电动汽车概论.docx

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电动汽车概论

第一章概述

第一节发展电动汽车的意义P1

一、汽车的发展及在社会中的地位P1

1.汽车的发展状况P1

（1）人力车和畜力车

（2）蒸汽机车（3）电动汽车

2.汽车在社会中的地位P2

（1）汽车优化了交通结构

（2）汽车生产促进了社会经济的发展（3）汽车工业的发展带动了相关产业的发展

（4）汽车产业推动了科学技术的发展（5）汽车提高了人类的生活质量

二、汽车对环境及石油资源的影响P4

1.汽车对环境的影响P4

（1）汽车废气排放造成污染

（2）汽车噪声污染

2.汽车加剧了石油资源的短缺P5

3.汽车带来了道路交通事故P5

三、电动汽车的优势P6

1.电动汽车可以较好地解决汽车对城市环境污染的问题P6

2.电动汽车可以解决汽车队石油资源的依赖P6

3.电动汽车可以节约大量能源P6

第二节电动汽车的发展概况P6

一、电动汽车的发展历史P6

1.第一次发展机遇P72.第二次发展机遇P73.第三次发展机遇P7

二、电动汽车的发展现状P8

1.国内外电动汽车的研发计划P82.国内外电动汽车技术状况与应用现状P11

三、电动汽车发展展望P14

1.电动汽车的前景P142.电动汽车的发展方向P14

3.电动汽车需要解决的关键技术P15

（1）车载电源：

蓄电池、燃料电池

（2）电动机及控制器（3）电动汽车的能量管理系统

第二章电动汽车用动力电池

第一节电动汽车用蓄电池概述P17

一、蓄电池的发展概况与存在的不足P17

1.蓄电池的发展概况P17

2.蓄电池存在的不足P17

（1）能量密度低

（2）充电时间长（3）价格高且使用寿命短（4）汽车附件的使用受到限制

二、蓄电池的分类P18

1.按蓄电池电解质分类P18

（1）酸性电池

（2）碱性电池（3）中性电池（4）有机电解液电池

2.按蓄电池所用正、负极材料不同分类P18

（1）锌系电池

（2）镍系电池（3）铅系电池（4）锂系电池（5）金属空气电池

三、蓄电池的性能参数与常用术语P19

1.蓄电池的性能参数P19

（1）电压：

开路电压、放电电压、充电电压

（2）内阻

（3）容量：

理论容量、实际容量、i小时放电率容量、额定容量

（4）能量：

标称能量、实际能量、比能量、能量密度

（5）功率：

比功率、功率密度

（6）寿命

2.蓄电池常用术语P20

（1）终止电压：

充电终止电压、放电终止电压

（2）i小时放电率

（3）i小时充电率

（4）过充电与过放电：

过充电、过放电

（5）荷电状态

（6）放电深度

（7）不一致性与均衡充电：

不一致性、均衡充电

四、电动汽车对蓄电池的性能要求P21

1.纯电动汽车对蓄电池的要求P212.混合动力电动汽车对蓄电池的要求P223.插电式混合动力电动汽车对蓄电池的要求P23

第二节蓄电池的原理与特性P23

一、铅酸电池P23

1.铅酸电池的原理P23

（1）铅酸电池电动势的建立

（2）铅酸电池的放电过程（3）铅酸电池的充电过程

2.铅酸电池的结构与类型P26

3.铅酸电池的特性P26

（1）铅酸电池的充电特性

（2）铅酸电池的放电特性（3）铅酸电池的性能特点：

优、缺点

二、镍氢电池P28

1.镍氢电池的原理P282.镍氢电池的结构P29

3.镍氢电池的特性

（1）镍氢电池的充电特性

（2）镍氢电池的充电特性（3）镍氢电池的性能特点：

优、缺点

三、镍镉及镍锌电池P30

1.镍镉电池P30

（1）镍镉电池的基本原理

（2）镍镉电池的特点

2.镍锌电池P31

