纯电动试验车与电驱动系统总结分析方案

纯电动实验车及其相关技术研究

1. 电动车现状相关

电动汽车包括纯电动汽车EV、混合动力电动汽车HEV和燃料电池汽车FCEV三种类型,现有EV存在的主要问题:续驶里程有限、电池寿命太短、电池尺寸过大、重量过重、电动车价格昂贵、间接污染严重。EV的关键技术主要是电动机及其控制技术、电池技术、能源管理技术和车身轻量化技术。 2. 电动车系统相关

普通燃油车改装成传电动汽车主要分为三个部分,即传动系的改制、制动系的改制和控制系统的改制。

传动系统改制为拆除发动机总成,包括空气供给及排气系统<如空气滤清器总成、排气管、消声器等)、燃油供给系统<燃油箱及进回油管),然后安装驱动电机及控制器。

制动系改制要考虑到制动系统装置的真空源来自于发动机进气歧管,拆除后缺乏真空源,必须加入真空泵和真空罐以及电源逆变器,出于安全考虑应加入真空不足报警装置。

电机冷却系统采用水冷却方式,必须加入相关冷却水循环系统及电动冷却风扇,风扇的接通与断开由安装在电机上的温控开关自动控制。

纯电动车所需电池较多,为了提高车辆利用率,可安装电池快速更换机械装置,在电池盒上装上机械式电连接器,更换时可自动对接,配合电池箱滑动轨道,可以轻便的完成更换工作。

3. 电动机类型及其比较

电动汽车常用电动机主要有两大类:换向器电动机和无换向器电动机。

换向器直流电动机控制原理非常简单,但由于有换向器和电刷,使得可靠性较低且需要定期维护。

无换向器直流电动机具有高效率、高功率密度、低成本运行、更可开及免维护等性能。其中又包括感应电动机、永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机、开关磁阻电动机和永磁混合电动机,对于目前常用电动机,采用数字评分法在六个方面的性能加以评价和比较:

我国有多家事业单位研发了不同型号的EV,其电机和整车主要性能如下表:

4. 蓄电池的选型与与比较

电池是EV的核心技术,从EV的应用角度上讲起主要性能参数有两个:即比能量和比功率。而EV得普及应用要求电池具有高比能量、高比功率、使用寿命长和价格便宜四大条件。

比能量分为重量比能量和体积比能量,单位分别是Wh/kg和Wh/L。比功率也分为重量比功率和体积比功率两个参数,单位分别是W/kg和W/L。比能量反应的是电池容量的大小,直接影响汽车一次充电可行驶的里程数;比功率反应的是电池功率的大小,直接影响

汽车加速性能和爬坡性的好坏。

目前可用于电动汽车的电池主要有:铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锌-空气电池。

铅酸电池功能指标:比能量50Wh/kg<一次充电行程160km),比功率150W/kg,价格<150美元/kWh,循环充电次数>500次,快充性能50% 5min,80% 15min。

镍镉电池标称电压1.2V,比能量56Wh/kg,比功率225W/kg,循环充电次数2000次,寿命为7年,快速充电能力强。但初期投资高昂、标称电压低、记忆效应大、存在镉污染。

镍氢电池

锂离子电池是新型高能蓄电池,国内外相关产品参数对比如下:

深圳雷天绿色电动源有限公司成功研发出大功率、低成本的锂离子动力电池,顺利通过了国家电池权威检测机构的检测,11项指标全部合格,填补了国内空白。

锌-空气电池比能量180-230Wh/kg,能量密度达230Wh/L,电池容量不受放电强度和温度影响,能在-20℃-80℃温度范围内正常工作,安全性能好,无腐蚀作用,成本低回收利用方便,缺点是寿命短、比功率小、不能输出大电流及难以充电。

新概念电池飞轮电池,利用飞轮高速转动的动能转化为电能,飞轮在真空环境下运转,转速高达200000r/min,比能量可达150Wh/kg,比功率达5000-10000W/kg,使用寿命长达25年,可供电动汽车行驶500万公里。美国已利用最新研制的飞轮电池成功改装一辆电动轿车,一次充电可行驶600km,由0到96km/h加速时间仅为6.5秒。 5. 电池检测与电源管理

蓄电池工作状态主要指电池正常使用时的端电压、工作电流、温度和内阻4个参数的变化情况。所谓电池检测通常是指对前3个工作参数的检测。

影响电池寿命的因素有:充电电流、充电电压、放电深度、环境温度、充放电次数。针对这五个因素,一般有如下对策:充电器优化充电、控制放电深度、补偿环境温度、减少充放电次数、均浮充自动转换。

电池工作状态检测由电源<能源)管理系统BMS完成,电源管理系统从功能上可分为两个层面:底层完成数据采集,上层完成数据处理、分析与控制。中间通过通信管道进行数据交换和传输。

图5-1 电池管理系统框图

检测思路应遵循“局部集中、整体分布”的原则,即集中/分布式检测法,并用于电池检测系统的设计。

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