电动汽车基础知识课件.ppt
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1、电动汽车基础知识,第1天培训课程(续),1.电动车的历史,日本政府鼓励电动车生产(从二战结束后开始,因为相对于石油的严重匮乏而言,电力供应仍然较为充裕)。1947年,立川飞机公司(随后是太子汽车公司)试图将其战时工业转为和平工业,因此将公司名改为东京电动车(该公司成功试制了一种电动车(卡车)并根据工厂所在地的名称将其命名为“TAMA”)。之后,该公司成功推出一款乘用车并在东京市区作为出租车使用。后来,该公司更名为TAMA电动车公司(以车辆名称命名),并生产了TAMA Junior(小型乘用车)和TAMA Senior(中型乘用车)等高性能电动车。,规格最大车速:35公里/小时(22英里/小时)
2、巡航范围:65公里(40英里/小时)电动机输出功率:3.3千瓦(4.5马力)电动机规格:直流串联绕组36伏长3200毫米宽1270毫米高1650毫米(长126英寸宽50英寸65英寸)车重:1050千克(2315磅)载客定员:4人产量:1100辆,1-1TAMA电动车,1947年上市,47 92 95 00 05 10 12,电动车TAMA,开始研制锂离子电池,Prairie电动车,Altra电动车,Hypermini,电动概念车,汽车能源供应公司(AESC)成立,PIVO,PIVO2,MIXIM,NUVE,世界上首次在汽车中安装锂离子电池。,新设计的电动车将在北美洲和日本上市。,Cedric电
3、动车,圆筒式,型,日本汽油价格,23/L,129,97,181125,1945年开始研制,现今,1-2 日产电动车的历史,叠片式,1-3 日产电动车的发展,1)日产将成为零排放车辆的领先生产商。,日产认为,不仅必须提高配有常规型发动机的车辆的燃油经济性,而且必须推广电动车、燃料电池车等零排放车辆,才能实现可持续性移动社会的未来目标。日产的首要任务是立即开始在电动车基本技术的基础上研制电动车和电池。日产通过与联盟伙伴雷诺汽车公司合作,在零排放车辆的生产方面发挥着主导作用。日产将于2010年在北美洲和日本推出安全、美观、优质的电动车,并计划从2012年开始全球销售电动车。,2012财年前全球电动车
4、上市计划,欧洲,2011财年,以色列,2011财年,日本,2010财年,北美洲,2010财年,1-3 日产电动车的发展,2)其他公司的生产状况,Start Lab Girasole意大利,斯巴鲁 STELLA,三菱 i-MiEV,日产日产LEAF,3)LEAF概述,1-3 日产电动车的发展,零排放全球性日常用车独特设计样式载有IT(车载信息服务)系统,日产零排放,3)LEAF概述,1-3 日产电动车的发展,载客定员,最大车速,电动机(最大输出功率和扭矩),驱动系统,电池,电池容量和输出功率,巡航范围,主要设备,长宽高,轴距,140公里/小时(87英里/小时)或以上,前电动机、前轮驱动,叠片式锂
5、离子电池,24千瓦时,90千瓦或以上,160公里(100英里)或以上(美国LA4模式),专用IT系统,4445毫米/1770毫米/1550毫米,2700毫米,5人,交流同步电动机,80千瓦,280牛米,2.电动车与混合动力车概述以及零部件的基本知识,充电器,接线箱(在电池组内),电池组,充电接口位置,直流-直流转换器,直流-交流变换器,电动机减速器,12伏电池,电源插头,2-1 电动车系统概述,1)电动车整车布置,2-1 电动车系统概述,2)电动车传动机构,充电器,电池,电动机,减速器,车载充电器,单相交流电,直流电,电动车,三相交流电,电池充电。,储存并输送电力。,直流电转换为三相交流电,对
6、电动机进行驱动。,电源输出,平均电压345伏,加油站,油箱,变速器,前轮驱动,燃油喷射控制器,逆变器,发动机,高压电池,驱动电动机,逆变器,J/B,14伏负载,直流-直流转换器,商用电源100,200伏-15安,交流,充電器,减速器,PTC,充电器,车辆内部,2-1 电动车系统概述,3)系统图,快速充电系统,1)电动车(EV),2)混合动力车(HEV),高压电池,逆变器,电动机,油箱,发动机,逆变器,电动机,电动车的结构 电动车的功能直流电从高压电池流向逆变器,逆变器将直流电转换为交流电。给电机上施加交流电,电机旋转。从起动至最高速度,车辆仅由电机的转动进行驱动。根据电流方向,车辆可以向前(D