（1）镍锌电池的基本原理

（2）镍锌电池的特点

四、锂离子电池P31

1.锂离子电池的原理P312.锂离子电池的结构类型P31

3.锂离子电池的特点P32

（1）优点

（2）缺点

五、锌空气电池及铝空气电池P33

1.锌空气电池P33

（1）锌空气电池的基本原理

（2）锌空气电池的特点：

比能量高、可采用机械式“充电”方式（3）大电流持续放电能力强（4）自放电率低（5）性能稳定（6）安全性好（7）锌可以回收利用

2.铝空气电池P34

（1）铝空气电池的原理

（2）铝空气电池的特点：

比能量大、质量轻、铝没有毒性和危险性、生产成本低

六、其他类型的蓄能装置P34

1.超级电容P34

（1）超级电容工作原理

（2）超级电容的特点：

充放电循环寿命长、可以提供很大的放电电流、可以实现快速充电、工作温度范围很宽、安全无毒

2.飞轮电池P35

（1）飞轮电池的工作原理

（2）飞轮电池的特点：

能量密度高、能量转换效率高、体积小质量轻、工作温度范围宽、维护周期长

第三节蓄电池的充电P36

一、蓄电池的基本充电方法P36

1.定流充电P372.定压充电P37

二、充电可接受电流与快速充电P37

1.蓄电池充电可接受电流P37

2.蓄电池额快速充电P37

（1）脉冲快速充电

（2）分段定流快速充电（3）变电流间歇快速充电（4）变电压间歇快速充电

第四节蓄电池性能与状态的测试P39

一、蓄电池性能检测的相关标准P39

1.动力电池的国家标准P392.动力电池的行业标准P40

二、蓄电池充放电性能的测试P40

1.蓄电池充电性能的测试P40

（1）充电可接受电流

（2）最高充电电压（3）充电效率（4）耐过充电能力

2.蓄电池放电性能测试P41

（1）定电流放电测试

（2）蓄电池放电性能评价方法

三、蓄电池容量的测定P42

1.定电流放电法P422.定电阻放电法P42

四、蓄电池寿命的测定P42

1.测定方法P422.影响蓄电池寿命的使用因素P43

五、蓄电池内阻及自放电的测定P43

1.蓄电池内阻的测定P432.蓄电池自放电的测定P44

（1）自放电程度的表示方法

（2）自放电的测定方法

六、蓄电池安全性能的测试P45

1.耐过充电、过放电能力的测试P452.短路测试P453.耐高温测试P454.钻孔测试P465.力学性能测试P466.耐蚀性能测试P46

七、蓄电池荷电状态SOC的检测方法P46

1.放电实验法P462.安时计量法P473.开路电压法P474.负载电压法P475.内阻法P486.神经网络法P487.卡尔曼滤波法P48

第三章电动汽车驱动装置

第一节电动汽车用电动机概述P49

一、电动汽车用电动机的使用环境与要求P49

1.电动汽车用电动机的使用环境P49

（1）电动机工况变化频繁

（2）电动机在冲击、振动的环境下工作（3）车载电源能量有限（4）电动机本身也是负载

2.电动汽车对电动机的要求P49

（1）电动机的过载能力强

（2）电动机的调节性能好（3）电动机的效率高、逆向工作性能好（4）电动机工作可靠性好、结构尺寸小（5）其他要求

二、电动汽车用电动机的类型及特点P50

1电动汽车驱动装置的组成与类型P50

（1）按驱动装置的组成形式分类：

机械驱动式、半机械驱动式、纯电力驱动方式

（2）按驱动电动机数量分类：

单电动机驱动系统、多电动机驱动系统

2.电动汽车用电动机类型P50

（1）按电动机的工作电源分类：

直流驱动电动机、交流驱动电动机、方波驱动电动机

（2）按电动机的结构与工作原理分类：

励磁式直流电动机、交流异步电动机、交流同步电动机、永磁无刷直流电动机、开关磁阻电动机

