车辆电动技术 第二章电动汽车结构与设计 北京理工大学 林程副教授
第二章 电动汽车结构与设计 北京理工大学 林程 副教授 车辆电动技术
电动汽车结构特点 传统燃油汽车: 液态汽油或柴油作燃料,内燃机驱动 ■电动汽车 一电动机驱动,用蓄电池、燃料电池、电容器或飞轮作 相应的能源,由于电容器和飞轮目前所能达到的比能 量有限,因而它们不能单独作为电动汽车的能源。 结构灵活:动力传递方式、驱动系统布置 能源补充方式不同 ■尽管大多数的电动汽车参数是从发展成熟的燃油 汽车体系中借鉴的,但电动汽车的结构和许多性 能与技术参数有它本身的特征
电动汽车结构特点 传统燃油汽车： – 液态汽油或柴油作燃料，内燃机驱动 电动汽车： – 电动机驱动，用蓄电池、燃料电池、电容器或飞轮作 相应的能源 ，由于电容器和飞轮目前所能达到的比能 量有限，因而它们不能单独作为电动汽车的能源。 – 结构灵活：动力传递方式、驱动系统布置 – 能源补充方式不同 尽管大多数的电动汽车参数是从发展成熟的燃油 汽车体系中借鉴的，但电动汽车的结构和许多性 能与技术参数有它本身的特征
电动汽车基木结构 ■电动汽车系统可分为三个子系统: 电力驱动子系统 ■由电控单元、功率转换器、电机、机械传动装置和 驱动车轮组成 主能源子系统 ■由主电源、能量管理系统和充电系统构成 一辅助控制子系统 ■具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能
电动汽车基本结构 电动汽车系统可分为三个子系统： – 电力驱动子系统 由电控单元、功率转换器、电机、机械传动装置和 驱动车轮组成 – 主能源子系统 由主电源、能量管理系统和充电系统构成 – 辅助控制子系统 具有动力转向、温度控制和辅助动力供给等功能
电动汽车的结构 电子控制器发出相应的控 功率转换器制 电动驱动子系统 车轮 通断 功率转换器的功能是调节 电子控制器功率转化器 电机 机械传动装置 电机和电源之间的功率流如 能量管理系统和电控系统 起控制再生制动及其能 能量管理系 能量源 辅助动力 动力转向 6 量的回收,能量管理系统 方向盘 和充电器一同控制充电并 温度控制单 监测电源的使用情况 能量单元 辅助动力供给系统供给电 能源子系统 辅助子系统 动汽车铺助系统不 的电压并提供必要的动力 能源 双线表示机械连接,粗实线表示电气连接, 细线表示控制信号连接
电动汽车的结构 电子控制器发出相应的控 制指令来控制功率转换器 的功率装置的通断 功率转换器的功能是调节 电机和电源之间的功率流 能量管理系统和电控系统 一起控制再生制动及其能 量的回收，能量管理系统 和充电器一同控制充电并 监测电源的使用情况 辅助动力供给系统供给电 动汽车辅助系统不同等级 的电压并提供必要的动力 电子控制器 功率转化器 电机 机械传动装置 能量管理系 统 能量源 辅助动力 源 动力转向 单元 能量单元 温度控制单 元 制动 车轮 踏板 加速踏板 方向盘 车轮 电动驱动子系统 能源子系统 辅助子系统 能源 双线表示机械连接，粗实线表示电气连接， 细线表示控制信号连接
典型电动车的基本结构 电驱动子系统 制动踏板 车轮 电子控制器 相PwM转换三相感应电固定速比变速 机 器和差速器 加速踏板 能量管理系镍氢电池轴助动力人动力转向 6 方向盘 蓄电池充电冷风和暖气 能源子系统 辅助子系统 交流电源
典型电动车的基本结构 电子控制器 三相PWM转换 器 三相感应电 机 固定速比变速 器和差速器 能量管理系 统 镍氢电池 辅助动力 源 动力转向 系统 蓄电池充电 器 冷风和暖气 车轮 制动踏板 加速踏板 方向盘 车轮 电驱动子系统 能源子系统 辅助子系统 交流电源
电驱动的结构形式 GBH D FG D M F FG C:离合器 D:差速器 FG:固定速比变速箱 GB变速箱 M:电机
电驱动的结构形式 M GB D C M FG D M FG D M FG FG M FG FG M M M M :离合器 : 差速器 : 固定速比变速箱 : 变速箱 : 电机 C D FG GB M