7、)或倒后(R)行驶。,混合动力车的结构混合动力车的功能直流电从高压电池流向逆变器,逆变器将直流电转换为交流电,交流电输送到电动机,电动机开始旋转。启动时,根据电机的电流方向驱动车辆前行(D)或倒后(R)。在定速行驶时,动力源从电机切换到发动机。然而,在超车过程中,电机同样输出动力以使车辆加速。,直流-直流转换器,直流-直流转换器,离合器,高压电池,2-2 电动车与混合动力车之间的区别,“混合”是指采用两种动力驱动。指结合两种电源(例如发动机和电动机)驱动车辆的动力系统,该系统有助于减少排放并能极大地提高燃油经济性。在广义上,混合系统可以分为三种系统。,2-3混合动力车的布置,1)串联系统、并联
8、系统,发动机,电池,逆变器,并联系统,变速箱,电动机/发电机,电池,逆变器,发电机,电动机/发电机,发动机,变速箱,2-3混合动力车的布置,2)串并联系统,2-3混合动力车的布置,3)新日产混合系统,电动机,通过发动机(正常行驶)进行加速,锂离子电池,逆变器,离合器1,离合器2,发动机,3)新日产混合系统,2-3混合动力车的布置,再生电能(减速时),通过发动机辅助电源进行加速(全力加速时),1)弗莱明左手定则,2-4 电动机,N,S,电线的移动方向,电流方向,磁力线方向,运动方向,磁力线的方向,电流方向,磁力线的方向是从磁体的N极指向S极。如果确定了流经两极之间的电流方向(从极到极),则可以确
9、定电线的运动方向。,2)直流电动机的基本原理,2-4 电动机,电流沿红色箭头方向流动,磁场的方向是从N极到S极(从左侧到右侧)。根据弗莱明左手定则,线圈沿蓝色箭头的方向旋转。,碳刷,换向器,线圈,2)直流电动机的基本原理,2-4 电动机,换向器不与电刷接触,电流也不流经线圈,但线圈依靠惯性旋转。,2)直流电动机的基本原理,2-4 电动机,换向器与电刷再次接触,电流流经线圈。在这种情况下,电流方向也是红色箭头所指的方向,磁场的方向也是从N极到S极(从左侧到右侧),而线圈沿蓝色箭头的方向旋转。,2)直流电动机的基本原理,2-4 电动机,虽然换向器不与电刷接触电流也不流经线圈,但线圈依靠惯性旋转。然
10、后,线圈将返回起始位置。,机壳内的永久磁体 转子上的多个线圈 电流方向由换向器和电刷进行转换。,3)直流电动机的结构,2-4 电动机,永磁体,电刷,换向器,线圈,转子,N,S,4)直流电动机的结构示例,2-4 电动机,6)交流电动机和电源,三相交流电动机,单相交流电动机,2-4 电动机,单相交流,三相交流,对于单相交流电而言,旋转不流畅,输出电压不高。,对于三相交流电而言,旋转较为流畅,而且会自动产生高输出旋转磁场。,90 180 270 360 度,0,-,-,90 180 270 360 度,电压,电压,8)电动车采用的电机类型,永磁式,绕线式,磁阻式,表面永磁式,内嵌永磁式,Civic混
11、合动力车,Tino混合动力车PriusAccord混合动力车Hypermini LEAF,正弦波驱动,矩形波驱动,交流电动机,感应电动机,同步电动机,2-4 电动机,定子绕组,钕磁体,转子,9)旋转传感器(旋转变压器),旋转传感器(旋转变压器)可以高精度检测转子磁极的位置,这对于电动机和发电机的有效控制是必不可少的。该传感器的功能类似于ECCS中检测活塞位置和旋转的曲柄角传感器。磁力式旋转角检测传感器可瞬时高精度检测电动机转速和磁极的位置,从而实现低速范围内的平稳启动。,2-4 电动机,虽然只能通过正弦波来检测角度,但也采用余弦波,因为0和180处电压均为0。在余弦波形中,在余弦波的0角输出最