三、电动汽车用电动机的发展概况P51

第二节直流电动机驱动系统P52

一、直流电动机的工作原理P52

1.电磁转矩的产生P52

2.直流电动机的工作过程P52

（1）直流电动机工作时的电压平衡方程式

（2）直流电动机通电后的工作过程

二、直流电动机的结构类型P53

1.直流电动机的结构P53

（1）定子：

主磁极、换向极、电刷组件、机座

（2）转子：

电枢铁心、电枢绕组、换向器

2.直流电动机类型P54

（1）他励直流电动机

（2）并励直流电动机（3）串励直流电动机（4）复励直流电动机

三、直流电动机的特性P55

1.直流电动机的工作特性P55

（1）他励直流电动机的性能特点

（2）并励直流电动机的性能特点（3）串励直流电动机的性能特点（4）复励直流电动机的性能特点

2.直流电动机的优缺点P56

（1）优点：

调速性能好、起动性能好、具有较宽的恒功率范围、控制较为简单、价格较为便宜

（2）缺点：

效率较低、维护工作量大、转速低、质量和体积大

四、直流电动机的控制P56

1.直流电动机的基本控制方法P56

（1）电枢电压调节法

（2）磁场调解法（3）电枢回路电阻调解法

2.直流电动机的控制原理P58

（1）电动机调速控制原理

（2）电动汽车制动能量回馈控制原理

第三节交流异步电动机驱动系统P59

一、交流异步电动机的工作原理P59

1.转子电磁转矩的产生P592.定子旋转磁场的产生P59

二、交流异步电动机的结构与特点P60

1.交流异步电动机的机构P60

（1）定子：

定子铁心、定子绕组

（2）转子：

笼型转子、绕线转子、其他部分

2.交流异步电动机的特点P62

（1）优点：

效率高、结构简单体积较小质量轻、工作可靠使用寿命长、免维护、电动机本身的成本低

（2）缺点：

调速性能相对较差、功率因数低、配用的控制其成本较高

三、交流异步电动机的特性P62

1.交流异步电动机的工作特性P622.交流异步电动机的机械特性P633.电源电压对电动机机械特性的影响P63

四、交流异步电动机的控制P64

1.交流异步电动机的矢量控制P64

（1）交流异步电动机的矢量控制的方法：

转子磁场定向矢量控制、转差率矢量控制、气隙磁场定向矢量控制、定子磁场定向矢量控制

（2）交流异步电动机的矢量控制的特点

2.交流异步电动机的直接转矩控制P65

（1）交流异步电动机的直接转矩控制方法

（2）交流异步电动机的直接转矩控制的特点

第四节永磁电动机驱动系统P66

一、永磁无刷直流电动机P67

1.永磁无刷直流电动机的工作原理P67

2.永磁无刷直流电动机的结构P67

（1）电动机本体：

定子、转子

（2）电子开关（3）转子位置传感器

3.永磁无刷直流电动机的控制P68

（1）永磁无刷直流电动机的控制方法

（2）永磁无刷直流电动机的控制原理

4.永磁无刷直流电动机的特点P69

（1）优点：

转速高体积小、可靠性高寿命长、对无线电干扰小、功率密度和效率较高、控制简单

（2）缺点：

电磁转矩波动较大、成本较高、能耗较大、需要用转子位置传感器

二、永磁交流同步电动机P70

1.永磁交流同步电动机的控制原理P70

2.永磁交流同步电动机的结构P70

（1）与永磁无刷直流电动机的异同

（2）与绕线转子同步电动机的异同（3）与交流异步电动机的矢的异同

3.永磁交流同步电动机的特性P71

（1）永磁交流同步电动机的机械特性

（2）永磁交流同步电动机的工作特性

4.永磁交流同步电动机的控制P715.永磁交流同步电动机的特点P72

第五节开关磁阻电动机驱动系统P72

一、开关磁阻电动机的工作原理P72

1.电磁转矩的产生P722.转子的持续转动P72

