电动汽车及其驱动技术培训教材(PPT 93页)

日本的混合动力系统水平最高
混合动力轿车的市场保有量早已超过20万量。 丰田、本田的混合动力汽车品种已有20多个， 年产量超过25万辆。燃料经济性能够提高30－50％。 世界上比较成熟的混合动力汽车是丰田的Prius(普锐斯）
在美国的年销量曾达到3万辆。
日本与美国还在发展柴油混合动力。
美国伊顿正发展液压混合动力驱动系统。
1、氢的来源； 2、氢的存储； 3、核心材料成本极高。 推广使用要20年后。
五、超级电容 (上海奥威)
特点： 1、充电速度快。 2、循环寿命长，可达10万次。 3、充放电效率高，达98%。 4、比功率大，达到1000-10000W/kg。 5、温度范围广，－40到50度。
价格是铅酸电池的2倍。 缺点： 比能量小。 上海示范运行的超级电容客车共10辆。 超级电容与蓄电池混合前景看好。
十五期间专项课题组完成课题230个； 累计投入资金：218611万元。
三纵：纯电动汽车；混合动力汽车；燃料电池汽车。 三横：动力电池；驱动电机；电子控制单元。
2008年北京奥运会
50辆纯电动大客车（京华BK6122EV)，
采用锂离子电池。
10辆混合动力客车（串联4辆，并联6辆），
中标单位：东风，中通，郑州宇通，厦门金龙， 京华客车各2辆。 采用春兰镍氢电池。
1. 电堆效率高，52％ 2. 无污染 3. 无需蓄电池 4. 可用各种燃料
FCEV的动力组成
结构方案 1
燃料 电池 发动机 单向 DC/DC 变换器
能量混合型
电机 控制器
电动机
辅助 电池
辅助电池容量大
结构方案 2
燃料 电池 发动机
功率混合型
电机 控制器
电动机
双向 DC/DC 变换器
辅助 电池
辅助电池容量小
三、锂离子电池
特点： 1、比能量大，达到115Wh/kg。 2、循环寿命500－1000次。 3、自放电率低，每月自放电8%。 4、无记忆效应。 5、无污染（电池材料不存在有毒物质）。 缺点： 价格高。
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四、燃料电池
目前用于电动汽车最现实的是质子交换膜燃料电池。 特点： 以氢为燃料，无污染，效率高。 面临的主要问题：
在天津开发区建造电动汽车产业化示范基地。 总投资1.65亿元。2007年底建成。年产电动汽车2万辆， 其中，电动大客车及电动特种车1000辆。 目前，世界最大的电动汽车生产线在法国雪铁龙公司。 年产电动汽车3000辆。
东风电动车辆股份有限公司
至2007年7月，武汉街头行驶的混合动力公交车达20辆， 电动小巴达199辆。 东风的电动小巴已销售5000辆，2007年销售达1000辆。
全球主要蓄电池厂商近年来纷纷在中国投资建厂 有全球汽车蓄电池老大美国江森自控有限公司、 日本的索尼、三洋、日立、汤浅、西恩迪、松下等 知名企业在中国建立蓄电池生产基地。 德国博世、日本NEC等以生产软件和电器为主的 企业也进入蓄电池领域。
我国每年铅的产量为300万吨，其中国内需求250万吨。 其余为出口。 国内需求中，70％-80%用于汽车用蓄电池。
1、燃油汽车面临的问题 全球环境污染日益严重
传统能源枯竭不可避免 我国汽车工业的现状
城市大气污染日趋严重
据估计，美国大气污染物中42％来自
汽车排放，造成损失每年达2290亿美元。 在中国华东、华北的大城市大气中,
70%的污染物来自汽车排放; CO88%, NOx80%, HC90%来自汽车排放，大气 污染造成的损失每年达500亿美元，全球 污染最严重的20个城市中，10个在中国。
一汽集团
完成了“解放牌混合动力客车”的样车开发， 试制整车7辆，其中，2辆已投入长春市示范运行。
上汽集团 2007年上海国际汽车展上，展出了荣威混合动力轿车
和上海牌第四代燃料电池轿车。
到2010年世博会前，将规模投产混合动力轿车、客车，
同时小批量燃料电池轿车实现示范运行。
按计划，2010年将有1000辆燃料电池车在世博园中行驶。
质子交换膜燃料电池(PEMFC) 工作原理图
质子交换膜燃料电池(PEMFC) 工作原理图
H2
2H++2ee-
2H++2e-+1/2O2 e-
H2O
阳 极
2H+ 电解质 （质子交换模）
阴 极
(PEMFC) Proton Exchange Membrane Fuel Cell.
