通常与气流相对速度的动压力成正比。空气阻力可以表示为式中，为空气阻力系数；为汽车

9、行驶速度（km/h）；为迎风面积（m2）。降低空气阻力的主要途径是降低值。空气阻力系数值与汽车表面的结构形状有关，由风洞试验确定。通常，轿车0.30.46，货车0.60.7，大客车0.60.7。221.15DwC AVFDCaVA(3)坡道阻力Fi汽车上坡行驶时，除必须克服滚动阻力与空气阻力外，还必须克服上坡阻力。由于汽车的重力沿上坡路面的分力阻止汽车前进，此力成为上坡阻力。有道路的坡度角除以角度表示外，道路工程上常以坡度表示，将坡度角的正切值定义为坡度。即一般的路面上坡度角很小，可以近似地认为siniFGhitgssiniFGaG i(4)加速阻力Fj设有两个物体其质量均等于M，其中一个物体

10、在运动时有一部分质量可以旋转，并与该物体有一定的运动学联系；另一个物体没有旋转质量。若以相同的力作用于该物体时，两个物体所得到的加速度是不相等的，前者的加速度小于后者。这是因为物体受力作用而作加速运动时，有旋转质量的那一部分除随该物体作平移加速外，还将产生旋转加速度。因此，旋转质量加速旋转而形成附加惯性负荷，表现为对该物体整体的阻力。对于有旋转质量的物体，其加速度比没有旋转质量的物体的加速度要小一些。可以设想有旋转质量的物体，其质量比无旋转质量的物体增加了 倍，称为质量增加系数，或者质量换算系数，用牛顿第二定律表示为电动汽车加速行驶时的加速阻力则可以表示为式中，为电动汽车的质量换算系数。Fma

11、jG dvFg dt2.7.2电动汽车行驶的驱动力与行驶阻力的平衡图2-19驱动力-行驶阻力平衡图00.377dn rVi itfwFFFfwfwFFF令 ijtfwFFFF则有 VjF汽车在坡道上以速度等速行驶，0，则tfwFFiG2.7.2电动汽车行驶的驱动力与行驶阻力的平衡图2-20五种不同主减速比的电动汽车爬坡度2.7.2电动汽车行驶的驱动力与行驶阻力的平衡图2-21五种不同主减速比的电动汽车加速曲线 最高车速是指汽车在无风条件下，在水平、良好的路面上所能达到的平均最高车速。现在电动汽车的最高车速已经大大提高，甚至超过了传统汽车。加速能力是用汽车原地起步的加速能力和超车加速能力来表示，

12、通常采用电动汽车加速过程中所经过的加速时间和加速距离作为评价汽车的加速性能指标。爬坡能力是指汽车在良好的路面上，以低车速上坡的最大坡度，坡度值一般用百分比来表示。对于电动汽车而言，不同的用途和使用工况对于汽车的爬坡能力的要求是不一样的。2.7.3电动汽车电动汽车的动力性评价参数2.7.4电动汽车的续驶里程1.续驶里程的计算方法2.电动汽车续驶里程的影响因素1.续驶里程的计算方法图2-22电动汽车滑行实验的v-t曲线汽车滑行时的滚动阻力和空气阻力之和为：mfwMG dVFFg dtr不同的电动汽车在不同的行驶工况下单位行驶里程的能量消耗与续驶里程有显著的差别，难于用统一的计算公式进行计算。可用试

13、验方法求取。采用电动汽车在道路上滑行试验的方法可求取汽车的滚动阻力和空气阻力。在（2.19）式中忽略 项，对计算结果再进行修正。将上式两端乘以平均速度，克服道路滚动阻力和空气阻力消耗的功率为mM112123.61000nnnnfwnnVVVVMPPPtt经过单位换算后化简得225113.86 10nnnnVVPMtt电动汽车克服道路滚动阻力和空气阻力消耗的能量为EF S1.续驶里程的计算方法图2-23电动汽车行驶所需功率与车速关系电动汽车行驶单位里程消耗的能量为F SPeSV电动汽车滑行时的平均车速为11nnnnVVVtt因此，电动汽车在平均车速下，克服道路滚动阻力和空气阻力的单位里程消耗的能

14、量为11()3.6 3600nnnnVVMett经过修正后的电动汽车克服道路阻力所消耗的功率P与车速V的关系如图2-25所示，所需能量与车速之间的关系如图2-26所示 图2-24电动汽车行驶所需能量与车速关系2.电动汽车续驶里程的影响因素(1)环境状况(2)环境温度(3)电动汽车的总质量(4)辅助装置的能量消耗(5)电池的性能(1)环境状况在相同的车辆条件下，电动汽车行驶的道路与环境气候影响着电动汽车行驶的能量消耗，如果道路状况较差，交通拥挤等都会使车辆的能量消耗增加，降低电动汽车的续驶里程；反之，道路状况良好，交通畅通等，就会相对节省车辆的能量消耗，进而增加电动汽车的行驶里程。(2)环境温度

15、环境温度对电动汽车的续驶里程有重要的影响，首先，温度对动力电池的性能影响比较大，每种动力电池都有自己最佳的工作温度，且在不同的温度时，动力电池组放出的能量及内阻等有很大的差别：温度过低时，可用的能量和容量大为减少，动力电池的内阻也会呈非线性增长，严重制约了电动汽车续驶里程。其次，汽车内部各润滑部分、气泵、转向油泵的工作效率、空气阻力等都有与环境温度有一定的关系：资料表明，温度由25降低到0的过程中，电动汽车的阻力增加10%，增加的电动汽车的能耗，使得续驶里程大为减少。(3)电动汽车的总质量对电动汽车的车身要求与普通燃油车基本一致，在满足刚度和强度要求的情况下，应力求车身的轻量化。在工况一定时，

16、电动汽车的能耗和质量基本呈线性关系。(4)辅助装置的能量消耗电动汽车上制动系统的空气压缩机、转向系统的油泵等均需要辅助电机驱动，其它还有照明、音响、通风、取暖、空调都需要消耗动力电池的电能。除空调之外，这部分能量消耗约占电动汽车总能耗的612。(5)电池的性能电池的性能参数主要是指动力电池的能量密度、额定容量、放电率、放电电流、放电深度、动力电池内阻，特别是动力电池组的一致性等是影响电动汽车行驶的能量消耗和续驶里程的重要因素。例如电池持续在高倍率的充放电状态下，动力电池的可用放电容量和能量就会减少许多，使得电动汽车的续驶里程减少；动力电池组在充放电的过程中，并联的电池组如果性能存在差异，电压高的电池组会对电压低的电池组进行充电，易引起充电时过充电，放电时过放电，这就会消耗动力电池组对外的输出功率，影响续驶里程。