二、开关磁阻电动机的结构类型P73

1.组成部件P73

（1）开关磁阻电动机的转子

（2）开关磁阻电动机的定子（3）电子开关

2.结构类型P73

三、开关磁阻电动机的特性P74

1.开关磁阻电动机的运行特性P742.开关磁阻电动机的特点P74

（1）优点

（2）缺点

四、开关磁阻电动机的控制P75

1.开关磁阻电动机调速的基本原理P75

2.开关磁阻电动机驱动控制系统的组成与基本功能P76

（1）控制系统的基本组成

（2）控制系统的基本功能：

接收操纵指令功能、检测电动机状态功能、控制方式选择功能、比较控制功能、驱动控制功能、安全保护功能、显示与报警功能

3.开关磁阻电动机的的控制方法P76

（1）角度位置控制方式

（2）电流斩波控制方式（3）电压斩波控制方式（4）组合控制方式

五、开关磁阻电动机功率转换器的结构类型P79

1.对功率转换器的要求P79

2.功率转换器的类型P79

（1）双开关型功率转换器

（2）双绕组型功率转换器（3）电容分压型功率转换器（4）H桥型功率转换器

3.功率转换器与开关磁阻电动机的匹配P81

（1）适用的相数

（2）电源有效利用率（3）相控独立性

4.主电路开关元件性能简介P81

（1）普通晶闸管

（2）门极关断晶闸管（3）电力晶体管（4）功率MOS场效应晶体管（5）绝缘栅双极型晶体管

第四章纯电动汽车

第一节纯电动汽车概述P83

一、纯电动汽车的特点P83

1.无污染，噪声低2.能源效率高，且多样化3.结构简单，使用维修方便4.动力电源使用成本高，续驶里程短

二、纯电动汽车的发展现状P84

三、纯电动汽车的基本结构P86

1.主能源子系统P86

（1）主电源

（2）能量管理系统（3）车载充电设备

2.电力驱动子系统P87

（1）整车控制器

（2）功率转换器

3.辅助控制子系统P87

（1）辅助动力源

（2）车载用电设备

四、纯电动汽车的种类P87

1.按用途不同分类P87

（1）电动轿车

（2）电动货车（3）电动客车

2.按车载电源数不同分类P88

（1）单电源电动汽车

（2）多电源电动汽车

3.按驱动系统组成和布置形式分类P88

（1）机械传动型纯电动汽车

（2）无变速器型纯电动汽车（3）无差速器型纯电动汽车（4）电动轮型纯电动汽车

第二节纯电动汽车的性能指标P89

一、纯电动汽车的经济性P89

1.实验循环形式工况P89

2.续驶里程P91

（1）工况法

（2）等速法

3.等速工况续驶里程的计算P91

4.续驶里程的影响因素分析P92

（1）整车参数对续驶里程的影响

（2）蓄电池均匀性的影响（3）环境温度的影响

二、纯电动汽车的动力性P92

1.电动机的特性P92

（1）电动机的工作特性

（2）电动机的机械特性

2.动力性指标P93

（1）最高车速

（2）最大加速能力（3）爬坡能力

3.动力性指标的计算P94

（1）电动汽车最高车速的计算

（2）电动汽车的爬坡能力计算（3电动汽车的加速性能

第三节纯电动汽车驱动系统设计P96

一、电动机类型和性能参数的选择P96

1.电动机的类型选择P96

（1）纯电动汽车对电动机的基本要求

（2）纯电动汽车适用的电动机

2.电动机功率的选择

（1）根据纯电动汽车的最高车速选择

（2）根据纯电动汽车的加速性能要求选择（3）根据车辆的爬坡性能要求选择

3.电动机额定电压的选择P97

二、蓄电池数量和容量的选择P98

1.纯电动汽车蓄电池的类型P982.蓄电池数量的选择P983.蓄电池容量的选择P99

三、传动系统参数的选择P99

1.传动系统的传动比P99

（1）最小传动比的选择