H2
催化剂
O2
FC EV的优点：
电池技术是电动汽车的瓶颈
一、铅酸电池
目前唯一能大量生产供应的， 优点：造价低，性能稳定。 缺点：比能量低。 目前水平：45Wh/kg，800次。 主要指标： 1、价格 2、比功率 3、比能量 4、循环寿命 5、快充电 6、一致性
好
差
二、镍氢电池
具有更高的比能量，循环寿命。 性能和成本介于其它几种电池之间 上世纪90年代发展起来的， 主要生产商美国OVONIC公司。 主要不足： 1、有记忆效应，一定要放光再充电。 2、充电发热。 3、价格仍较高，目前500－700美元/kWh。
良
10 1 良
普通
8~12 3.5 优
优
6~10 4.5 良
良
控制器成本 坚固性
信赖性
表2 永磁同步电机与异步电机的特性比较
恒转矩区
P f (n)
恒功率区 降功区 0
n
电动机
控制器
交流电机控制器
控制电路
主电路
控制器中的CPU主控制板
2、电动汽车电机控制系统的主要类型
直流电机控制系统； 无刷直流电机控制系统；
异步电机控制系统；
开关磁阻电机控制系统。
表.1 各种电机的特性比较
（摘自日本电气学会技术报告）
2、国内企业热情很高，一汽、上汽、东风、长安等 公司均在开发并联、混联等多种型式的混合动力轿车。 3、混合动力正成为通用技术，是汽车动力系统发展的趋势。 汽油机、柴油机、天然气发电机、燃料电池发电机都可 向混合动力发展。
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3、燃料电池电动汽车
二、电动汽车的三种主要型式
1、纯电动汽车
（Battery powered EV)
2、混合动力电动汽车
(Hybrid EV)
3、燃料电池电动汽车
(Fuel cell EV)
1、纯电动汽车的动力组成
电池
功率 变换器
电动机
控制电路 控制器
2、混合动力电动汽车（串联型）
电机 发 动 机 发 电 机 控 制 器
石油资源面临枯竭威胁
石油资源有限, 不可再生 , 按目前探明的
储量和开采的速度还能用40~50年。
电力可从多种能源得到
电动汽车有利于节能
原油 原油 初炼 精炼 发电 汽油车 充电 电动汽车
起电能调峰作用
充分利用晚间富余电能，占总容量1/2。
2、国内外对电动汽车的研发情况
国际上各大汽车公司投入巨资
辅助 电池
主减速器
变速箱
3、混合动力电动汽车（行星轮式并联型）
电机
辅助 电池
控 制 器 发 动 机
转矩 合成 装置 变速箱
主减速器
4、混合动力电动汽车（套筒式并联型）
• 不同混合程度； • ISG（Integrated Starter Generator)
发动机
辅助 电池
控 制 器
电机
主减速器
变速箱
南车时代电动汽车股份有限公司 由株洲所牵头组建，2007.8.31在株洲高新技术 开发区挂牌成立。产业化基地总投资7.2亿元。 是目前国内投资规模最大的电动汽车专业化 研发制造基地。
天津清源公司
2005年底，率先在全国实现电动汽车产业化，
106辆电动汽车出口美国。
2006年向海外销售电动汽车500辆。 2007年来自国际市场的订单超过1000辆。
电机 性能
直流电机
永磁同步电 异步电机 机 95～97 94～95
开关磁阻电 机 < 90
最大效率（％） 85～89
效率（10％负载） 80～87 最高转速（rpm) 4000~6000
电机费用/kW($)
90～92
79～85
78～86
4000~10000 9000~15000 15000 10~15 2.5 良
结构方案 3
燃料 电池 发动机
功率混合型
电机 控制器
电动机
双向 DC/DC 变换器
超级电容
燃料电池城市客车
纯电动汽车（中巴）
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电动车产业化期待系统集成商 动力电池技术尚不成熟， 电动车产业化缺乏具体政策扶持， 市场运作汇报不明朗， 资金投入存在很大风险。 很多企业踌躇不前，他们或观望徘徊，或消极等待， 不愿成为“第一个吃螃蟹者”。
