1、更多資料在資料搜索網( ) 海量資料下載目錄一一 電動汽車的綜合概念電動汽車的綜合概念二二 電動汽車的研發歷史電動汽車的研發歷史三三 電動汽車的分類及優缺點介紹電動汽車的分類及優缺點介紹四四 電動汽車的產業發展狀況電動汽車的產業發展狀況五五 混合動力電動汽車混合動力電動汽車(HEV)的研究的研究電動汽車的綜合概念電動汽車的綜合概念 電動汽車的定義電動汽車的定義 電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。 更多資料在資料搜索網( ) 海量資料下載電動汽車的研發歷史 一百多年來，電動汽車在汽車發展史中經歷了三次重大機遇： 第一次發生在一百余年前。第一次

2、發生在一百余年前。由于當時電池和電機的發展較內燃機成熟，而且石油的運用還沒有普及，使電動汽車在早期的汽車領域中占有舉足輕重的位置。第一輛電動汽車（3輪）由法國人古斯塔夫土維（GustaveTrouve）在1881年制造出來，此后三四十年間，電動汽車在當時的汽車發展中占據著重要位置。例如，世界上首輛車速超過100公里小時的汽車就是電動汽車。那是在1899年，由比利時工程師卡米樂熱納茨（CamilleJenatzy）設計的名為“從不滿意”（LaJamaisContente）的鋁制車身汽車，現在保存在法國貢批尼（Compiegne）博物館中。據統計，到1890年在全世界4200輛汽車中，有38為電動

3、汽車，40為蒸汽車，22為內燃機汽車。到了1911年，就已經有電動出租汽車在巴黎和倫敦的街頭上運營，到了1912年在美國更有至少3.4萬輛電動汽車運行。 第二次是在第二次是在70年代石油危機的爆發時年代石油危機的爆發時.由于石油的大量開采和內燃機的種種優越性，電動汽車漸漸被人們忽視。直到上世紀70年代石油危機的爆發，給世界各國政界一次不小的打擊，開始考慮替代石油的其他能源，包括風能、太陽能、電能等可再生能源。因此從政治經濟方面考慮，才又給了電動汽車第二次機遇，又一次被人矚目。 第三次機遇開始于若干年前第三次機遇開始于若干年前，世界上除了已存在的能源問題之外，環境保護問題也逐漸成為了各個方面所關

4、心重大課題，內燃機汽車的排放污染，給全球的環境以災難性的影響，因此開發生產零污染交通工具成為各國所追求的目標，電動汽車的無（低）污染優點，使其成為當代汽車發展的主要方向。 電動汽車的分類及優缺點電動汽車的分類及優缺點介紹介紹 電動汽車主要有純電動汽車、混合動力電動汽車主要有純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車電動汽車和燃料電池電動汽車3 種類型。種類型。1.純電動汽車純電動汽車 純電動汽車是完全由二次電池純電動汽車是完全由二次電池( 如鉛酸電池、鎳鎘如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池等電池、鎳氫電池或鋰離子電池等) 提供動力的汽車。提供動力的汽車。l其所具有的優點如下：其所具

5、有的優點如下： 1）無污染、噪聲小；）無污染、噪聲小； 電動汽車無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。眾所周知，內燃機汽車廢氣中的CO、HC及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學煙霧。電動汽車無內燃機產生的噪聲，電動機的噪聲也較內燃機小。噪聲對人的聽覺、神經、心血管、消化、內分泌、免疫系統也是有危害的。 2）結構簡單，使用維修方便；）結構簡單，使用維修方便； 電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉、傳動部件少，維修保養工作量小。當采用交流感應電動機時，電機無需保養維護，更重要的是電動汽車易操縱 3）能量轉換效率高；同時可回收制

6、動、下坡時的能量，提高能量的利用效率；）能量轉換效率高；同時可回收制動、下坡時的能量，提高能量的利用效率； 電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機可自動轉化為發電機，實現制動減速時能量的再利用。有些研究表明，同樣的原油經過粗煉，送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再經汽油機驅動汽車高，因此有利于節約能源和減少二氧化碳的排量。 4）可在夜間利用電網的廉價）可在夜間利用電網的廉價“谷電谷電”進行充電，起到平抑電網的峰谷差的作進行充電，起到

7、平抑電網的峰谷差的作用。用。 電動汽車的應用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風力、潮汐等能源轉化。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網均衡負荷，減少費用 2.混合動力汽車混合動力汽車混合動力是指那些采用傳統燃料的，同時配以電動機/發動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。目前國內市場上，混合動力車輛的主流都是汽油混合動力，而國際市場上柴油混合動力車型發展也很快。 優點：優點： 1、采用混合動力后可按平均需用的功率來確

8、定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。 2、因為有了電池， 可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。 3、在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現“零”排放。 4、有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。 5、可以利用現有的加油站加油，不必再投資。 6、可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。 缺點：缺點：長距離高速行駛基本不能省油。 3.

