第二章純電動汽車〔蓄電池電動汽車〕BatteryElectricVehicles(BEV)

概述純電動汽車驅動方案、驅動方程動力電池：分類、電性能

定義蓄電池電動汽車〔純電動汽車〕EV(ElectricVehicle)是僅由動力蓄電池向電機提供電能驅動車輛行駛的道路車輛。

定義結構示意圖

特點節能，不消耗石油；環保，無污染；噪聲和振動小。能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯軸器和轉軸傳遞，各部件的布置具有很大的靈活性。驅動系統布置不同會使系統結構區別很大；采用不同類型的電機(如直流電機和交流電機)會影響到純電動汽車的質量、尺寸和形狀；不同類型的儲能裝置也會影響電動汽車的質量、尺寸及形狀。不同的補充能源裝置具有不同的硬件和機構，例如蓄電池可通過感應式和接觸式的充電器充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進行集中充電。根本組成1.車載電源2.電池管理系統3.驅動電動機4.控制系統5.車身及底盤6.平安保護系統根本組成1.車載電源組成以動力電池組作為車載電源，用周期性的充電來補充電能。重要性

動力電池組是EV的關鍵裝備，儲存的電能、質量和體積，對EV性能起決定性影響，也是開展EV的主要研究和開發對象。

EV開展的癥結在于電池，電池技術對EV的制約仍然是EV開展的瓶頸。

建立充電站系統、報廢電池回收和處理工廠，是推廣EV的關鍵問題。根本組成1.車載電源開展(1)第一代EV電池：鉛酸電池

優點：技術成熟，本錢低。

缺點：比能量和比功率低不能滿足EV續駛里程和動力性能的需求，但進一步開展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，使鉛酸電池的比能量有所提高。

根本組成1.車載電源開展(2)第二代高能電池：鎳—鎘電池、鎳—氫電池、鈉—硫電池、鈉—氯化鎳電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋅—空氣電池和鋁—空氣電池等

優點：比能量和比功率都比鉛酸電池高，大大提高了EV的動力性能和續駛里程。

缺點：有些高能電池需要復雜的電池管理系統和溫度控制系統，各種電池對充電技術有不同要求。而且電化學電池中的活性物質在使用一定的期限后，會老化變質以至完全喪失充電和放電功能而報廢，從而使EV的使用本錢高。根本組成1.車載電源開展(3)第三代電池：飛輪電池、超級電容器飛輪電池是電能—機械能—電能轉換的電池。超級電容器是電能—電位能—電能轉換的電池。這兩種儲能器在理論上都具有很大的轉換能力，而且充電和放電方便迅速，但尚處于研制階段。根本組成1.車載電源高壓電源

動力電池組提供約155~380V高壓直流電。

動力電池組是供電機工作的唯一動力電源。

空調系統的空壓機，動力轉向系統的油泵和制動系統的真空泵等，也需要動力電池組提供動力電能。低壓電源動力電池組通過DC/DC轉換器，供給12V或24V低壓電，并儲存到低壓電池組中，作為儀表、照明和信號裝置等工作的電源。根本組成2.電池管理系統管理

對動力電池組充電與放電時的電流、電壓、放電深度、再生制動反響電流、電池溫度等進行控制。

個別電池性能變化后，會影響到整個動力電池組性能，故需用電池管理系統來對整個動力電池組及其每一單體電池進行監控，保持各個單體電池間的一致性。充電動力電池組必須進行周期性的充電。高效率充電裝置和快速充電裝置，是EV使用時所必須的輔助設備。可采用地面充電器、車載充電器、接觸式充電器或感應充電器等進行充電。根本組成3.驅動電動機驅動電動機是驅動EV行駛的唯一動力裝置。類型直流電動機、交流電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機等。再生制動

再生制動是EV節能的重要措施之一。制動時電動機可實現再生制動，一般可回收10%~15%的能量，有利于延長EV行駛里程。

在EV制動系統中，還保存常規制動系統和ABS制動系統，以保證車輛在緊急制動時有可靠的制動性能.根本組成4.控制系統EV的控制系統主要是對動力電池組的管理和對電動機的控制。將加速踏板、制動踏板機械位移的行程量轉換為電信號，輸入中央控制器，通過動力控制模塊控制驅動電動機運轉。計算動力電池組剩余電量和剩余續駛里程。對整車低壓系統的電子、電器裝置進行控制。采用各種各樣的傳感器、報警裝置和自診斷裝置等，對整個動力電池組—功率轉換器—驅動電動機系統進行監控并及時反響信息和報警。根本組成5.車身及底盤車身EV車身造型特別重視流線型,以降低空氣阻力系數。底盤

