电动汽车网络与电路分析

右图是燃料 电池汽车模 型
燃料电池汽车发展历史
在日本燃料电池系统发展中，丰田公司处以领先 地位。日本还发了熔融碳酸盐燃料电池。1992年 又开发了质子交换膜燃料电池。 韩国现代已经 推出第三代燃料电池电动车ix35如图。
亚洲
燃料电池汽车发展历史
我国在“十五”、“863”计划和“十一五”节能与新能源 汽车重大项目支持下，燃料汽车技术取得重要进展 基本掌握了整车、动力系统与关键零部件的核心技 术。研制的“超越系列”、“上海牌”、“奔腾”、“志翔” 等燃料电池汽车成功服务于2008年北京奥运会和 2010年上海世博会。 亚洲
销售/辆
351006
205290
11600
我国汽车销量
60118
14604
63427
17917
85711
11375 5655 2713 1416 3038
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017 年份
据中国汽车工业协会统计，2017年我国新能源汽车产 销量分别为79.4万辆和77.7万辆，同比分别增长53.8%和 53.3%。其中，乘用车产销量分别为59.2万辆和57.9万辆 （其中，纯电动车全年累计销量448 820辆，占新能源车总 量的81%，仍是绝对主导。 ），同比分别增长71.9%和72%。商用车产销量分别为20.2 万辆和19.8万辆，同比分别增长17.4%和16.3%，
第1章 概述
1.1.1新能源汽车发展历史
纯电动汽车发展历史
1834年美国人托马斯-达尔波特制造了一辆由不可充电 的干电池驱动的电动三轮车,但只能行驶一小段距离。 1832—1838年苏格兰人罗伯特-安得森发明了电驱动的 马车,这是一辆使用不能充电的初级电池驱动的车辆.
初期发明 （1830—1870年）
能源多样化与 地域化
新能 源的 能量 来源 广泛
新能源汽车可以所在的地区所具有的条件不同， 因地制宜比如盛产甲醇的地方大力发展甲醇新能 源汽车；一方面占有地域优势，另一方面可以有 效的降低成本。
能源多样化与 地域化
我国各区域对甲醇的供销对比图
动力系统的全新设计； 动力系统的集成设计，不是简单地将各个部件进 行一个叠加组合，而是需要全新的系统耦合创新 设计理念以及包括诸多复杂问题在内的集成问题。 如本田IMA系统、丰田THS-II系统。 丰田THS-II系统主要由汽油发动机、永磁交流同 步电机、发电机、高性能金属氢化物电池盒以及 功率控制单元等组成。 技术平台与 系统化
反应原理
替代燃料汽车是指使用非石油提炼的液化天然气，压 缩天然气，醇类燃料，醚类燃料，煤制油及氢气等作为 直接燃料的汽车。 其特点依然是使用内燃机作为驱动装置，车辆在进行技 术和结构改装后，使用性能与普通汽（柴）油车相当。
清洁替代燃料 汽车特点与优势
1.1.4新能源汽车发展趋势
我国的现有的能源情况大体可分以为；气体燃料液体 燃料和电能。气体燃料包括；压缩天然气、液化天然气 和液化石油气液体燃料包括；石油、生物柴油、甲醇、 乙醇、二甲醚等。电能为二次能源。正是由于这些燃料 的不同造就了目前新能源汽车发展的多样化
燃料电池汽车发展历史
北美
20世纪60—70年代，就开始将燃料电池用于汽车动力源。
欧洲
德国奔腾公司和西门子公司合作于1996年推出了装有 PEMFC的第二代新型电动车NECARII。2011年奔腾公司研发 的3辆燃料电池原型车，横跨4大洲，14个国家，完成绕地 球1周的创举。法国开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车 “Fever”，它以低温储存的氢和空气作燃料，发电功率达 20kw，电压为90V。英国于1992年成立国家燃料电池开发 中心。
1916年
1916年，世界上第一款油电混合动力 汽车问世。这款双排座的轿车使用操 纵杆代替踏板来控制油门。
1968年 串联式混动
1968年，通用汽车将斯特林发动机与 电池组合，成为新的动力系统，推出 混合动力汽车。
油电混合动力汽车发展历史
1975年
涡轮电动车向世人走来，其动力来自独立的两 套传动系统：一台燃油涡轮机和一台电动马达。
1990年4月： 通用汽车公 司推出Impact 电动汽车
纯电动汽车发展历史