9、燃料電池汽車燃料電池汽車燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電機驅動的汽車。其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學反應過程不會產生有害產物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高23倍，因此從能源的利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。 與傳統汽車相比，燃料電池汽車具有以下優點：與傳統汽車相比，燃料電池汽車具有以下優點： 1、零排放或近似零排放。 2、減少了機油泄露帶來的水污染。 3、降低了溫室氣體的排放。 4、提高了燃油經濟性。 5、提高了發動機燃燒效率。 6、運行平穩、無噪聲

10、。 下表為三種類型電動車的特征對比電動汽車產業發展狀況電動汽車產業發展狀況 發達國家與主要汽車集團的電動汽車現狀發達國家與主要汽車集團的電動汽車現狀 國外著名汽車公司都十分重視研究開發電動汽車, 世界發達國家不惜投入巨資進行研究開發, 并制定了一些相關的政策、法規來推動電動汽車的發展。美國目前正在大力研制和推廣使用燃料電池電動汽車和純電動汽車, 政府能源部與通用、福特和戴- 克三大汽車制造商聯合開發燃料電池電動汽車。現在, 美國已有7 個州加入了零排放計劃, 到規定年限后這些地區銷售的汽車必須為零排放, 即只能為純電動汽車和燃料電池電動汽車。以美國藍鳥客車公司、英國的FRZAERNASH公司、

11、日本豐田、日本本田為代表的電動客車和轎車已經上市, 英國已有數萬輛電動汽車在使用。 法國是世界上推廣應用純電動汽車最成功的國家之一, 成立了電動汽車推廣應用國家部際協調委員會,巴黎和拉羅舍爾已經建立了比較完善的純電動汽車充電站網基礎設施, 制定了優惠的支持和激勵使用電動汽車的政策, 且已經初步形成了純電動汽車運行體系。 歐洲各大汽車廠商爭先恐后地推出了本公司研制的混合動力電動汽車, 甚至德國的博世(BOSCH) 等著名的零部件公司也積極與大汽車公司聯手開發混合動力電動汽車技術。瑞典、法國、德國、意大利、比利時等國計劃在9 個歐洲城市開通混合動力電動公共汽車線路。 燃料電池電動汽車在國外斬露頭角

12、，國外企業界紛紛組成強大的跨國聯盟, 以期達到優勢互補的目的。如日本豐田與美國通用公司, 日本東芝公司與美國國際燃料電池公司, 德國BMW公司與西門子公司, 雷諾汽車公司與意大利De Nora 公司分別組成聯盟開發燃料電池電動汽車; 本田也已投資數億美元開發燃料電池電動汽車。其中, 以加拿大的巴拉德、美國的福特、德國的戴姆勒- 克萊斯勒聯盟(XCELLSIS)最具代表性, 該聯盟投資10億加元開發生產電動汽車用燃料電池動力系統。 但是, 由于燃料電池的成本和壽命問題, 使得這一項目目前進展緩慢。在燃料電池電動汽車的示范運行方面, 世界各國也都不約而同地把注意力集中在大客車上, 如歐盟的CUTE

13、 示范項目、UNDP/GEF 燃料電池商業化示范項目、美國加州的CAHFC 示范項目和日本的JHFC計劃等。與此同時, 部分國家政府為促進電動汽車的發展, 通過財稅手段調整汽車發展結構。像美、日等國政府對于電動車產品給予10%的鼓勵性補貼, 荷蘭政府的補貼更是高達30%。并對傳統汽車開征燃料稅, 如歐洲部分國家燃料稅高達200300%,最低的美國也有34%。我國電動汽車現狀我國電動汽車現狀 我國電動汽車雖然沒有歐美等國家起步早, 但國家從維護能源安全, 改善大氣環境, 提高汽車工業競爭力, 實現我國汽車工業的跨越式發展的戰略高度考慮, 從“八五”開始到現在, 電動汽車研究一直是國家計劃項目,

