第五部分電動(dòng)汽車技術(shù)電動(dòng)汽車是以電池為動(dòng)力源，全部或部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，集中了機(jī)、電、化等各學(xué)科領(lǐng)域的高新科技，是汽車、電力拖動(dòng)、功率電子、自動(dòng)化控制、化學(xué)能源、計(jì)算機(jī)、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。發(fā)展電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括整車技術(shù)、電池技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)、整車控制技術(shù)、電動(dòng)車充電技術(shù)和燃料電池技術(shù)。第一頁，共三十五頁。按照目前技術(shù)狀態(tài)和車輛驅(qū)動(dòng)原理，電動(dòng)汽車分為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）、純電動(dòng)汽車（PEV）和燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)三種類型。第二頁，共三十五頁。 純電動(dòng)汽車 插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車非插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 燃料電池電動(dòng)汽車第三頁，共三十五頁。電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)：第四頁，共三十五頁。電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)車輪組成；能源子系統(tǒng)由主電源、能量管理系統(tǒng)和充電系統(tǒng)構(gòu)成；輔助控制子系統(tǒng)具有動(dòng)力轉(zhuǎn)向、溫度控制和輔助動(dòng)力供給等功能。第五頁，共三十五頁。電動(dòng)汽車工作過程：根據(jù)從制動(dòng)踏板和加速踏板輸入的信號，電子控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器功率裝置的通斷，功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電機(jī)和電源之間的功率流。當(dāng)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)的動(dòng)能被電源吸收，此時(shí)功率流的方向是反向。能量管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)一起控制再生制動(dòng)及其能量的回收，能量管理系統(tǒng)和充電機(jī)一同控制充電并監(jiān)測電源的使用情況。輔助動(dòng)力供給系統(tǒng)供給電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)不同等級的電壓并提供必要的動(dòng)力，他主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)及其他輔助裝置提供動(dòng)力。第六頁，共三十五頁。電動(dòng)汽車主要部件：1.電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：1）作用：電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟部分，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。其主要任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效的將蓄電池的能量轉(zhuǎn)化成為車輪的動(dòng)能，或者制動(dòng)時(shí)將車輪的動(dòng)能反饋到蓄電池中。第七頁，共三十五頁。2）組成：純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由中央電子控制器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)逆變器、各種傳感器（加速踏板位置傳感器、制動(dòng)踏板開關(guān)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等）、機(jī)械傳動(dòng)裝置（變速器和差速器）和車輪等組成。第八頁，共三十五頁。

3）工作原理：電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)以駕駛?cè)说牟僮鳎ㄖ饕且约铀偬ぐ逦恢玫牟僮鳎檩斎?，?jīng)過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電子控制器的變換后，輸出轉(zhuǎn)矩給定值提供給電動(dòng)機(jī)逆變器，電動(dòng)機(jī)逆變器控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從而使電動(dòng)汽車以駕駛?cè)祟A(yù)期的狀態(tài)行駛。當(dāng)電子控制器同時(shí)收到制動(dòng)和加速信號，則以制動(dòng)信號優(yōu)先。其中，最關(guān)鍵的是電動(dòng)機(jī)逆變器，電動(dòng)機(jī)逆變器的主要功能是調(diào)節(jié)動(dòng)力電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池之間的電流頻率和幅值，使其達(dá)到匹配，將動(dòng)力電池的直流電逆變成交流電提供給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪，使電動(dòng)汽車行駛。第九頁，共三十五頁。2.電源：電源為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。目前制約電動(dòng)汽車快速發(fā)展的關(guān)鍵因素是動(dòng)力蓄電池技術(shù)。應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但其能量低，充電速度慢，壽命短等缺點(diǎn)逐漸被新型蓄電池所代替。正在發(fā)展的電源有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池等。第十頁，共三十五頁。燃料電池：單獨(dú)的燃料電池堆是不能發(fā)電并用于汽車上的，它必須和燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)及能使上述各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的控制系統(tǒng)組成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，簡稱燃料電池系統(tǒng)。第十一頁，共三十五頁。燃料電池的結(jié)構(gòu)：燃料電池系統(tǒng)主要由燃料電池組、輔助裝置和關(guān)鍵設(shè)備組成。其中輔助裝置和關(guān)鍵設(shè)備主要包括：燃料和燃料存儲(chǔ)器（包括碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化的重整器）、氧化劑和氧化劑存儲(chǔ)器、供給管道系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（包括氣體輸送泵、熱交換器、氣體分離和凈化裝置）、水和熱管理系統(tǒng)。第十二頁，共三十五頁。燃料電池的分類：離子膜氫氧燃料電池：用陽離子交換膜作電解質(zhì)的酸性燃料電池,現(xiàn)代采用全氟磺酸膜。電池放電時(shí),在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,但離子交換膜內(nèi)阻較大,放電電流密度小。培根型燃料電池：屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極(內(nèi)外層孔徑不同)，加鉑作催化劑。電解質(zhì)為80%～85%的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度(204～260°C)下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動(dòng)和停機(jī)需較長的時(shí)間（起動(dòng)需24小時(shí)，停機(jī)17小時(shí)）。第十三頁，共三十五頁。燃料電池的分類：