由于動力電池組的質量大，為減輕整車質量，采用輕質材料制造車身和底盤局部總成。

動力電池組占據的空間大，在底盤布置上還要有足夠的空間存放動力電池組，并且要求線路連接、充電、檢查和裝卸方便，能夠實現動力電池組的整體機械化裝卸。根本組成6.平安保護系統高壓平安動力電池組具有高壓直流電，必須設置平安保護系統，確保駕駛員、乘員和維修人員在駕駛、乘坐和維修時的平安。故障處理必須配備電氣裝置的故障自檢系統和故障報警系統，在電氣系統發生故障時自動控制EV不能起動等，及時防止事故的發生。根本組成小結操縱：在操縱裝置和操縱方法上繼承或沿用內燃機汽車主要的操縱裝置和操縱方法，適應駕駛員的操作習慣，使操作簡單化和標準化?？刂疲涸贓V控制系統中，采用全自動或半自動的機電一體化控制系統，到達平安、可靠、節能、環保和靈活的目的。電池：提高電池的比能量和比功率，實現電池的高能化。電機：采用高效率的電能轉換系統和高效率的驅動電動機，提高電動機和驅動系統的效率。車身和底盤：采用流線型車身，降低迎風面積和空氣阻力系數。采用輕金屬材料、高強度復合材料和新型EV專用車身和底盤結構，實現車身和底盤的輕量化，減輕整備質量。采用低滾動阻力輪胎，降低行駛阻力。再生制動：回收再生制動能量，延長行駛里程。

關鍵技術1.驅動電動機的選擇及功率匹配電動機應具有良好的轉矩—轉速特性，一般具有6000~15000r/min的轉速。根據車輛行駛工況，驅動電動機可以在恒轉矩區和恒功率區運轉。驅動電動機應經常保持在高效率范圍內運轉。在低速—大轉矩〔恒轉矩區〕運轉范圍內效率在之間，在恒功率運轉范圍內效率在之間。

關鍵技術2.動力電池組的選擇與特性3.減速器傳動比確實定由于電動機的轉速高，不能直接驅動車輛的車輪，通常在驅動系統中采用大速比的減速器或2檔變速器。作用：減速、增扭減速器或變速器中不設置倒檔齒輪，倒車是靠電動機的反轉來實現。

關鍵技術4.控制系統的設計目標：延長續駛里程續駛里程

續駛里程指電動汽車從動力蓄電池全充滿狀態開始到標準規定的試驗結束時所走過的里程。采用工況法按照一定的工況反復地循環行駛，是EV測定續駛里程的根本方法。

我國公布的GB/T18386—2001?電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法?適用于EV最大總質量≤3500kg，最高車速≥70km/h的EV。

關鍵技術4.控制系統的設計延長續駛里程的方法

選用高比能量的電池。

減少EV在行駛中各種環節中的能量損耗。

減少EV輔助系統的電能消耗，對空調、動力轉向等進行自動控制。

設計新EV時，在造型、結構、材料和配件方面，應使G,f和CD等盡量降低。2.0.5開展趨勢當前EV主要向小型化、個性化、家庭化和休閑化方向開辟市場，可適當地降低對動力性能、最高車速和續駛里程方面的要求。世界各國都有各式各樣的微型和小型EV在使用。如日本豐田汽車公司E-com微型電動轎車和日產汽車公司的Hypermini微型電動轎車。NissanHypermini

(2000)

電動汽車驅動系統

2.1.1組成和結構形式

2.1.2傳統的驅動系統

2.1.3簡化的傳統驅動系統

2.1.4電動機—驅動橋整體式

驅動系統

2.1.5雙電動機驅動系統

2.1.6內轉子電動輪驅動系統

2.1.7外轉子電動輪驅動系統.1

組成和結構形式組成動力電池組驅動電動機傳動系統驅動輪控制裝置驅動系統結構形式

傳統的驅動系統

簡化的傳統驅動系統

電動機—驅動橋整體式驅動系統

雙電動機驅動系統

內轉子電動輪驅動系統

外轉子電動輪驅動系統.2

傳統的驅動系統電動機替代發動機。仍然采用內燃機汽車的傳動系統，包括離合器、變速器、傳動軸和驅動橋等總成。有電動機前置、驅動橋前置(F-F)，電動機前置、驅動橋后置(F-R)等各種驅動模式。結構復雜，效率低，不能充分發揮電動機的性能。M—電動機C—離合器GB—變速器D—差速器純電動汽車驅動方案1、機械驅動—差速半軸方案2、機電集成化驅動布置方案3、電動輪方案1、機械驅動—差速半軸方案

布置示意圖

1、機械驅動—差速半軸方案

驅動布置的特點用蓄電池、電機及其控制系統取代了原來的內燃機及其控制系統作為電動汽車的動力源。在這種布置形式中，一般選用或保存了內燃機汽車的變速器、傳動軸、和半軸等傳動部件，優點:有利于集中精力匹配電動汽車的動力系統;缺點:傳動效率較低，并且不能充分滿足電動汽車的動力性能的要求。2、機電集成化驅動布置方案