14、并在2001 年設立了“電動汽車重大科技專項”。通過組織企業、高等院校和科研機構, 集中各方面力量進行聯合攻關, 現正處于研發勢頭強勁階段, 部分技術已經趕上甚至超過世界先進水平。“電動汽車重大科技專項”實施以來, 已成功開發出燃料電池汽車樣車, 累計運行數千公里; 混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過百萬公里; 純電動汽車已通過國家有關認證試驗。混合動力電動汽車混合動力電動汽車 混合動力電動汽車的產生背景混合動力電動汽車的產生背景 我們前面已經提過，在電動汽車方面, 研究工作主要涉及純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車。其中，純電動汽車是研究最早的技術, 但是電池技術以及成本問

15、題成為其產業化的障礙。燃料電池汽車, 尤其是立足于氫能基礎上的燃料電池汽車正在成為電動汽車研發的新熱點, 但技術尚不成熟。在這種背景下, 混合動力汽車作為一種過渡技術被世界各國, 尤其是美、日等國加以研究。我國政府及各大汽車生產商也在加大混合動力汽車的研發力度。 混合動力電動汽車的分類 目前國內外研究的HEVHEV有多種結構，按動力系統布置可分為串聯式混合動力串聯式混合動力汽車汽車(SHEV)(SHEV)、并聯式混合動力汽車、并聯式混合動力汽車(PHEV)(PHEV)、混聯式混合動力汽車、混聯式混合動力汽車(SPHEV)(SPHEV)和和復合式混合動力電動汽車（復合式混合動力電動汽車（CHEV

16、)CHEV)。串聯式混合動力汽車串聯式混合動力汽車( SHEV)串聯式如圖串聯式如圖1，是指汽油或柴油發動機帶動發電機組給蓄電池充電，蓄電池再向電動機供電，由電動機單獨驅動汽車。當發電機發出的功率小于汽車需求時（如啟動、加速、爬坡），電池組向電動機提供電能；當發電機發出的功率大于汽車需求時（如低速、滑行、怠速），則向電池組充電。在這種聯結方式下，電池就象一個水庫，只是調節的對象不是水量，而是電能。電池對在發電機產生的能量和電動機需要的能量之間進行調節，從而保證車輛正常工作。串聯式結構的特點適用于市內常見的頻繁起步、加速和低速運行工況，可以使原動機在最佳工況點附近穩定運轉，通過調整電池和電動機的

17、輸出來達到調整車速的目的，從而使復雜工況下系統的性能有所提高。但是發動機的輸出功通過發電機、電池、控制器和電動機，在電能與機械能的轉化過程中有效率損失，所以盡管整個驅動系統排放較低，但沒有有效地提高效率，很難實現明顯降低油耗的目標。該系統主要用于城市大客車。更多資料在資料搜索網( ) 海量資料下載并聯式混合動力汽車并聯式混合動力汽車( PHEV) 并聯式并聯式HEV如圖2，動力系有兩種動力源-發動機和電動機。當汽車加速、爬坡時，電動機和發動機能夠同時向傳動系提供動力；一旦汽車車速達到巡航速度，汽車將僅僅依靠發動機維持該速度。并聯式并聯式HEV能設置成用發動機在高速公路行駛模式，加速時由電動機提

18、供額外動力。這樣，就可以將發動機單獨驅動、電動機單獨驅動、發動機與電動機聯合驅動三種方式有機結合，實現驅動方式的最佳組合。這種系統適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯結方式結構簡單，成本低。 混聯式混合動力汽車混聯式混合動力汽車( PSHEV) 混聯式混聯式SPHEV如圖3所示，其布置形式包含了串聯式和并聯式的特點，即功率流既可以象串聯式流動，又可象并聯式流動，技術含量較高。它的動力系統包括發動機、發電機和電動機。在該系統中，發動機、電動機既可獨立驅動汽車，也可同時驅動汽車。其動力分配裝置將發動機的動力傳遞給傳動軸與發電機，發電機產生的電能一部分用于驅動電動機，剩余部分變為直流

19、電給電池充電。該結構的優點是可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉，其缺點是系統復雜，成本高。 復合式混合動力汽車復合式混合動力汽車(CHEV)C H E V結構更加復雜，如圖4所示， 一般用于雙軸獨立系統 ，相當于一套完整的串聯系統加上一套完整的并聯 系統，工作模式更加多樣化， 成本最高，控制系統也最復雜。 HEV的核心技術研究與發展的核心技術研究與發展 汽車的混合動力技術發展與機械、電氣、內燃機、能源、計算機、汽車、信息等技術息息相關。HEV作為多種高新技術的集成，是典型的高新技術產品，集智能化、數字化、 輕量化和實用化于一體。其研制和開發的核心技術主 要是電池、電動機、

