纯电动汽车动力电池及管理系统设计教学课件作者董艳艳第1章
第1 章 绪论,. 纯电动汽车的基本知识 . 电动汽车及动力电池的发展历史 . 电动汽车动力电池技术的发展现状及趋势,返回,. 纯电动汽车的基本知识,( , )、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚) 汽车等类别。 . 纯电动汽车的定义 纯电动汽车是指以车载电源为动力, 用电机驱动车轮行驶, 符合道路交通、安全法规各项要求的车辆, 一般采用高效率充电蓄电池作为动力源。 纯电动汽车不需要内燃机, 因此,纯电动汽车的电机相当于传统汽车的发动机, 蓄电池相当于原来的油箱, 电能是二次能源,来源可以是风能、水能、热能、太阳能等多种方式。 在汽车污染较为严重的今天, 这些能源的突出特点就是排放零污染, 即。,下一页,返回,. 纯电动汽车的基本知识,纯电动汽车具有两个重要特点: 一是搭载可拆卸的电化学和机电能源; 二是牵引力仅由电机提供。 图 所示为纯电动汽车的系统框图, 连接汽车能量源和车轮的部分称为动力传动系统, 它是机电能源转换系统, 既有电气元器件, 又有机械部件。 储能装置如电池组用来存储所需能量, 并实现能源传输。 可用于发电以驱动车辆的能源很多, 如化石燃料、太阳能等。 作为整个汽车的动力来源, 动力电池在整个纯电动汽车系统中起着非常重要的作用。 本课程我们就重点来介绍纯电动汽车的储能装置动力电池。,上一页,下一页,返回,. 纯电动汽车的基本知识,. 纯电动汽车的基本结构 纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。 除了电力驱动控制系统, 其他部分的功能及结构组成基本与传统汽车相同, 不过有些部件根据所选的驱动方式不同, 已被简化或省去了。 因此, 电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征, 也是纯电动汽车的核心, 它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合, 这也是与传统内燃机汽车最大的不同点。 电力驱动控制系统的组成与工作原理如图 所示, 它由电力驱动模块、车载电源模块和辅助模块三大部分组成。 这里我们重点介绍一下车载电源模块。,上一页,下一页,返回,. 纯电动汽车的基本知识,习惯了传统汽车的发动机、底盘、车身和电气四大组成部分的人可能在想, 电动汽车的动力电池安装在哪里呢? 那我们就先来认识一下电动汽车的动力电池。 如图 所示, 这是北京汽车公司生产的 纯电动汽车的动力电池, 它由多个电池包组成一个整体, 位于传统汽车的底盘位置。 图 所示为目前大多数电动汽车动力电池的安装位置。,上一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,. 电动汽车的发展历史 电动汽车市场竞争越来越激烈, 除了特斯拉外, 传统汽车生产商也在大力投资电动汽车市场, 其中包括通用、大众等。 不过, 电动汽车并非什么新鲜事物, 它已经存在 多年的时间, 并且一度还是最流行的汽车类型。 下面, 我们将带领大家一起回顾电动汽车的百年发展史。 第一阶段, 电动汽车的诞生阶段。 电动汽车是世界上最古老的汽车之一, 比内燃机汽车的出现早了半个多世纪。 年, 苏格兰商人罗伯特安德森用不可再充的蓄电池研发出电动汽车。,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史, 年, 荷兰教授西博兰斯斯特町( ) 设计了一款小型电动车应用法拉第电磁感应原理组装的一台电动三轮车。 第二阶段, 电动汽车的首个全盛时期。 年, 电动汽车的销量比其他类型的汽车销量都要好。 实际上, 根据全美人口调查局的调查, 年, 电动汽车生产量占到美国汽车总产量 的份额, 所出售的电动汽车总价值超过了当年汽油汽车和蒸汽汽车的总和。 早期电动汽车基本上是一些由电池驱动的无马马车, 如图 所示。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,与蒸汽汽车或者汽油汽车不同, 电动汽车不会散发味道, 没有噪声和振动, 且操作非常简单。 燃油汽车必须人工控制起动, 需要驾驶员在驾车过程中变换挡位等。 蒸汽汽车尽管不需要手动变挡, 但是它们的起动得花些时间, 并且续驶里程没有电动汽车长。 第三阶段, 到 年, 电动汽车风光不再。 从 世纪末到 世纪初, 这是电动汽车的黄金时期, 电动汽车生产在 年达到顶峰。 当时, 福特生产的燃油汽车价格要比电动汽车价格便宜很多。 第四阶段, 世纪六七十年代电动汽车市场复苏。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史, 世纪 年代石油危机爆发, 给世界各国政界一次不小的打击, 因此世界各国开始考虑替代石油的其他能源, 人们开始重新重视电动汽车的技术开发。 年, 美国颁布了«清洁空气法案», 再加上 年爆发的第一次石油危机, 激发了人们开发燃油汽车替代品的兴趣。 到 年, 美国国会采取措施, 通过了纯电动汽车和混合动力电动汽车研究开发和示范法案, 该法案由美国能源部授权, 用于支持和开发纯电动汽车和混合动力电动汽车。 世纪 年代的电动汽车生产市场上, 两家公司成为领导者, 其中排名第一的是 , 它生产了超过 辆 电动汽车, 这也是美国销量最高的电动汽车, 直到 年被特斯拉 超越。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史, 最高速度达到 英里 / 时, 续航里程为 英里。 