（2）最大传动比的选择

2.传动系统档位数P100

第四节纯电动汽车蓄电池管理系统P102

一、蓄电池管理系统的总体组成P102

1.蓄电池管理系统的基本功能P1022.蓄电池管理系统的基本组成P101

二、蓄电池的热管理P104

1.蓄电池热管理的必要性P104

（1）蓄电池温度过高、过低的影响

（2）蓄电池温度控制方法

2.蓄电池热管理的的原理P104

（1）蓄电池高温控制原理

（2）蓄电池低温控制原理

3.蓄电池热管理系统散热结构设计P105

（1）串行通风方式

（2）并行通风方式

三、蓄电池组的绝缘检测P106

1.绝缘检测的意义P106

2.绝缘检测的方法P106

（1）辅助电源法

（2）电流传感法（3）变阻抗网络法

四、蓄电池组的充电管理P108

1.车载充电器的充电模式P108

（1）蓄电池的充电方法

（2）充电电压的检测方法（3）蓄电池组中个蓄电池性能不均匀问题的处理

2.蓄电池管理系统的充电管理P109

五、制动能量回馈控制P110

1.能量回馈制动的基本原理P110

2.能量回馈制动的控制策略P111

（1）理想制动力分配控制策略

（2）最佳制动能量回馈控制策略（3）前后制动力固定比值控制策略

3.直流电动机回馈制动方式P111

第五章混合动力电动汽车

第一节混合动力电动汽车概况P113

一、混合动力电动汽车概述P113

1.混合动力电动汽车的基本概念P1132.混合动力电动汽车的特点P113

二、混合动力电动汽车的分类P113

1.根据内燃机和电动机的能量流动及连接关系分类P113

（1）串联式混合动力电动汽车

（2）并联式混合动力电动汽车（3）混联式混合动力电动汽车

2.根据车辆的主要动力源及能量补充方式分类P114

（1）电量维持型（或内燃机主动型）混合动力电动汽车

（2）电量消耗型（或电力主动型）混合动力电动汽车

3.根据内燃机和电动机的功率大小及混合程度分类P115

（1）微度混合动力电动汽车

（2）轻度混合动力电动汽车（3）深度混合动力电动汽车

4.根据车辆所使用的动力电池、驱动电动机及发动机的不同分类P116

三、混合动力电动汽车的发展历史与趋势P116

1.混合动力电动汽车的发展历史P1162.混合动力电动汽车的发展趋势P117

第二节串联式混合动力电动汽车P117

一、串联式混合动力电动汽车的组成P117

二、串联式混合动力电动汽车的工作模式与运行工况分析P118

1.串联式混合动力电动汽车的工作模式P118

（1）纯粹的电驱动模式

（2）纯粹的发动机驱动模式（3）混合驱动模式（4）发动机驱动和蓄电池充电模式（5）再生制动模式（6）蓄电池停车充电模式（7）蓄电池混合充电模式

2.串联式混合动力电动汽车的运行工况分析P119

（1）起动/正常行驶/加速运行工况

（2）低负荷工况（3）减速/制动工况（4）停车充电工况

三、串联式混合动力电动汽车的特点P120

1.串联式混合动力电动汽车的结构特点P1202.串联式混合动力电动汽车的优点P1203.串联式混合动力电动汽车的缺点P121

P121

四、串联式混合动力电动汽车实例

第三节并联式混合动力电动汽车P122

一、并联式混合动力电动汽车的组成P122

二、并联式混合动力电动汽车的工作模式与运行工况分析P123

1.并联式混合动力电动汽车的工作模式P123

（1）纯粹的电驱动模式

（2）纯粹的发动机驱动模式（3）混合驱动模式（4）发动机驱动和蓄电池充电模式（5）蓄电池停车充电模式（6）蓄电池混合充电模式

2.并联式混合动力电动汽车的运行工况分析P124

（1）起动/加速工况

（2）正常行驶工况（3）减速/制动工况（4）行驶中给蓄电池充电工况

