电动汽车及其驱动技术培训教材(PPT 93页)

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
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：
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〕
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。
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
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。
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
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
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
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。
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
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。
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
混合动力电动汽车
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
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
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。
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。
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。
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。
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”。
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
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）
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。
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
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
பைடு நூலகம்电动机
双向 DC/DC 变换器
辅助 电池
辅助电池容量小
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：
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。
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
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。