石棉膜燃料電池：也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器,構(gòu)成氣室,封裝成單體電池。放電時(shí)在氫電極一邊生成水,可以用循環(huán)氫的辦法排出,亦可用靜態(tài)排水法。這種電池的起動(dòng)時(shí)間僅15分鐘，并可瞬時(shí)停機(jī)。第十四頁，共三十五頁。燃料電池的工作原理：燃料電池更類似于汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，它的燃料（主要是氫氣）氧化劑（純氧氣或空氣）不是存儲(chǔ)在電池內(nèi)部，而是在電池外的儲(chǔ)存罐中，當(dāng)電池發(fā)電時(shí)，需連續(xù)不斷的向電池內(nèi)部輸送燃料和氧化劑，并排出反應(yīng)產(chǎn)物水。確切的說，燃料電池是一個(gè)氫氧發(fā)電裝置，它最大的特點(diǎn)是反應(yīng)過程不涉及燃燒，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%以上，并無污染物產(chǎn)生。第十五頁，共三十五頁。燃料電池電化學(xué)反應(yīng)原理負(fù)極：H2+

2OH-

→

2H2O+

2e-正極：1/2O2

+

H2O

+

2e-

→

2OH-電池反應(yīng)：H2

+

1/2O2==

H2O第十六頁，共三十五頁。燃料電池與蓄電池相比有以下優(yōu)缺點(diǎn)：（1）潔凈、安全。排放基本達(dá)到零，屬于“超低污染”。（2）節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。（3）多燃料系統(tǒng)。（4）運(yùn)行功率高。（5）無振動(dòng)和噪聲且壽命長。（6）結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)。（7）燃料種類單一。（8）要求高質(zhì)量的密封。（9）價(jià)格高。（10）需要配備輔助電池系統(tǒng)。第十七頁，共三十五頁。3.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的作用是將電源的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪工作的裝置。由于蓄電池提供的是直流電源，因此直流電動(dòng)機(jī)最早被電動(dòng)汽車所應(yīng)用。但直流電動(dòng)機(jī)由于存在換向火花，功率小，效率低，維修保養(yǎng)工作量大的缺點(diǎn)，逐漸被交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)所取代。第十八頁，共三十五頁。驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本類型目前電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)（DCM）、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（IM）、永磁無刷電動(dòng)機(jī)（PMBLM）4類。第十九頁，共三十五頁。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)形式電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置取決于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的形式，常見的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式有：1.傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式：2.電機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)模式：3.電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)模式：4.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：第二十頁，共三十五頁。1.傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式：

與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置方式一致，帶有變速器和離合器，只是將發(fā)動(dòng)機(jī)換成電機(jī)，屬于改造型電動(dòng)汽車。這種布置可以提高電動(dòng)汽車的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，增加低速時(shí)電動(dòng)汽車的后備功率。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式有電動(dòng)機(jī)前置-驅(qū)動(dòng)橋前置（F-F）、電動(dòng)機(jī)前置-驅(qū)動(dòng)橋后置（F-R）等驅(qū)動(dòng)模式。但是，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低，不能充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的性能。

第二十一頁，共三十五頁。2.電機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)模式：

這種模式的優(yōu)點(diǎn)是可以繼續(xù)沿用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車中的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，只需要一組電機(jī)和逆變器。這種方式對電機(jī)的要求較高，不僅要求電機(jī)具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，還要求其具有較大的后備功率，以保證電動(dòng)汽車的起動(dòng)、爬坡、加速和超車等動(dòng)力性。第二十二頁，共三十五頁。3.電動(dòng)機(jī)—驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)模式：

將電機(jī)裝到驅(qū)動(dòng)軸上，直接由電機(jī)實(shí)現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換。這種傳動(dòng)方式同樣對電機(jī)有較高的要求，要求其有大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和后備功率，同時(shí)還要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度和可靠性。

第二十三頁，共三十五頁。4.輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：

這種電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪的形式，要求電動(dòng)機(jī)具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，較大的后備功率，豐田公司研發(fā)的輪轂電機(jī)實(shí)物圖。