機電集成化驅動布置方案類似于差速半軸驅動方案。這種布置方案充分利用電動機的調速范圍寬的特點，取消了傳動效率低、操縱煩瑣的齒輪變速箱，只采用局部傳動齒輪，保存差速器和半軸，從而使得動力傳動系統得到了簡化，并提高了傳動效率。3、電動輪方案布置示意圖3、電動輪方案此方案取消了差速器和半軸，而將行星減速器與電動機制造為一體，稱為電動輪，輪胎直接安裝在電動輪上:不但提高了傳動效率，而且不占用車身和底盤的空間，擴大乘坐的空間，利用底部空間來安裝電池，并使整車的總體布置得到簡化?；瘜W電源的分類按其工作性質及存貯方式不同：a、一次電池。又稱“原電池〞，即放電后不能用充電的方法使其復原的電池。b、二次電池。又稱“蓄電池〞，電池放電后又可用充電的方法使活性物質復原而再次放電，且可反復屢次循環使用的一類電池。C、貯備電池。又稱“激活電池〞，是指正負極活性物質和電解質在貯存期不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電池。d、燃料電池。又稱“連續電池〞，即只要活性物質連續地注入電池，就能長期不斷地進行放電的一類電池。電池的性能參數化學電池品種繁多，性能各異。常以表征其性能的指標有:電性能、機械性能、儲存性能等，有時還包括使用性能和經濟本錢。電性能包括電動勢、開路電壓、工作電壓、內阻、充電電壓、電容量、比能量(比功率)和使用壽命等。儲存性能主要取決于電池的自放電大小?？偣ぁ夹g開發—電池開發—材料研發電性能

1、電動勢電池的電動勢，又稱電池的標準電壓或理論電壓，為電池斷路時正負兩極間的電位差。

2、開路電壓電池的開路電壓是無負荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動勢，且總小于電動勢。電性能3、電池的內阻電池的內阻包括:正負極板電阻、電解液電阻、隔離物電阻和連接體電阻等。單個電池所呈現的內阻，就是上述電阻的總和;電池組的內阻，就是單個電池的電阻再乘上所串聯的電池只數。電池的內阻，在放電的過程中會逐漸增加，而在充電過程中那么會逐漸減小。所以，在電池充放電過程中，端電壓會因其內阻的變化而變化。端電壓在放電時低于電池的電動勢，充電時又高于電池的電動勢。電性能4、充電電壓電池的充電電壓，僅對二次電池充電而言，為充電時該二次電池的端電壓。在恒流充電時，充電電壓隨時間的延長而逐漸增高;在恒壓充電時，充電電流隨充電時間的延長而很快減小。對于某些電池，為了保證電池能充足電，并保護電池不過充或抑制氣體析出，規定了充電的終止電池充電電壓。電性能表征電池放電時電壓特性的專業術語有以下幾個:a、額定電壓(或稱公稱電壓)，系指該電化學體系的電池工作時公認的標準電壓:b、工作電壓，系指電池在某負載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍;c、中點電壓，系指電池放電期間的平均電壓或中心電壓:d、終止電壓，系指放電終止時的電壓值，視負載和使用要求不同而異。電性能5、電池容量及其影響因素電池的電容量，簡稱為容量，單位為庫侖(C)或安時(Ah)。表征電池容量特性的專用術語有以下三個:a、理論容量理論容量系指根據參加電化學反響的活性物質電化學當量數計算得到的電量。通常，理論上1電化當量物質((1電化當量物質的量，等于活性物質的原子量或分子量除以反響物的電子數)將放出1法拉第電量，即96500C或。電性能b、實際容量實際容量系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。

c.額定容量額定容量系指在設計和生產電池時，規定或保證在指定的放電條件下電池應該放出的最低限度的電量。電性能電池的容量與電池的放電倍率、放電形式、放電終止電壓和放電溫度等放電條件有關。電池的放電電流強度用放電倍率(簡稱放電率)來表示。定義:電倍率=額定容量(Ah)/放電電流(A)也就是說，電池的放電倍率用放電時間來表示，或者說以一定的放電電流放完額定容量的電量所需的小時數來衡量。電性能例如:某電池的額定容量為100Ah，假設用50A的恒流放電，那么放完100Ah的電量需要2小時，我們說用2小時率放電，用符號“C/2〞或“0.5C〞表示。假設用1小時率的恒流放電，放完100Ah的電量，放電電流為100A，用符號“1C〞表示。所以放電倍率所表示的放電時間越短，即放電倍率就越高，放電電流越大。電性能6、比能量和比功率電池的輸出能量:是指在一定的放電條件下電池所能做出的電功，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積，其單位常用瓦時(Wh)表示。電池的比能量有兩種表示方法：一種是質量比能量，用瓦時/千克(Wh/kg)表示;另一種是體積比能量，用瓦時/升(Wh/L)表示。它是比較電池性能優劣的重要指標。必須指出，單體電池和電池組的比能量是不一樣的，由于電池組合時總要有連接片、外部容器等，故電池組的比能量總是小于單體電池的比能量。電性能6、比能量和比功率電池的功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時間內所放出的能量。其單位常用瓦(W)或千瓦(kW)表示。電池的單位質量或單位體積的功率稱為電池的比功率，它的單位是瓦/千克(W/kg)或瓦/升(W/L)。如果一個電池的比功率較大，那么表示在單位時間內，單位質量或單位體積中放出的能量較多，即表示該電池能用較大的電流放電。因此，電池的比功