12、大正电压。在正弦波的180角输出最大负电压,正弦,余弦,V,360,0 45 90 180 270 360,初级侧,次级侧,红/白,黄/白,线圈转子,红,黑,转子旋转角度,余弦波,正弦波,黄色,蓝色,2)采用直流-直流转换器的原因配有发动机的一般车辆中安装了交流发电机,用于给12伏电池充电。它在发动机起动后通过发动机旋转实现旋转,然后产生12伏电力。虽然交流发电机向车辆中的电气设备(音响装置、车灯等)供电并给12伏电池充电,但在电动车中没有像交流发电机一样与发动机同步旋转而且总能像配有发动机的车辆一样进行发电的电源,因此需要采用12伏专用发电机。这样,车辆中安装的高压电池(平均345伏)的直流
13、电就能转换为12伏直流电了。,2-5 直流-直流转换器,1)直流-直流转换器是指,将某一个电压的直流电转换为与原电压不通的直流电的设备。,发动机,交流发电机,12伏电池,产生14伏电压。,汽油发动机车辆,12伏电池,高压电池,直流-直流转换器,电压从345伏降为14伏。,充电,充电,电动车,高压电池,3)直流-直流转换器的结构,高电压(345伏)降为14伏。,功能框图,电动机,PTC加热器,空调压缩机,逆变器,正常充电,快速充电,交流电源,12伏电池,直流-直流转换器,电压转换部分,2-5 直流-直流转换器,直流电转换为交流电时,对三相交流电动机进行驱动。电动机的转速由逆变器控制。,2-6 逆
14、变器,1)逆变器概述,逆变器,高压电池,电动机,电机控制器根据车辆控制模块的驱动信号控制逆变器。采用逆变电路将高电压电池的直流转换为适用于驱动条件的三相交流电。逆变器中的执行元件根据电机控制信号进行控制,以驱动电机。,直流电,交流电,2-6 逆变器,2)逆变器的操作,A,B,C,D,F,G,分配器,1)弗莱明右手定则(发电),N,S,电线导体的移动方向,电动势方向,磁力线方向,运动方向,磁力线方向,电动势方向,磁力线的方向是从磁体的N极指向S极。如果在两极之间移动导体,则会产生电动势。移动电动机的转子时会产生电力。,2-7 再生的原理,逆变器,高压电池,电动机,2-7 再生的原理,2)再生是指
15、,虽然正常行驶时是通过电动机进行加速的,但驾驶时松开油门踏板时电动机内会产生与发动机制动力相当的减速扭矩。在这个力的作用下,电动机发挥发电机的功能给电池充电。这个过程称为再生。高压电池是通过这种再生作用进行充电的,从而可以扩大巡航范围。,2-7 再生的原理,3)再生过程中的电流,VCM,逆变器,电动机,电动机控制器(M/C),热敏电阻,温度,转子旋转角,电流传感器,电动机扭矩转速等,高压电池,接线盒,2-8 电池类型和应用实例,一次性电池,锂离子金属电池手表、计算器等,二次电池(可再充电式),镍镉电池家用电器(家用电话等),锂离子电池与镍镉电池和镍-氰化物电池相比,使用时间较长、重量较轻、自充
16、电速度较慢,没有记忆效应。,锰干电池应用广泛,价格低廉,适合于短时间反复使用的电器。碱性电池与锰干电池相比容量较大,电压降低幅度较小,适合于大电流电器。,铅电池即使是在短时间大电流放电或长时间适度放电的情况下,性能也较为稳定。,镍镉电池几乎90的使用时间内均可保持约1.2伏的电压,因此该电池适合于无线电遥控模型等用电设备使用。,锂离子金属电池电压较高,稳定性良好。单位体积能量是锰干电池组的十倍。可在低温下使用。,镍-氰化物电池虽然结构与镍镉电池相似,但容量较大,使用时间约为镍镉电池的1.5到2倍。适合于数码相机等使用时间较长的设备使用。,2-8锂离子电池的工作机制,以转入较稳定状态(低能态)的
17、锂离子带出的能量作为电源。,只有电子能移动的路径,只有锂离子能移动的路径,正极,负极,锂离子,储存锂离子和电子的“活性物质”,活性物质的基本性能可接收锂离子的实体空间电荷在补偿过程中有可能吸引负的电离子 示例)正极活性物质:LiMn2O4(锰酸锂)负极活性物质:C(碳制材料),将锂离子的移动路径与电子的移动路径相互分开,就能产生电能。,电子,端子电压达到电压上限时,电池充电的同时电流减小,因此不会超过该上限。这种充电方式成为稳定电压充电(CV充电)。虽然在电池内阻为0时恒流充电的充电状态最高可以达到100,但由于存在内阻,电压会升高,因此将获得上述充电方式。(快速充电和容量增加是相互冲突的。)