1、并联式弱混合动力轿车奇瑞A5BSG。
2、生物柴油动力的新车型V5。
3、燃料电池车B11。
研发投入很大，占销售额的10％。
吉利控股集团
已开发出：
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电动自行车
20世纪90年代以来，我国电动车产业迅猛发展。
截止2005年，全国电动车生产厂商已超过1200家。
相关零配件生产厂商已超过2300家。 主要分布在浙江、上海、江苏、山东、天津。 年产量超过10万辆的企业约3－4家。
从业人员超过100万。市场保有量将近3000万辆。
行业销售规模达200亿元。
2005年，年产量1250万辆，
2006年，年产量1600万辆。
竞争激烈，行业利润下滑。
3、电动汽车发展面临的主要问题
长安集团
长安提出它的混合动力MPV车要在2008年北京奥运会
前投入批量生产。
先从轻度混合动力汽车入手，待市场成熟后，再发展
中度混合和重度混合动力汽车。
长安的轻度混合动力MPV汽车能节能20％，
而成本只增加10％。
奇瑞公司 多种新能源技术齐头并进 研究重点在混合动力、纯电动和灵活燃料车。 在2007年上海汽车展上，提出了：
电能的储存问题
蓄电池的性能差
比能量小，40Wh/kg，汽油的比能12000wh/kg 普通轿车，50kg汽油，占3%重量，行驶700公里。 电动轿车，电池400公斤，占25％重量，行驶100公里
使用循环次数少，700~800次； 快充电性能差；
电池价格贵。 可用动力电池少，（铅酸、镍氢、锂电池〕
Toyota Prius 混合动力汽车
世界上第一个大量生产的混合动力电动汽车；
97.12以来，已有35000辆在行驶，销往美国
已有几万辆；
1.5升汽油发动机，最大功率42.6kW/4600min,
带永磁交流发电机。
电动机为永磁无刷直流电机，额定功率30kW。
混合动力汽车的现状
1、节能减排优势明显。丰田、本田等公司的混合动力品 种已超过20多个，年产量超过25万辆。燃料经济性提高 （30－50）％，减排明显。
国内：八五、九五、十五863重
大专项、十一五新能源汽车
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已进入小批量商业化生产和实际应用
美国、日本和西欧，由各大汽车公司开发、 研制的部分电动汽车如下：
通用－－EV1，两座轿车；S－10轻型得到货车 福特－－Range两座货车 克莱斯勒－－EPIC轻型客货车 丰田－－RAV-4 5座轿车 本田－－Plus 4座轿车 日产－－ALTRA EV 标志，雪铁龙－－P106， SAXO四座电动轿车 雷诺－－Clio 四座电动轿车
三、电动汽车驱动系统
1、电动汽车对电机控制系统的要求
1、优良的转矩控制性能； 2、宽广的调速范围； 3、宽范围的高效率运行区域； 4、高功率密度；
5. 优良的环境适应性和环保性；
6. 高可靠性；
7. 有竞争力的价格。
要求异步电机的输出特性：
1、低速大扭矩；
2、高速大功率。
T f ( n)
P T
5、混合动力电动汽车（并联型PLUG IN）
• 节约运行成本 辅助 电池 控 制 器
发动机
～
充 电 器
电机
主减速器
变速箱混合动力电动Fra bibliotek车目的：增加续驶里程，高效率，低排污
优点：
内燃机按平均功率选取，15~30%最大功率 可实现内燃机和电动机的最佳配合 可方便回收能量 闹市区可零排放 可解决空调、取暖等问题 可利用现有加油站 可延长电池寿命
电动汽车 及其驱动技术
清华大学 电机工程与应用电子技术系
瞿文龙
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主要内容 一、电动汽车概述
二、电动汽车的三种主要型式
三、电动汽车驱动系统 四、存在的问题与研究方向
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一、电动汽车概述