三、并联式混合动力电动汽车的特点P125

1.并联式混合动力电动汽车的结构特点P1252.并联式混合动力电动汽车的优点P1253.并联式混合动力电动汽车的缺点P125

四、并联式混合动力电动汽车的动力合成器P125

1.动力合成器的作用P125

2.动力合成器的分类P126

（1）转矩耦合器的典型结构：

圆柱齿轮传动结构、锥齿轮传动结构、带/链传动结构、传动轴结构

（2）转速耦合器的典型结构

五、并联式混合动力电动汽车驱动系统的布置分析P128

1.转矩耦合的混合动力驱动系统P128

（1）两轴式结构的混合动力系统：

变速器位于转矩耦合器之前的两轴式混合动力系统、变速器位于转矩耦合器之后的两轴式混合动力系统

（2）单轴式结构的混合动力系统（3）分离轴式结构的混合动力系统

2.速度耦合的混合动力驱动系统P130

（1）混合驱动模式

（2）纯粹的发动机驱动模式（3）纯粹的电驱动模式

（4）再生制动模式（5）发动机驱动和蓄电池充电模式

3.既有转矩耦合器又有速度耦合器的混合动力驱动系统P131

六、并联式混合动力电动汽车实例P132

第四节混联式混合动力电动汽车P136

一、混联式混合动力电动汽车的组成P136

二、混联式混合动力电动汽车的工作模式与运行工况分析P137

1.混联式混合动力电动汽车的工作模式P137

（1）纯粹的电驱动模式

（2）纯粹的发动机驱动模式（3）混合驱动模式（4）再生制动模式（5）发动机驱动和蓄电池充电模式（6）蓄电池停车充电模式

2.混联式混合动力电动汽车的工况分析P138

（1）发动机主动型混联式混合动力电动汽车的工作模式：

起动工况、加速工况、匀速工况、减速/制动工况、行驶中给蓄电池充电工况、停车充电工况

（2）电力主动型混联式混合动力电动汽车的工作模式

三、混联式混合动力电动汽车的特点P141

1.混联式混合动力电动汽车的结构特点P1412.混联式混合动力电动汽车的优点3.混联式混合动力电动汽车的缺点

四、混联式混合动力电动汽车实例P141

第五节插电式混合动力电动汽车P143

一、插电式混合动力电动汽车的特点P143二、插电式混合动力电动汽车的工作模式P145

（1）电量消耗模式

（2）电量保持模式（3）常规充电模式

第六节混合动力电动汽车驱动系统设计P145

一、串联式混合动力电动汽车驱动系统设计P145

1.牵引电动机的功率选择P145

（1）加速性能的校核

（2）爬坡能力的校验

2.发动机/发电机组的功率计算P1473.蓄电池组功率计算P147

二、并联式混合动力电动汽车驱动系统设计P148

1.发动机功率的选择P1482.电动机功率的计算P1483.蓄电池组的功率计算P149

P149

三、混联式混合动力电动汽车驱动系统设计．

第六章燃料电池电动汽车

第一节燃料电池概述P150

一、燃料电池的基本概念及特点P150

1.燃料电池的定义P1502.燃料电池与蓄电池的区别3.燃料电池与原动机辅助动力单元的区别

二、燃料电池的发展概况P151

三、燃料电池的分类P151

1.按工作温度分P151

（1）低温燃料电池

（2）中温燃料电池（3）高温燃料电池

2.按燃料的来源分P152

（1）直接式燃料电池

（2）间接式燃料电池（3）再生式燃料电池

3.按燃料电池采用的电解质分P152

（1）碱性燃料电池

（2）磷酸燃料电池（3）质子交换膜燃料电池（4）熔融碳酸盐燃料电池（5）固态氧化物燃料电池

四、燃料电池的发电原理P154

1.燃料电池的基本原理P154

（1）阳极进行氧化反应

（2）阴极进行还原反应（3）外电路电子运动形成电流

2.燃料电池的电动势及工作电压P154

（1）