第二十四頁，共三十五頁。4.再生制動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)，就是利用電機(jī)的電氣制動(dòng)產(chǎn)生反向力矩使車輛減速或停車。對于感應(yīng)電機(jī)來說，電氣制動(dòng)有反接制動(dòng)、直流制動(dòng)和再生制動(dòng)等。其中，能實(shí)現(xiàn)將剎車過程中能量回收的只有再生制動(dòng)，其本質(zhì)是電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率超過電機(jī)的電源頻率，電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能通過逆變器的反向續(xù)流二極管給電池充電。第二十五頁，共三十五頁。1.再生制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)相比，電動(dòng)汽車具有再生制動(dòng)系統(tǒng)。通常，再生制動(dòng)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了蓄電池、電機(jī)、扭矩合成器、再生制動(dòng)控制器、電機(jī)控制器等，同時(shí)在每個(gè)車輪上還分別安裝了輪速傳感器以測量車輪轉(zhuǎn)速。第二十六頁，共三十五頁。典型再生制動(dòng)系統(tǒng)示意圖第二十七頁，共三十五頁。2.再生制動(dòng)系統(tǒng)的工作過程：踩下制動(dòng)踏板，再生制動(dòng)控制器與電機(jī)控制器協(xié)同工作，對電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)力矩和前后車輪的液壓制動(dòng)力矩進(jìn)行分配。電動(dòng)液壓泵使制動(dòng)管路壓力升高，產(chǎn)生需要的液壓制動(dòng)力。再生制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)控制器控制電機(jī)以發(fā)電機(jī)狀態(tài)工作，回收制動(dòng)能量并反饋到蓄電池中，以便在驅(qū)動(dòng)模式工作時(shí)蓄電池中的電能通過電機(jī)控制器供應(yīng)給電機(jī)。ABS調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有兩個(gè)高壓蓄能器和兩個(gè)低壓蓄能器，其中高壓蓄能器在保壓模式下蓄存由液壓泵輸送的高壓制動(dòng)液，低壓蓄能器主要是為了減小在增減壓工作模式切換時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)，這種波動(dòng)現(xiàn)象在車輪發(fā)生抱死現(xiàn)象時(shí)尤為明顯。第二十八頁，共三十五頁。電動(dòng)汽車的使用與維護(hù)保養(yǎng)電動(dòng)汽車的使用及注意事項(xiàng)：電動(dòng)汽車的合理使用方法：（1）正確掌握充電時(shí)間：（2）保護(hù)好充電器（3）定期深放電（4）避免充電時(shí)插頭發(fā)熱（5）嚴(yán)禁存放時(shí)虧電（6）避免大電流放電（7）電動(dòng)汽車的正確清洗第二十九頁，共三十五頁。電動(dòng)汽車的維護(hù)和保養(yǎng)注意事項(xiàng)：維護(hù)保養(yǎng)安全堅(jiān)持“以人為本，安全第一”的原則，確保人身安全與系統(tǒng)安全。電動(dòng)汽車的安全包括人身安全與系統(tǒng)安全。在制定安全防范措施時(shí)，人身安全是優(yōu)先的。即使發(fā)生不可預(yù)見的事故、系統(tǒng)崩潰，也要保證人身安全。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)到部件選型、加工工藝、質(zhì)量檢驗(yàn)及維護(hù)等都應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)電動(dòng)汽車的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。第三十頁，共三十五頁。

電動(dòng)汽車高壓操作人員必須具有相應(yīng)的操作資質(zhì)，嚴(yán)禁沒有操作資質(zhì)的人員對電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)進(jìn)行操作。操作人員上崗前必須進(jìn)行安全操作培訓(xùn)，嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)范。操作人員上崗不得佩戴金屬飾物，如手表、戒指等，工作服衣袋內(nèi)不得有金屬物件。操作人員不得把與工作無關(guān)的工具帶入工作場地，必須使用的金屬工具，手持部分應(yīng)作絕緣處理。每次通高壓電源之前，操作人員應(yīng)檢查各高壓電器周邊有無雜物，并通知無關(guān)人員遠(yuǎn)離上述部件，合閘時(shí)要有高聲提示。人員要求：第三十一頁，共三十五頁。維護(hù)要求：

拆卸檢修高壓電器部件時(shí)應(yīng)切斷高壓回路。車輛長時(shí)間停放時(shí)，應(yīng)每周檢查一次動(dòng)力電池狀態(tài)，防止電池漏電、損壞。第三十二頁，共三十五頁。整車維護(hù)與保養(yǎng)：電動(dòng)汽車使用過程中，為確保汽車正常行駛，必須對汽車進(jìn)行日常維護(hù)，日常維護(hù)是發(fā)揮汽車效率、減少行車事故、節(jié)約維修費(fèi)用、降低能耗和延長汽車使用壽命的重要環(huán)節(jié)，是每個(gè)駕駛?cè)嗽陂_車前及行車中必須做到的，其主要內(nèi)容包括：檢查轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、懸架、傳動(dòng)等主要部件的緊固情況。檢查真空管道有無漏氣現(xiàn)象。檢查驅(qū)動(dòng)橋主減速器、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、真空泵等有無滲漏油現(xiàn)象。檢查輪胎氣壓是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，剔除嵌入輪胎花紋的渣石、鐵釘?shù)入s物。按潤滑表規(guī)定，按時(shí)按量對各潤滑點(diǎn)進(jìn)行潤滑。第三十三頁，共三十五頁。關(guān)鍵零部件的維護(hù)和保養(yǎng)1.動(dòng)力電池系統(tǒng)的檢查：2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的檢查：3.其他高壓系統(tǒng)的檢查：4.電氣線束的檢查：5.動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的檢查：6.制動(dòng)系統(tǒng)檢查第三十四頁，共三十五頁。