储能装置的结构形式 所选用的蓄电池应该能提供 两种不同的蓄电池,其中一种能提供燃料电池能提供高的比能量但不能回收再生 足够高的比能量和比功率 高比能量,另外一种提供高比功率制动能量,因此最好与高比功率且能高效回收 制动能量的蓄电池结合在一起使用 RFC P FWH P 当用蓄电池与电容器进行混合时,所选的带小型重整器的电动汽车的结构简图 超高速飞轮是具有高比功率和高效 蓄电池必须能提供高比 因为电容器燃料电池所需 重整器随车产 超高 本身比蓄电池具有更高的比功率和更高效 B:蓄电池 回收制动能量的能力 C:电容器 机和发电机)的电机 FC:燃料电池 所选用的蓄电池应能提供高 FW:超高速飞轮 飞轮最好与 P:功率转换器 在蓄电池和飞轮之 R:重整器 转换器
储能装置的结构形式 B P B P B FC B P R FC B P C B P P FW B P P B C FC FW P R :蓄电池 : 电容器 : 燃料电池 : 超高速飞轮 : 功率转换器 : 重整器 所选用的蓄电池应该能提供 足够高的比能量和比功率 两种不同的蓄电池，其中一种能提供 高比能量，另外一种提供高比功率 燃料电池能提供高的比能量但不能回收再生 制动能量，因此最好与高比功率且能高效回收 制动能量的蓄电池结合在一起使用 带小型重整器的电动汽车的结构简图， 燃料电池所需的氢气由重整器随车产生 当用蓄电池与电容器进行混合时，所选的 蓄电池必须能提供高比能量，因为电容器 本身比蓄电池具有更高的比功率和更高效 回收制动能量的能力 超高速飞轮是具有高比功率和高效 制动能量回收能力的储能器。超高 速飞轮与具有两种工作模式（电动 机和发电机）的电机转子相结合， 能够将电能和机械能进行双向转换。 所选用的蓄电池应能提供高比能量。 飞轮最好与无刷交流电机结合使用， 在蓄电池和飞轮之间加一个AC—DC 转换器
单电机或多电机驱动 对于电动汽车,如果采用双电机或者四个电机驱动,由于 每个电机的转速可以有效地独立调节控制,实现电子差速, 在这种情况下,电动汽车可以不用机械差速器。如由三个 微处理器组成的电子控制器,其中两个分别控制左右两个 电机,另一个用于控制与协调,通过监测器来监视彼此的 工作情况以改善其可靠性 车轮 车轮 车轮 车轮 差速器 带固定速比 的电机
单电机或多电机驱动 对于电动汽车，如果采用双电机或者四个电机驱动，由于 每个电机的转速可以有效地独立调节控制，实现电子差速， 在这种情况下，电动汽车可以不用机械差速器。如由三个 微处理器组成的电子控制器，其中两个分别控制左右两个 电机，另一个用于控制与协调，通过监测器来监视彼此的 工作情况以改善其可靠性。 车轮 out in 车轮 out in 差速器 带固定速比 的电机 车轮 车轮 out in out in
轮毂电机驱动 如果将驱动电机直接安装在车轮上,可以缩短甚至可以去 掉电机与车轮之间的机械传递装置 髙速内转子电机,则必须装固定速比的减速器来降低车速 低速外转子电机,则可以完全去掉变速装置,外转子就安装在车 轮轮缘上,而且电机转速和车轮转速相等,因而就不需要减速装 置。但它是以低速电机的体积、重量和成本为代价的 仑辐 制动鼓 电机绕组 电机绕组 轴承 行星齿 编码器 电机绕组 轮胎
轮毂电机驱动 如果将驱动电机直接安装在车轮上，可以缩短甚至可以去 掉电机与车轮之间的机械传递装置 – 高速内转子电机，则必须装固定速比的减速器来降低车速 – 低速外转子电机，则可以完全去掉变速装置，外转子就安装在车 轮轮缘上，而且电机转速和车轮转速相等，因而就不需要减速装 置。但它是以低速电机的体积、重量和成本为代价的 制动鼓 轴承 行星齿 轮 车轮 轮胎 轮胎 轮辐 编码器 轴承 电机绕组 电机绕组 PM PM 轮辐 制动鼓 车轮 轮胎 轮辐 PM 电机绕组 编码器 制动 鼓 轴承 轮胎 轮辐 PM 电机绕组 制动鼓 轴承 车轮 车轮
电动汽车的质量 ■设计电动汽车最重要的一条准则是:在满 足电动汽车性能的前提下,实现最低的汽 车质量。电动汽车每增加1kg的重量,其百 公里能耗就增加5~10Wh的电能 ■降低车重的措施在于:应在车上广泛采用 新技术、新材料、新工艺;开展结构优化 设计;合理匹配动力驱动系统
电动汽车的质量 设计电动汽车最重要的一条准则是：在满 足电动汽车性能的前提下，实现最低的汽 车质量。电动汽车每增加1kg的重量，其百 公里能耗就增加5~10Wh的电能。 降低车重的措施在于：应在车上广泛采用 新技术、新材料、新工艺；开展 结构优化 设计；合理匹配动力驱动系统