18、200伏4015安 3千瓦 24千瓦时/3千瓦8小时,随着充电的进行达到电压上限时,充电电流不可避免地会降低。,充电电流(安)电池端子电压(伏)电池充电状态(),电池电压上限(4.2伏),充电时间(小时),100充电状态,充电电流降低时,充电状态的升高速度会变缓。,恒流充电,恒压充电,快速充电器示例最大输出功率:50千瓦最大直流电压:500伏最大直流电流:125安在快速充电的情况下,不可能达到100的充电状态。,最大电流,2-8锂离子电池的充电,SOC(充电状态),2-8锂离子电池的性能,电池性能随着使用年限的增加而下降。同样,电动车电池的容量也会自然下降,就像手机和数码相机的电池一样。可以通
19、过仪表板中电池的剩余容量表来确认容量下降程度,但容量下降程度会随充电方法、客户使用方法等因素而变化。,使用年限,性能(容量、输出),后侧电池组(24个组件,96节单元电池),LB/C,主电路端子,电源插头,接线盒,Lh电池组(12个组件,48节单元电池),右侧电池组(12个组件,48节单元电池),保养时或处理事故时手动切断主电路。,监测每块电池的电压,并且通过车辆的控制单元控制充电/放电。,该端子与负载连接,可以输入/输出电力。,2-8电池安装布局和主要部件的组成,从车辆侧面收到接通信号时切断主电路。,单元电池单元电池电池的最小单位,组件单元电池以并联/串联方式连接,以堆叠方式装在外壳中。,电
20、池组各模块被组合在一起,控制器、继电器等置于同一模组内。,(组件内部),(电池组内部),单元电池,外壳,组件,继电器,控制器,2-8单元电池组件电池组,1节单元电池:约4伏(2.5到4.2伏),1个组件:4节单元电池,约8伏33安,48个组件平均345伏(250到400伏),3.关于低压电的基本知识,3-1 低压电的危险,1)电压分类(日本),电动车和混合动力车属于低压电范围,因为高压电池的电流为直流电,平均电压约为345伏。在普通车辆中,系统电压为12V。即使在电压为48V的电动叉车中,也可以自由操作。,超高压,高压,低压,低压,66,000伏,6,600伏,100伏200伏,发电厂,变电站
21、,变电箱,3-1 低压电的危险,2)触电事故状况,低压触电引起的死亡事故宗数,2002到2005年这四年间,日本共有53人因工作场所低压电触电而死亡,占工作场所触电死亡总人数的67。因此,即使在低压电范畴中,也必须非常小心地操作电气设备。当然,在电动车的保养中也必须小心操作所有的电气设备。,(资料来源:日本工业安全健康协会下属的日本安全健康高级信息中心),3-1 低压电的危险,3)人体触电与反应,资料来源:日本电气协会编制的电工专家教材,5)触电对人体的影响,3-1 低压电的危险,通电幅度(电流流经人体时的电流大小)通电时间(电流流经人体的时间)电流路径(电流流经人体的哪个部位)电源类型(直流
22、还是交流、频率等),4)触电的危险因素,3-1 低压电的危险,6)人体电阻,在一般最坏情形下对电动车或混合动力车施加500欧电阻(双手湿润的作业人员),流经人体的电流将达到800毫安(0.8安400伏/500欧),受伤的可能性很高。,6)人体电阻,(单位:欧),(皮肤的电阻会随外加电压而变,在500到1000伏的交流电压下会发生电击穿情况。),触电时挣脱的极限电压,EIR0.07(A)1000(欧)70伏,电动车和混合动力车采用的所有电池都有300伏以上的电压。由于其电压超过了挣脱极限,因此直接与之接触是非常危险的。,计算以人体电阻1000欧为依据。,3-1 低压电的危险,7)安全电压,对人体
23、没有危险的电压称为安全电压。日本电气协会制定的低压电路的接地故障保护准则规定典型人体中的容许接触电压为50伏或以下。,短路是指当电路电阻几乎为零时,有大电流流过。在电动车或者混合动力汽车中,如果出现短路,不仅高压回路部分,即使12V的线路也能通过扳手的短路引起触电或酌伤。因为火花四溅,因此根据电流大小可能会导致双目失明的危险。,3-2 短路,1)短路现象,电池,车身,发生短路时的电流值(计算值)条件:发生短路时的电阻 0.01欧(对应于5米长的电动车电线)高压电池 400伏0.01欧(10兆欧)40000安 12伏电池 12伏0.01欧1200安高压电池发生短路时,由于电流大小约为12伏电池的
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