电动汽车关键技术教学文稿
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电动汽车关键技术
电动汽车技术概述
电动汽车技术发展历程 纯电动汽车技术 电动汽车基本构成
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
电动汽车技术发展历程
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
驱动电机技术
电机类型 电机性能比较 电机控制
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
电机类型
定子：永磁体或励磁绕组 转子：电枢绕组
wenku.baidu.com
定子：电枢绕组 转子：永磁体
定子：电枢绕组 转子：永磁体
直流有刷电机
定子：电枢绕组 转子：铁芯
电流 ＜16A ＜32A ＜120A
最大功率 3.5kW 7kW 60kW
时间 ≈20h ≈10h ≈1h
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、
含有毒金属 2.0~2.6
镍钴锰三元锂 150~220 1000~2000 3.6 210 较好 含镍、钴 高
镍氢电池 60~120 300~500
1.25 安全 轻微毒性 2.5~3.8
锰酸锂 100~150 300~700
3.7 250 良好 无毒 低廉
锂离子电池 120~200 500~1500 3.2/3.6/3.7
电池主要类型 电池参数与术语 动力电池关键性能指标 电池管理系统 电能补给 特斯拉Model S电池
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
电池主要类型
电池类型 能量密度（Wh/kg）
循环寿命 标称电压（V）
纯电动汽车技术
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
高压配电盒
→ ←
动力电池
↓
↑
← 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
有一些隐患 环境友好
2.0~3.5
磷酸铁锂 90~120 1000~2000
3.2 270 优秀 无毒 低廉
电池参数与术语
功率密度（W/kg)
动力电池关键性能指标
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
锂电池 （180，400）
直流无刷电机
交流异步电机
定子：电枢绕组 转子：感应绕组
永磁同步电机
开关磁阻电机
电机性能比较
电动机类型 比较性能
功率密度 力矩转速性能 转速范围（r/min） 峰值效率（%） 过载能力（%）
尺寸/质量 可靠性
结构的坚固性 操作控制性
主要优势 主要劣势 应用前景
直流电动机
低 一般 4000～6000 85~89 200 大/重 差 差 最好 优良的控制性 有刷，维护困难 早期，逐步淘汰
镍氢电池 （70，250）
铅酸电池 （40，150）
空气电池 （350，100）
能量密度（Wh/kg）
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（ 30 ％～70％ ），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
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，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
单个电芯 电池组 电池模块
电池组 电池模块
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。
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。
安全性 环保性 成本（RMB/Wh）
锂电池类型 能量密度（Wh/kg）
循环寿命 标称电压（V） 热失控（℃）
安全性 环保性 原料成本
铅酸电池 30~50 200~300 2 安全
环境污染 0.6~1.0
钴酸锂 150~200 500-1000
3.6 150 差，稳定性低 含钴 很高
镍镉电池 45~80 1500 1.25 安全
电能补给——充电模式
60kWh动力电池充电实例： 电源
慢充
家用插座 充电桩
快充
充电站
I
最佳充电 电流曲线
可接受区
O
不可接受区
t
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。
电压 AC 220V AC 220V DC 500V
电动汽车技术概述
电动汽车技术发展历程 纯电动汽车技术 电动汽车基本构成
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
电动汽车技术发展历程
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
驱动电机技术
电机类型 电机性能比较 电机控制
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
电机类型
定子：永磁体或励磁绕组 转子：电枢绕组
wenku.baidu.com
定子：电枢绕组 转子：永磁体
定子：电枢绕组 转子：永磁体
直流有刷电机
定子：电枢绕组 转子：铁芯
电流 ＜16A ＜32A ＜120A
最大功率 3.5kW 7kW 60kW
时间 ≈20h ≈10h ≈1h
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、
含有毒金属 2.0~2.6
镍钴锰三元锂 150~220 1000~2000 3.6 210 较好 含镍、钴 高
镍氢电池 60~120 300~500
1.25 安全 轻微毒性 2.5~3.8
锰酸锂 100~150 300~700
3.7 250 良好 无毒 低廉
锂离子电池 120~200 500~1500 3.2/3.6/3.7
电池主要类型 电池参数与术语 动力电池关键性能指标 电池管理系统 电能补给 特斯拉Model S电池
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
电池主要类型
电池类型 能量密度（Wh/kg）
循环寿命 标称电压（V）
纯电动汽车技术
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
高压配电盒
→ ←
动力电池
↓
↑
← 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
有一些隐患 环境友好
2.0~3.5
磷酸铁锂 90~120 1000~2000
3.2 270 优秀 无毒 低廉
电池参数与术语
功率密度（W/kg)
动力电池关键性能指标
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
锂电池 （180，400）
直流无刷电机
交流异步电机
定子：电枢绕组 转子：感应绕组
永磁同步电机
开关磁阻电机
电机性能比较
电动机类型 比较性能
功率密度 力矩转速性能 转速范围（r/min） 峰值效率（%） 过载能力（%）
尺寸/质量 可靠性
结构的坚固性 操作控制性
主要优势 主要劣势 应用前景
直流电动机
低 一般 4000～6000 85~89 200 大/重 差 差 最好 优良的控制性 有刷，维护困难 早期，逐步淘汰
镍氢电池 （70，250）
铅酸电池 （40，150）
空气电池 （350，100）
能量密度（Wh/kg）
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（ 30 ％～70％ ），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
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，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
单个电芯 电池组 电池模块
电池组 电池模块
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。
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。
安全性 环保性 成本（RMB/Wh）
锂电池类型 能量密度（Wh/kg）
循环寿命 标称电压（V） 热失控（℃）
安全性 环保性 原料成本
铅酸电池 30~50 200~300 2 安全
环境污染 0.6~1.0
钴酸锂 150~200 500-1000
3.6 150 差，稳定性低 含钴 很高
镍镉电池 45~80 1500 1.25 安全
电能补给——充电模式
60kWh动力电池充电实例： 电源
慢充
家用插座 充电桩
快充
充电站
I
最佳充电 电流曲线
可接受区
O
不可接受区
t
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。
电压 AC 220V AC 220V DC 500V