新能源汽车技术12-纯电动汽车关键技术

    一、新能源汽车定义与分类

根据2009年《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》说明：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

    二、新能源汽车主要类型

新能源汽车主要分为以下三个类型：

（1）混合动力（Hybrid-Vehicles）

混合动力电动汽车是指由两种和两种以上的储能器、能源戒转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力汽车。当前比较普遍的方案是采用发动机和动力蓄电池的组合。

（2）纯电驱动（Plug-in/Battery Electric Vehicles）

纯电驱动汽车是指汽车的驱动力全部来自电机的汽车。目前主要包括纯电动汽车和增程式电动汽车等。

（3）燃料电池（Hydrogen/Fuel cell Vehicles）

燃料电池汽车指以燃料电池系统作为动力源或主动力源的车辆。燃料电池是指将外部供应的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其它反应产物的供电装置。

三、新能源汽车与传统汽车的区别

新能源汽车是在传统汽车产业链基础上进行延伸，结构上与传统汽车的区别在于动力系统，增加了电池、电机、电控系统等组件。

    四、新能源汽车与节能汽车的区别

国家发改委对新能源汽车的定义：指采用新型动力系统并使用新型能源的汽车。

主要品种有：插电式混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车。

这一定义的不同之处在于将其他类型的混合动力汽车纳入节能汽车的范畴。

丰田Prius Ⅱ                           丰田插电式Prius

    五、纯电动汽车整车及关键零部件技术介绍

1.各类电动汽车整车结构系统介绍

（1）纯电动汽车结构及工作原理

纯电动驱动系统主要由动力电池组、电池管理系统（BMS）、驱动电机、变速箱、控制系统等部分组成。

电池管理系统：对动力电池组充电、放电时的电流、电压、放电深度、电池温度等进行监控，保持单体电池间的一致性。

驱动电机：是纯电动汽车行驶的动力装置。

电机控制器（MCU）：接收来自整车控制器的指令，将动力电池直流电流进行逆变控制，形成三项交流电进行电机转矩转速控制，并检测电机及控制器状态进行敀障诊断。

整车控制器（VCU）：将驾驶员意图通过加速踏板信号转换为动力系统的需求信号，对整车能量进行管理，对各系统进行监控并及时反馈信息和报警等。

纯电动汽车动力系统示意图                    纯电动汽车底盘

（2）增程式纯电驱动汽车结构及工作原理

增程式动力系统主要在纯电动基础上增加一套增程器系统，包括发动机及其控制器发电机及其控制器。其中，动力电池组采用能量功率兼顾型蓄电池，既要满足一定续驶里程的要求，又满足可以频繁较大电流的充电能力。驱动电机仍然是电动汽车行驶的动力装置。增程器由小型高效型发动机和发电机组成，接收整车控制器的指令进行发电，可以用于直接驱动电机或者给电池充电。

（3）混合动力汽车基本结构及工作原理

混合动力汽车按照动力系统结构形式可分为串联式、并联式和混联式三种；按混合度（电机功率与内燃机功率之比）可分为微混、轻混、中混和重混四种；按照外接充电能力可分为可外接充电型和不可外接充电型。

                 串联方案                    并联方案                混联方案

（4）燃料电池汽车结构及工作原理

燃料电池电动汽车是指动力系统主要由燃料电池堆、储能箱（氢瓶）、电机、动力蓄电池及控制系统等组成。燃料电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用变成电能，其能量转换效率可高达60%~70%。燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护。

本田FCX Clarity 燃料电池电动汽车

2.纯电动汽车关键零部件

（1）总体介绍

三大电概念：电机、电池、电控。

其它电动辅助系统：电动空调、电动助力转向系统、电动制动助力系统、车载充电机、DC/DC、电加热系统等。

另外，制动能量回收是电动汽车一项特殊功能技术，研发具有回馈式制动系统是电动汽车电动化底盘的一项关键技术和重要方向。

（2）电机系统介绍

目前在用或开发的电动汽车用电动机主要有直流电动机（DCM）、感应电动机（IM）、永磁电动机（PM）、开关磁阻电动机（SRM）四类。体积小、重量轻，有较高的功率和转矩密度；要求在宽速域范围内，电动机和驱动控制器都有较高的效率；有良好的控制性能以及过载能力，以提高车辆的起动和加速性能。

永磁同步电动机（PMSM）系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点，是一种比较理想的电动汽车驱动系统。

（3）动力电池的分类

整车对电池系统基本需求

整车对动力电池系统的具体要求：

电性能：

◆能量密度：包括重量比能量和体积比能量；

◆功率密度

◆寿命：循环寿命/日历寿命

◆SOC使用范围

◆自放电率

◆不同温度下可用电池容量范围

安全性：

◆高压安全检测和管理；

◆高压回路切断（紧急开关/维修开关）

◆温度管理

◆碰撞安全性

◆防护等级

（4）电控系统介绍

整车控制器相当于汽车的大脑，负责在整车行驶过程中接收来自驾驶员的各项操作指令、病诊断分析整车及部件状态，综合判断，向各个部件控制器发送控制质量，是整车按照驾驶员预期安全行驶。

主要功能：

◆工况识别；

◆整车能量管理；

◆制动能量回收控制功能；

◆电机转矩控制；

◆电动辅助部件控制（电动助力转向、电动空调、电动暖风、电动真空泵）；

◆故障诊断；

◆系统安全监控等。

新能源控制系统软件平台开发着重于软件体系架构的建立和软件集成开发、测试能力。

电动汽车性能开发：

    六、发展趋势

插入式混合动力及纯电动车的辆发展迅速；

纯电动则可能成为石油枯竭等问题下的“终解决方案”；

车是另一种在长期战略中非常有希望的解决方案。

1.传统动力车型基础上开发的电动车

造型在传统动力车型的基础上增加电动车特征；

驱动型式和轮边结构与传统动力车型一致；

前排乘员处前地板下方未布置电池，而将部分电池布置在后轴后方，不利于碰撞时的高压电气安全性能；

车身结构采用传统材料和工艺，未采用轻量化技术。

2.全新平台开发的电动车

内外饰全新造型，根据布置空间要求开展人机工程和整车布置。