20、電動機控制、電力電子技術、能量管理技術以及車身和底盤設計等，其中前4項是混合動力汽車的發展瓶頸 。 HEV的成敗關鍵在于電池 ， 電池也是一直制約混合動力汽車發展的關鍵因素。HEV在勻速行駛時， 由發動機提供能量， 電池組基本上處于不充不放的狀態； 汽車行駛需要大功率時( 如加速 、爬坡、高速等) ， 電池組放電，釋放能量； 汽車行駛需要小功率時( 如低速、停車等) ，電池組充電，積蓄能量。 a)HEV對電池的特殊要求對電池的特殊要求：與 EV不同，HEV電池連續工作時間短 ， 對電池容量要求不高，而對功率要求較高。 另外 HEV電池 SOC工作范圍在5 0 左右，波動一般不超 過 2 0 。

21、這是因為 HEV要求電池留有足夠的余量，以保證車輛制動時可以充分吸收能量 ， 并不致使電池過充后降低壽命，甚至破壞電池。HEV和 EV用電池的主要性能指標有質量比能量、體積比能量 、質量比功率、價格和循環壽命等 。 為了確保 HEV合理的行駛性能，對其能源系統有如下要求： 高比能量( 確保 HEV達到合理的行駛里程) ；高比功率( 確保加速和爬坡性能) ；壽命長、免維護、充電快、效率高( 提高車輛的使用效率和接受制動回輸功率的能力) ；尺寸小；安全性高。更多資料在資料搜索網( ) 海量資料下載b)HEV電池的管理：電池的管理： 在電池管理方面，目前著力于多個電池串、并聯使用，為管理此更新的電池

22、類型，需要采 用嵌入式控制器來監視電池組的工作情況。大型 HEV電 池組可能包含 200個甚至更多的獨立電池， 因此對所有電池進行單獨監控是不現實的，而嵌入式處理器的可根據電池技術的多重特性、不同電池組之間的電壓以及流入或流 出電池組的電流來估計電池的電量狀態。當鏗電池或鎳 氫( N i MH) 電池的電量耗盡到低于閉值時，鎳氫電池和鏗電池將很快損壞，不過嵌入式處理器可測定電量狀態，并在電池組或單個電池的電壓低于閉值前關斷系統。但也不可對鏗電池和鎳氫電池進行過充電，以盡量延長電池組的使用壽命。 HEV電機驅動系統電機驅動系統 電機驅動系統是電動汽車的原動機，是心臟，是是 HEV 的關鍵核心技術

23、之一。電機驅動系統是由電動機和驅動控制器兩部分組成。電動機是一種將電能轉化為機械能的裝置， 為滿足整車動力性能的需要， 對電動機的具體要求為： 1 ) 瞬時功率大、 功率密度高、 過載能力強； 2 ) 效率高； 3 ) 運行速度范圍要廣，高、低速綜合效率也要高。電動機在低速區具有恒轉矩特性， 在高速區具有恒功率特性， 其轉矩和功率控制，特性如圖特性如圖5所示 ； 4) 結構簡單牢固，耐沖擊、 顛簸、 運行可靠， 免維護， 低成本等。驅動控制器是將電池的電能轉換為適于電動機運行的另外一種電能變換控制裝置 。通這種變換和控制使電動機處于上述要求的運行最佳工狀態 ，以滿足 HEV實際行駛工況的需要。

24、驅動控制系結構簡單，控制精度高，動態響應好，系統可靠性高，成低等。 電機驅動控制系統的好壞關系著電動汽車能否安全可靠地運行。電機驅動系統主要由電機、電力電子變流器、數字控制器和傳感器等幾個核心部分組成。其中電機的使用具體情況可以參見附表。 從附表可以看出, 目前電動汽車電機驅動系統中, 主要采用感應電機、永磁同步電機和開關磁阻電機;電機驅動控制系統由電力電子逆變器向 IGBT集成模塊發展, 傳感器向集成智能傳感器發展, 在電機的控制方法方面, 傳統的控制方法是直流電機的勵磁控制法與電樞電壓控制法; 開關磁阻電動機的角度位置控制、電流斬波控制以及電壓控制; 感應電機主要有V/F 控制、轉差頻率控