1991年； 宝马公司推 出E1电动汽 车这辆电动 概念车的外 壳材料是可 回收塑料， 整车重不到 907公斤， 一次充电可 行驶273公 里，最高时速达128公里。 1994年；世界上最好的电动车EV1进入测试阶段 它身上寄托了太多人对于一个新的汽车产业蓬勃 兴起的希望。到1996年通用汽车公司已经开始制 造并销售EV1电动汽车。它成为大型制造公司用 现代化批量生产的方式推出的第一款电动汽车。
在1881年，法国工程师古斯塔夫· 特鲁夫发明 了世界上的第一辆铅酸电池的汽车纯电动三 轮车。
中期发展 （1870—1920年）
1997年，英国的伦敦电动出租汽车公司生产的 电动出租车
纯电动汽车发展历史
1920年：经济型电动车风行天下。 1920年前后生产的电动车，体积小、重量轻， 因此最大限度发挥了电动马达的功能。这种 汽车的使用成本比燃油车更便宜。事实上，第 一次世界大战之后，油价不断上涨，仅英国电 动汽车的使用量便增加了百分之八，成为了一 种更经济使用的交通工具。 中期发展 （1870—1920年）
复苏期 （1990年至今）
纯电动汽车发展历史
2009年日本汽车公司展示了第一款零排放 纯电动汽车—Leaf
复苏期 （1990年至今）
比亚迪 第一批 纯电动 出租车 E6在深 圳投入 运营， 其最高 车速可 达140 km/h以上续驶里程超过300km。充电也有 快速充电和慢速充电两种
油电混合动力汽车发展历史
相对于传统内燃机汽车，纯电动汽车的结构有很大差别， 具体组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机 械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制 系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大 不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电 动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本 与内燃机汽车相同。
纯电动汽车发展历史
1974年11月
受制于电池技术，澳大利亚南部的Flinder大学 通过发动机和传输系统的优化以提高电动效率， 使一次充电里程增加到144公里。这就是著名的 “南澳概念”。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复苏期 （1990年至今）
中东石油危机令 全世界陷入石油 短缺的境地中， 人们又开始关注 其他动力的汽车 ，电动车再次进 入人们的视线中。
截止2017年12月，据测算我国新能源汽车保有 量约172.9万辆，其中纯电动汽车保有量接近150万 辆，纯电动乘用车保有量80.1万辆。
• 1.2 电动汽车结构类型
引导问题1： 纯电动汽车的整体汽车结构
典型的纯电动汽车整体结构图
电动汽车系统可分为三个子系统：电力驱动子系统、主能源 子系统和辅助控制子系统
中期发展 （1870—1920年）
这段时期是电动车 发展的黄金时期， 法国和英国都出现 了制造电动车的公 司。1899年比利时 人卡米乐-热纳茨 驾驶着一辆名为 La Jamais Contente的炮弹形 电动车，车速度第 一次突破100km/h大关。这一纪录直到20世纪才被打破。
纯电动汽车发展历史
图是利用风能发电
图是利用太阳能发电
新能源汽车包括；混合动力汽车、纯电动汽车（包括太阳能汽车）、燃料电池 电动汽车、氢发动机汽车、以及其他新能源汽车（如二甲醚、高效储能器） 汽车等各类别产品，见下表。
1.1.3新能源汽车技术特点与优势
纯电动汽车与普通 汽车相比优势
（1）在使用过程中电动车本身不排放污染大气的有害气 体，即使在生产过程中产生的污染较少也易于控制。 （2）电力可以从多种一次能源获得，如煤，核能，水力 等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。 （3）电动车可以用晚间用电低谷时富余的电力充电，提 高经济效益 （4）同样的石油变成汽油和电力来驱动汽车，电力的能 量利用率更高，并且大大减少了二氧化碳的排放。 下图是正在充电的特拉斯。
纯电动汽车发展历史
随着石油开采技术的进步，以及内燃机技术的 进步。高且成本低，电动车很快失去了存在的 意义。电动车基本从欧美市场上消失。
停滞期 （1920—1990年）
1974年，欧佩克石油禁运危机之后，汽油价格一 路飙升，人们对电动汽车的兴趣也愈加浓厚。时 速达64公里的菲亚特X1/23/的横空出世。