另一家公司是 公司, 其生产的 电动汽车最高速度达到 英里/ 时,续航里程为 英里, 价格在 美元。 第五阶段, 电动汽车并非美国独有, 而是呈现百花齐放的状态。 宝马在 年夏季奥林匹克运动会上展示了其首款电动汽车宝马 (见图 ), 这款电动汽车由 个铅酸蓄电池组驱动, 拥有 马力电动机, 最高速度能够达到 英里/ 时。 不过, 这款汽车并没有进入量产。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,在 世纪 年代, 越来越多的电动汽车出现了, 但是大多销量一般, 主要受限于时速、续航里程和外形设计。 进入 世纪 年代后, 电动汽车受欢迎度逐渐减弱。 第六阶段, 世纪 年代, 废气排放量监管促使汽车生产商将目标投向电动汽车, 电动汽车的发展进入鼎盛时期。 美国 年颁布的«清洁空气法修正案» 和 年颁布的«能源政策法案» 促使市场对电动汽车再次进行投资。 美国加州空气资源委员会甚至还通过一项新的法规, 要求汽车生产商需生产和销售零废气排放的汽车, 这样才允许他们在该州出售其他车辆。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,从此各大汽车厂商纷纷投入对电动汽车的研发和生产, 自此各种车型的电动汽车如雨后春笋般不断上市, 并呈现出欣欣向荣的景象。 从 年开始, 通用汽车公司共生产了 辆 电动汽车(见图 ), 不过这款汽车仅在美国几个州使用, 并且不能卖, 只能租。 据悉这款电动汽车续航里程能够达到 英里, 从 加速到 英里/ 时只需要 。 由于 并不盈利, 通用在租赁期到后, 全部召回了这些电动汽车, 并销毁了其中的大部分, 只留下 辆捐赠给博物馆或者其他组织。 日本丰田公司也在 年生产了第一批丰田 电动汽车, 如图 所示。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史, 年开始进入全球市场, 它也是第一批规模化生产的混合动力电动汽车。 在全球推出一年时间里, 这款电动汽车共卖出 万辆, 到 年 月, 这家公司已经卖出超过万辆混合动力电动汽车, 其中超过 万辆为。 年, 特斯拉宣布计划推出续航里程达到 英里的电动汽车, 这条消息轰动整个电动汽车市场。 到 年, 特斯拉拥有了其第一款电动汽车, 如图 所示, 其续航里程超过 英里, 售价超过 万美元。 尽管特斯拉已经拥有 轿车和 , 但在很大程度上讲, 它们还属于小众化产品。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,特斯拉计划在 年规模化生产其面向大众市场的电动汽车 , 这款汽车续航里程超过 英里, 售价在. 万美元左右。 年, 尼桑在美国开始交付其电动汽车, 如图 所示。 尼桑 续航里程为 英里, 价格在 万美元左右, 这款电动汽车目前仍然是全球销量最好的电动汽车。 截至 年 月, 尼桑共卖出 多万辆, 单在美国就卖出. 万辆。 随着电动汽车的飞速发展和市场保有量的不断增加, 传统汽车生产厂商也开始研发电动汽车的新技术, 在未来几年内, 我们将陆续看到来自各大品牌汽车生产商的电动汽车。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,如今, 混合动力电动汽车以及纯电动汽车又开始流行起来, 而几乎所有的汽车厂商也都看准了这一市场。 的确, 由于环境恶化、油价上涨及能源消耗等诸多问题的出现, 人们都或多或少开始关注这些新能源汽车。 也许在不久的将来, 电动汽车又能回到 年那样一个“全盛时期”, 并且是达到一个新高度的全盛时期。 . 动力电池的发展历史 . 动力电池的使用特点 () 高能量( 用电池) 和高功率( 用电池)。 () 高能量密度。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,() 高倍率部分荷电状态下() 的循环使用( 用电池)。 () 工作温度范围宽( )。 () 使用寿命长, 要求 年。 () 安全可靠。 . 动力电池的发展史 目前世界上各汽车生产厂家纷纷开发并推广使用电动汽车, 电动汽车有着广阔的发展前景。 电动汽车的蓬勃发展, 促进了动力电池技术的发展, 世界各大汽车公司纷纷投巨资并采取结盟的方式研究各种类型的电动车用动力电池。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,以下就电动车用动力电池及燃料动力电池的技术发展动态作一概述。 根据动力电池的使用特点、要求和应用领域不同, 国内外动力电池的研发大致经历了以下几个发展阶段。 第一代动力电池铅酸蓄电池。 图 所示为主要的阀控式铅酸蓄电池()。 它最大的优点是大电流放电性能良好, 价格低廉, 资源丰富, 电池的回收率较高, 在电动自行车、电动摩托车上应用广泛; 缺点是质量比能量低, 主要原材料铅有污染。 铅酸蓄电池的应用历史最长, 它也是最成熟、成本和售价最低廉的动力电池。,上一页,下一页,返回,. 电动汽车及动力电池的发展历史,当前存在的主要问题是一次充电的行程短, 一般在 ; 就是快速充电也要 , 且质量比能量只有 / 。 为此人们一直探索改进铅酸蓄电池性能的方法, 开发能量效率更高、稳定性更好、电荷容量更大的新动力电池。 在改进铅酸蓄电池性能方面, 人们现在已在广泛使用 蓄电池, 它具有使用方便的优点。 为使铅酸蓄电池更可靠, 人们开发了 蓄电池。 蓄电池也属于 蓄电池范畴。 它依然用密度为. / 的硫酸溶液, 但在其中添加