25、制、 矢量控制和直接轉矩控制等等。 從上面附表中，我們可以看出目前各大公司采用的比較多的電機為感應電機，下面我們著重介紹一下交流感應電機的驅動控制方法。 交流感應電機驅動系統是上世紀90年代發展起來的 ,有結構簡單、制造容易、價格低和堅固耐用等特點 ,特別適用于混合電動車。 其控制可采用磁場定向矢量控制和直接轉矩控制。磁場定向矢量控制具有類似直流電機的優良特性;但控制技術復雜 ,控制器成本較高 ,電機參數變化影響較大。直接轉矩控制直接在電動機定子坐標上計算磁鏈的模和轉矩的大小 ,直接控制電機電壓以達到電機系統的高性能。其系統結構簡單 ,動、靜性能優良。直接轉矩控制系統（直接轉矩控制系統（DTC

26、) 直接轉矩控制系統簡稱直接轉矩控制系統簡稱DTC（Direct Torque Control)系統，系統，是繼矢量控制之后發展起來的另一種高動態性能的交流電動機變壓變頻調速系統。在它的轉速環里面，利用轉矩反饋直接控制電機的電磁轉矩，因而得名。 圖6為直接轉矩控制系統（DTC)原理框圖：圖圖 6 DTC原理框圖n結構特點結構特點n轉速雙閉環轉速雙閉環 ASR的輸出作為電磁轉矩的給定信號 設置轉矩控制內環，可以抑制磁鏈變化對轉速子系統的影響，從而使轉速和磁鏈子系統實現了近似的解耦n轉矩和磁鏈的控制器轉矩和磁鏈的控制器 用滯環控制器代替通常PI調節器n控制特點控制特點 轉矩和磁鏈的控制采用雙位式砰

27、-砰控制器，并在PWM逆變器中直接用這兩個控制信號產生電壓的SVPWM波形，從而避開了將定子電流分解成轉矩和磁鏈分量，省去了旋轉變化和電流控制，簡化了控制器的結構。更多資料在資料搜索網( ) 海量資料下載 選擇定子磁鏈作為被控量，計算磁鏈的模型時，可以不受轉子參數變化的影響，提高了控制系統的魯棒性。 由于采用了直接轉矩控制，在加減速或負載變化的動態過程中，可以獲得快速的轉矩響應，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率器件，因此實際的轉矩響應也是有限的。nDTC的控制規律和反饋模型的控制規律和反饋模型 除轉矩和磁鏈砰-砰控制外，DTC的核心問題是： 轉矩和定子磁鏈反饋信號的計算模型 如何根據

28、兩個砰-砰控制器的輸出信號來選擇電壓空間矢量和逆變器的開關狀態。1.定子磁鏈的反饋計算模型定子磁鏈的反饋計算模型 DTC系統采用的是兩相靜止坐標（坐標），為了簡化數學模型，由三相坐標變換到兩相坐標是必要的，中間省去了旋轉變換。轉換為兩相坐標后電壓方程： (式中p=d /dt) sssssssspiRupiRu 將上式移項并積分得 得到的式子就是定子磁鏈模型，其結構框圖如圖7所示。dtiRudtiRusSssssss圖圖7 定子磁鏈模型結構框圖定子磁鏈模型結構框圖2.轉矩反饋計算模型轉矩反饋計算模型 感應電機在靜止兩相坐標系上的電磁轉矩表達式為： rsrsmpeiiiiLnT 又根據感應電機在靜

29、止兩相坐標系上的數學模型中磁鏈方程： sssmrsssmriLLiiLLi11 根據前面兩式可得出最后表達式：得出的就是DTC系統的模型轉矩，其結構如圖8所示 sssspeiinT圖圖8 轉矩模型結構框圖轉矩模型結構框圖 在圖6所示的DTC系統中，根據定子磁鏈給定和反饋信號進行砰-砰控制，按控制程序選取電壓空間矢量的作用順序和持續時間。在電壓空間矢量按磁鏈控制的同時，也接受轉矩的砰-砰控制。HEV中電力電子技術的應用中電力電子技術的應用 HEV對電力電子技術的要求 ：受各方面運行條件的限制，要求 H E V用電力電子技術機裝置應具有成本低、 體積小、比功率大。易于安裝的特點。此外， 以下的技術細節必須得到重點考慮： 1 )電力電