电力驱动子系统由：电控单元、功率转换器、 电动机、机械传动装置和驱动车轮组成； 主能源子系统由主电源（动力电池组）、能 量管理系统和充电系统（电池管理系统(BMS) ）； 辅助控制子系统：辅助动力源、动力转向系 统、空调器、照明装置等部分。
• 1.2.1 电动汽车电力驱动系统的结构类型
引导问题1： 纯电动汽车的电力驱动系统的结构类型
纯电动汽车特点
通常油电混合是指汽（柴）油和电能的混合有以下优势； （1）可使发动机在最佳的工况区域运行减少了发动机变 工况下的不良运行，使得发动机的排污和油耗大大降低。 （2）在人口密集的地方可用纯电驱动，实现零排放。 (3）可以通过电动机提供电力，可配备小功率发动机，并 可回收制动和减速时的能量，近一步降低汽车能量的消耗 和排污。 油电混合动力 汽车优势 发动机
1991年
1991年奥迪推出“双动力”混合动 力汽车，后轮电力驱动前轮汽油驱动。
油电混合动力汽车发展历史
1997年
丰田公司发布了世 界上第一款量产混 合动力车Prius。3 年后，它走出日本 国门，至今普锐斯 是世界上第一个大 规模生产的混合动 力车辆车款。图为 现在的Prius
2003年
2003年中东局势紧张，油价飞涨。采用镍氢电池组、 搭载THS-II系统、马自达推出RX-8、综合油耗5.1L的 普锐斯二代诞生，加上2009年推出的普锐斯三代，至 今普锐斯车型销量已突破400万，成为非插电式混合 动力汽车的经典。。
蓄电池
混合动力汽车的燃油经济性能高，而且行驶性能优越， 混合动力汽车的发动机要使用燃油，而且在起步、加速 时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗，简单 地说，就是与同样大小的汽车相比，燃油费用更低。速 度甚至达内燃机水平。 油电混合汽 车特点
与纯电动车类似，燃料电池车不会对环境构成污染，并且 能够完全摆脱化石燃料的束缚。燃料电池车的工作原理是 将氢与空气中的氧发生化学反应，从而产生电能起动电机， 进行驱动车辆。
氢发动机汽车发展历史
当今，对于氢发动机研究较为领先的要属宝马汽车公司和 马自达汽车公司。
1979年，宝马推出第一代氢动力车，2001年推出第六 代氢动力车745h，可使用汽油和氢气两种燃料。2006 年，宝马展示了全新一代的氢动力汽车Hydrogen7 如图。 宝马氢燃料汽车
氢发动机汽车发展历史
储能系统平台化； 为适应新能源汽车在实际运行中苛刻的环境， 动力电池也需要进行全新的适应整车的设计； 包括乘客和电池安全、通风散热等。下图是 Volt电池平台。
技术平台与 系统化
随着环境污染越来越严重以及温室效应、能源危机 等问题的日益突出，使得新能源汽车有广阔的前景。
油电混合 纯电动
468820
燃料电池汽车 优势
•现代iX35
（1）能量转化效率高。燃料电池的能量转换效 率可高达60～80%，为内燃机的2～3倍； （2）零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是 氢和氧，生成物是清洁的水； （3）氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得， 不依赖石油燃料。 燃料电池汽车 特点
氢能汽车特点 与优势
氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水和少量氮 氧化合物，对空气污染很少。氢气可以从电解水、 煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进 行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。 现在有两种；一种是全烧氢汽车，另一种是氢气与 汽油混烧的汽车。掺氢汽车可在贫油区工作，能改 善发动机的燃烧状况，提高燃料利用率和减轻尾气 污染。
马自达汽车公司早在1991年就推出第一款氢转子 发动机概念车，1993年发布了第二款氢转子概念 车HR—X2、2003年将氢转子发动机运用到转子 发动机RX—8上面。
马自达氢燃料汽车
1.1.2新能源汽车分类
新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式 如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、核聚变能等。